JPH01298150A - 工作物のコーティング方法及び装置 - Google Patents

工作物のコーティング方法及び装置

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JPH01298150A
JPH01298150A JP1071640A JP7164089A JPH01298150A JP H01298150 A JPH01298150 A JP H01298150A JP 1071640 A JP1071640 A JP 1071640A JP 7164089 A JP7164089 A JP 7164089A JP H01298150 A JPH01298150 A JP H01298150A
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Rainer Buhl
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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】 （産業上の利用分野） 本発明は工作物のコーティング方法及び装置に係り、さ
らに詳細には蒸発カソードがコーティングすべき工作物
と直接視線結合されない、火花蒸発を用いる工作物のコ
ーティング方法と、排気可能な室内に配置された少な（
とも１つの蒸発カソードと、少なくとも１つのアノード
と、工作物をカソードへの直接の視線結合の外側に保持
する工作物ホルダとを備えた工作物のコーティングを行
う真空コーティング装置に関するものである。
また、本発明はアーク放電を用いて導電物質の蒸発を行
う分野において使用される。
〔従来の技術〕
この種の蒸発は特にプラズマを用いるコーティングに適
している。というのはカソード点は真空コーティングに
使用される他の源のようにカソード材料を中性の茎気と
してはほとんど放出せず、はとんどの部分をイオンとし
て放出するからである。イオンは同様に放出された電子
と共に高密度のプラズマを形成し、このプラズマによっ
て高速のコーティングが可能となる。同時にプラズマを
用いる層形成によって、カソードから発生される金属蒸
気の沈積だけによって得られる層についても、特に蒸着
室内で残留ガス雰囲気に付加される反応ガスと金属との
結合から得られる層についても好ましい層特性（高密度
と高強度、粗度が小さい）が得られる。基台上に沈積す
る際に種々の源から構成される成分を供給されて反応に
よって化合物が形成される。プラズマを使用する真空コ
ーティング法を用いることによって、この化合物のパレ
ットが一般的な酸化物の製造を越えて著しく拡大された
。
以下の説明においては、カソード材料がアークの発熱に
よって著しく加熱されて蒸発するアーク放電のカソード
を蒸発カソードと称している。カソード面における蒸発
は確率的に往復移動する放電の垂足点で点状にだけ行わ
れ、それによって火花の印象が与えられるので、この蒸
発法はしばしば火花蒸発とも称される。
同様に蒸発カソードによる公知の火花蒸発の場合には、
発生されるイオンの方向分布はほぼコサイン法則に従い
、すなわちカソード面に立てた垂線と角度αを形成する
方向に見た蒸発材料の流れは、垂直の放出よりコサイン
αだけ小さくなる。
従って合理的なコーティングという視点から見れば、コ
ーティングしようとする基台（工作物）を蒸発カソード
の中心に設けた垂線の近傍に配置することが好ましい。
カソード点から蒸発を行う場合には従来はこの方法が次
の理由からも推奨されていた。すなわちその場合にはカ
ソード表面からの材料のほとんどはイオンから反れる方
向成分を有する小さな水滴の形状で放出され、特に比較
的大きな滴は明白な接線成分でカソードを離れる。
これは、カソード表面上で垂足（火花）が自由に移動す
るアーク放電の仕組みによるものである。
基本的な工程は火花の近傍で部分的に著しく加熱された
領域からの蒸発であるので、常に液体相が存在し、その
一部が形成される蒸気の圧力を受けて滴として放出され
る。
滴は飛翔中にあるいは基台ないしは工作物に当接すると
きに硬化して、例えば層表面の粗さの増大、層のきれい
さを撰なう、ばねが剥がれた後腐食しやすいなどの種々
の欠点をもたらす。垂線の近傍に配置された工作物上で
ばねが最も少ないことが明らかにされ、その場所では同
時にコーティング速度も一番速い。
本発明は特に、上記の「はね」の問題に関するものであ
る。
カソード点からの蒸発を利用して真空コーティングを行
う従来の通常の装置では、はねによる障害の数のできる
だけ少ない層を得るために、蒸気とはねの放出特性の差
を利用することが考えられている。このために基台はカ
ソード軸を中心としてかつカソードからできるだけ離れ
た（カソードの直径に比較して）小さい領域にほぼぴっ
たりと並べて配置される。しかしカソードと工作物との
距離が大きく、軸の近傍に置ける工作物の数が少ないこ
とによって、経済的な製造はできない、従って従来では
火花蒸発を使用する場合には常に距離を小さくする方向
ないしは作業空間を拡大する方向への妥協を覚悟しなけ
ればならず、それによってはねの付着に関して悪い結果
がもたらされてしまう結果となる。従ってすでにばねを
減少させる種々の提案がなされている。
さらに、コーティングに望ましいカソード材料イオンを
プラズマ光路上で望ましくないばねから分離する提案が
なされている。その原理によれば、常にイオンはカソー
ドと直接視線結合されない領域へ偏向される。その領域
へ工作物を設置すれば、工作物には滴は達しない。とい
うのは滴の質量と電荷の比が個六のイオンの質量と電荷
の比と著しく異なるからである。
他の例によれば（例えばドイツ特許公報第３２３４１０
０号）、排気鐘の軸内に回転対称の工作物ホルダが設け
られ、前記排気鐘の回りに大きな半径で蒸発器が配置さ
れており、この蒸発器の蒸発面は基台の方へ向けられず
に、外側に向けられている。この場合には排気鐘はイオ
ンを反射する部材として作用する。
〔発明が解決しようとする課題〕
ここでは、一定の大きさの装置において、同時にコーテ
ィングしようとする工作物を配置するために使用される
空間が排気鐘の軸方向の空間を限定してしまうという問
題がある。
他の装置（例えば米国特許公報第４４５２６８６号、第
２図）では、回転対称の排気鐘の軸に沿って放出される
イオンのみが利用され、このイオンも排気鐘の壁で反射
させることによって、ばねを受は止める障害物を中心に
してはねのない空間内に取り付けられた工作物へ導かれ
る。
ここでは同時にコーティングしようとする工作物を配置
するのに使用される空間は基本的に排気鐘の断面によっ
て決定され、ばねを受は止める障害物はイオンの降下に
対して工作物に陰を与える傾向があり、従って少なくと
もこの障害物の領域では排気鐘の断面積全体をコーティ
ングすべき工作物を配置するのに同じように利用するこ
とはできない。
［曲線のプラズマ光学系におけるプラズマ流の移送（Ｉ
　、　Ｉ　Ａｋｓｅｎｏｆ　ｅｔ　ａｌ　、ソビエトジ
ャーナル、プラズマフィジックス　４（４）、１９７８
年７−８月）」という記事によれば、蒸発されたイオン
を偏向管を通して工作物へ偏向することが記載されてお
り、それによっても工作物をカソードに直接視線結合す
ることが避けられる。その場合には工作物はほぼ偏向管
の出口に配置されており、管の湾曲によって視線結合が
阻止される。ここで同時にコーティングすべき工作物と
共に偏向管を設置するのに使用できる空間はわずかであ
る。
したがって本発明の課題は、同時にコーティングすべき
工作物を収容するのに使用される空間が増大し、それに
伴ってこの種の方法及び装置の生産性を増大させる冒頭
で述べた種類の方法及び装置を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題を解決するために本発明方法によれば、蒸発
されたイオンが蒸発カソードを貫通する軸に対して、こ
の軸を少なくとも広く包囲するブラインドを中心にほぼ
全方向において径方向外側へ偏向され、見えない陰にあ
る工作物がカソードに対して軸を包囲する空間領域に配
置されている構成が採用されている。また、本発明装置
においては、ａ）カソードに対して距離をおいて、カソ
ードを貫通する軸を少なくとも広く包囲するブラインド
装置が設けられており、ｂ）カソードから霧化されるイ
オンをブラインド装置を中心にほぼ全方向において径方
向外側に偏向させる偏向手段が設けられ、工作物ホルダ
が工作物をカソードに対してブラインド装置の径方向外
側の見えない陰に保持するように形成される構成が採用
されている。
〔作　用〕
この場合に基本的には、工作物とカソードの直接の視線
結合を阻止することが工作物のコーティングに使用され
る空間の増大に利用される。これはカソードから蒸発す
るイオンを環状のブラインドを中心とする軸方向の狭い
空間から径方向外側へ偏向させることによって行われる
。その場合に工作物は外周にそって配置することができ
、従って工作物を収容する環状空間を形成することがで
き、この空間は外側に向かって径が拡大されるのでイオ
ンの発生と偏向に必要な空間より著しく大きくすること
ができる。
この装置をカソードを貫通する（必ずしも垂直とは限ら
ない）軸を中心とする排気鐘と称する場合には、この手
段においては基台のような工作物を設置するのに利用で
きる排気鐘の直径は反射体のような偏向手段によって決
定されるのではなく、主に工作物を収容するのに使用さ
れる空間の外径によって決定される。
蒸発されたイオンを径方向外側へ容易に偏向することが
できるようにするために、請求項第３項によれば、カソ
ードには環状のアノードが設けられ、この環状アノード
の内側の開口部を通してイオンが案内され、それによっ
て径方向外側へ偏向される。
さらに軸方向へ進行するイオンをできるだけ少なくし、
径方向外側以外へ偏向させないようにするために、従っ
て径方向への偏向を行いないしは支援するために、請求
項第４項によれば、カソードの上方にカソードに対して
正の電位、従ってアノード電位に設定される補助電極が
設けられ、この補助電極でイオンが一度あるいは多数回
反射される。
請求項第５項によれば、好ましくはジャケットのカソー
ドと反対側の端部に、カソードと工作物との視線領域を
限定する限定部材が直接設けられる。補助電極ジャケッ
トはカソードの上方に設置された管と同様に作用し、そ
れによって径方向外側に配置され、管の上端縁が視線領
域を限定する限定部材として作用するような径方向の距
離で配置された工作物からは、管の底を見通すことがで
きず、従ってカソードを見通すことができない。
さらに請求項第６項によれば、上記の補助電極のカソー
ドと反対側の端部に径方向外側へ突出するカラーを設け
ることが提案され、それによってカラーに設定されてい
るアノード電位と形成される磁場の径方向成分によって
イオンを径方向に偏向させることができる。
請求項第７項によれば、補助電極ジャケットの端部と環
状アノードによって軸方向に見て段階的に開放されるガ
イド構造が形成され、補助電極ジャケットから出たイオ
ンは相対的に拡大される径方向の領域を介して徐々に偏
向される。
これは請求項第８項によれば、場合によっては異なるア
ノード電位に設定される少なくとも２つの環状電橋を設
けることによって行われ、この構造は上記の環状アノー
ドと補助電極ジャケットに設けられた前記のカラーによ
って構成することもできる。
さらに偏向は請求項第９項に記載の手段によって援助さ
れる。
請求項第２項以降の項に記載の特徴を有する上記の装置
全体が、請求項第１２項によれば二重に形成され、それ
によって２つのカソードが同軸に配置されて工作物を収
容する同一の室内で同様に作用する。上記の環状アノー
ドないしは上記のアノード電位で駆動される環状の電極
の代わりに、好ましくは工作物の排気鐘の壁すなわち工
作物を収容する室の径方向後ろの内壁をアノード電位で
駆動し、かつ駆動することができる。
装置を簡単に形成する場合、従って請求項第１２項に記
載のように、鏡像状に二重に同じ工作物収容室内で作用
するように形成しない場合にも、請求項第１５項によれ
ば好ましくは磁場が形成され、この磁場はカソードから
工作物を収容する収容室の方向へ向けられると共に、装
置の軸線に対して垂直な面に関してかつ工作物収容室を
通って前記第１の磁場成分に対して鏡像状に延びる他の
成分を有する。
請求項第１６項によれば、所定の使用目的においては、
前記の磁場を発生させる磁気装置を磁場を時間的に変調
させるように作動可能に形成し、例えば工作物上に形成
される層を変化させて均質化したり、あるいはカソード
側から取り出される量を変化させるようにすると効果的
である。鏡像状の磁場を使用する場合には、鏡像状の２
つの磁場成分の上記の変調は互いに独立して作動可能に
構成され、それによって例えば鏡像状の２つの成分の変
調を所定の相シフトするなど所望の関係で作動させるこ
とができる。例えば磁場を振幅変調することができる。
上記の磁場を永久磁石で発生させることも可能であり、
変調可能にする場合には永久磁石を機械的に移動させる
ことによって変調できるが、請求項第１８項によれば前
記磁場の少なくとも一部を同軸に配置したコイル装置に
より、すなわち電磁的に発生させるようにした方が有利
である。
［実施例〕 以下、添付図面に示す実施例を用いて本発明の詳細な説
明する。
図はコーティング室ｌを示すものであって、コーティン
グ室１はスリーブ２を介して排気可能であって、環状空
間４′内の多数の回転可能なホルダ４内には工作物とし
てのコーティングすべき基台が配置されており、前記ホ
ルダはコーティング室の壁を気密に貫通して設けられて
いる軸３によって駆動される。簡単にするためにこの種
のホルダのうち１つしか示されていないが、コーティン
グ室の軸線Ａを中心とする円の円周上に多数の同一ある
いは同様のホルダを配置することができる。
それによって、使用できる環状空間の直径Ｄ４’が大き
いので、同時に多数の工作物を加工することができる。
図から明らかなように、コーティング室Ｉはその床５と
天井６にフランジとして設けられた円筒７ないし７′に
よって拡幅されており、その中に火花蒸発に使用するカ
ソード８ないし８′が配置されている。カソードは冷却
された保持装置９ないし９′によって保持されており、
冷却手段の給排管１０と１１ないし１０’と１１′は電
気的に絶縁されて真空室の壁を貫通して案内されている
。
それぞれのカソードには環状のアノード１２ないし１２
′が設けられており、前記アノードは絶縁された電流引
き込み線１３ないし１３′とリード線１４ないし１４′
を介して電源１５ないし１５′の正の極と接続されてい
る。この電源の負の極はリード線１６ないし１６’と冷
却手段の導管１１ないし１１′を介してカソードホルダ
９ないし９′と接続されている。
放電通路はそれぞれ補助電極外装によって包囲されてい
る。本実施例においては、前記補助電極外装は挿入され
た金属の円筒２０ないし２０′と同円筒に結合されたリ
ングカラー２１ないし２１′によって形成されている。
前記円筒及びリングカラーは電圧引き込み線３２　、３
２’を介して電源２９゜２９′の正の側に接続されてお
り、かつ電源２９．２９’は図から明らかなように電源
１５　、１５’　と直列に接続されているので、カラー
２１．２１’　と円筒２０．２０’はカソードに対して
２つの直列に接続された電源の電圧の合計に相当する電
位になる。好ましくはこの電位は調節可能であるので、
イオンの偏向に必要な電位をそれぞれの使用目的に応じ
て最適に選択することができる。
なお、必ずしも図示のように環状のカラー２１゜２１′
を円筒２０．２０’の回りに設ける必要はない。
多くの場合に一方あるいは他方を設けるだけで十分であ
る。
場合によっては段階的にアノード電位に設定された環状
電極によって径方向外側へのイオンの偏向路は著しい影
響を受け、それがこの種の環状電極の数となる。前記環
状電極の中央の開口部と電位は所望の偏向に従って選択
され、工作物を保持するホルダの位置決めもそれにした
がって調節される。
好ましくは環状電極１２　、１２’の他に、あるいは環
状電極の代わりに壁５ａに沿ってアノード駆動されるジ
ャケットが設けられている（符号５ｂで示されている）
。このアノード駆動されるジャケット５ｂはコーティン
グ室の壁５ａに対して絶縁されており、かつスリーブ２
はこのアノード（ジャケット）５ｂを絶縁状態で貫通し
ているのはもちろんである。
すでに触れたように、補助電極２０．２０’の円筒ジャ
ケット部分を省く場合には、真空室の円筒７゜７′自体
を視線遮閉手段として使用し、カソードと工作物４との
視線結合を防止することができる。
補助電極がイオンに与える偏向作用にとって最も重要な
のは、円筒２０　、２０’の基台側の端縁の領域ないし
は環状のカラー２１．２１’の内方端縁である。
図から明らかなように、円筒７．７′は磁気コイル２２
　、２３　、２４ないし２２’　、　２３’　、　２４
’によって包囲されており、これら磁気コイルが円筒７
．７′内でほぼ軸平行な磁場を発生させる。前記コイル
は、磁場Ｂ、Ｂ’がそれぞれ図に記入されている方向に
発生するような極性で駆動される。この磁場は公知のよ
うに電荷を帯びた粒子に作用する。
すなわち、電子が円筒７，７′ないしは挿入され補助電
極として作用する円筒２０．２０’内部で磁場線を中心
とした螺旋状の軌跡を描き、この磁場線に沿って漂流し
、コーティング室の主要な空間４′へ進入してアノード
ないしはアノード駆動される部材によって吸引される。
磁場に案内されることによって比較的わずかな質量の電
子しか補助電極円筒２０．２０’に達しない。
これに対して正の電荷を有するイオンは補助電極円筒２
０．２０′、カラー２１　、２１’及びアノード１２゜
１２′のアノード電位によって弾かれて、その回りを回
る軌跡を描きながら工作物４（例えば基台）方向へ反ら
される。例えばこの軌跡のうち２つが図では一点鎖線で
示されている。
コイル２２と２２′はプラズマを案内する均質な磁場の
主要部分を構成し、小さい方のコイル２３゜２３′は最
終調整を行い、それによって磁場は反射板として作用す
る管状の補助電極の種々の大きさのカソード面積及び直
径に最適に適合される。磁場を構成する場合に、蒸発す
るカソード面からできるだけ短い磁場線で補助電極へ達
するように配慮しなければならず、その場合にカソード
面の縁を貫通する磁場線を補助電極の内壁から遠く離れ
るようにして、それによって発生されるイオンを最適に
利用できるようにしなければならないのは当然のことで
ある。コイル２４．２４’はコーティング室の主要空間
にイオンが入りやすくなるように磁場を強化し、環状空
間４′内の開口領域において補助電極２０．２０’に達
する電子ができるだけ少なくなるように配慮する。とい
うのはこのようにして失われる電子によってコーティン
グ室内のプラズマ密度が減少され、それに伴ってコーテ
ィングに利用できるイオン電流が減少され、必要な電力
が増大するからである。コイル２４．２４’によって発
生される付加磁場の作用によって、カソードから出てい
る磁場の端部は実際に完べきにコーティングゾーン内へ
移行し、補助電極へ移行することはない。
この効果をさらに援助するために、前記のコイルに磁気
的に弱い鉄からなる被覆３１を設けることも可能である
。
この軸平行の磁場Ｂ、Ｂ’が適当に同調しておりかつ駆
動電圧の場合に、円筒２０．２０’　と場合によっては
カラー２１．２１’からなる電極を、カラー２１．２１
’　と円筒２０　、２０’の壁との接合領域に設けられ
ている環状電極ワイヤに限定することができる。
コーティング作業の際にそれぞれの蒸発カソードと該当
するアノードとの間でカソードの蒸発をもたらすアーク
放電が行われる。環状電極すなわち円筒２０．２０’の
寸法と工作物を支えるホルダ４を有する円の直径は、す
でに述べたようにカソードのどの点からも工作物が見え
ないような寸法に設定しなければならない。カソードか
ら放出された小滴が達する可能性のある空間を示す解放
角度は、図では点線で示されている。従って工作物ホル
ダ上の基台ないし工作物はこの空間の外部に配置して、
目標材料の小滴を受けないようにしなければならない。
公知の装置に比較して、本発明に基づくコーティング装
置においては、コーティングに利用できるイオンの割合
を増加させることができる。例えば上述の装置によれば
、カソード当りアーク電流４００Ａ、アーク電圧２８Ｖ
及びイオン反射体として作用する補助電極の電位が＋３
６Ｖで基台の電位が一３０Ｖ　（両電位とも蒸発カソー
ドに対して測定）の場合に、百円筒２０．２０’の軸内
の９８０ｅの磁場で、工作物ホルダ４上の工作物へのイ
オン電流は全部で１．９Ａが測定された。この場合には
完全にはねのかからない層が得られ、すなわちカソード
から同時に放出される小滴からイオンを完べきに分離す
ることができる。
本発明によるカソード蒸着法は金属の蒸着に使用される
だけでなく、非金属材料が十分な導電性を有する場合に
は、非金属の蒸着にも使用することができる。
上記の実施例においては、真空室内に２つのカソード蒸
着器が設けられている例を示したが、蒸着カソードを１
つだけあるいは多数の蒸着カソードを存する装置を構成
することも可能で、また例えば上述の装置で下方の蒸着
カソードだけを使用して第１の材料のコーティングを行
い、別のときには上方のカソードを使用して第２の材料
のコーティングを行うようにすることもできることは云
うまでもないことである。
本発明の他の実施例においては、コーティングに使用す
る装置をコーティングの前あるいはその間に、使用する
装置をカソードスプレィ（Ｋａ　ｔｈｏ−ｄｅｎｚｅｒ
ｓ　ｔａｅｕｂｕｎｇ）によって基台のエツチングに使
用することも可能である。そのために好ましくは蒸発用
のカソードの他にホットカソード２６として形成された
低ボルトアーク放電用のカソードが設けられ、このホッ
トカソードは仕切り壁の開口部２７を介してコーティン
グ室と連通するサブルームに収容すると最も効果的であ
る。前記仕切り壁のコーティング室側を蒸発用のカソー
ド面として形成することができる。
この種の他のホットカソードとアノード１２　、１２’
によってコーティング室内でサブルーム２５とアノード
１２とが短絡されることによって低ボルトアークの点火
２８が行われ、かつ放電が例えばサブルーム２５を介し
て圧入されるアルゴンなどの不活性ガスを含む残留ガス
雰囲気で行われる場合には、基台に当接する不活性ガス
によって基台表面から塵が払拭され、従って公知のよう
に連続的にクリーニングが行われ、それによってイオン
の沈積によりもたらされる層の付着特性が改良される。
さらにイオンの沈積が行われるのと同時に常に霧化も行
われることに注意しなければならないが、沈積の速度が
霧化の速度を上回り、従って層の形成が層の崩壊を上回
っている。場合によっては層の沈積と層の霧化の比を残
留ガス雰囲気に含まれる不活性ガスの部分圧力によって
、あるいはまた基台の予圧によって変化させることがで
きる。
図から直接明らかなように、あるいは図から原理的に理
解できるように、イオンが径方向外側及びあらゆる側に
偏向されることによって、コーティングすべき工作物４
を設置するために使用される空間４′が公知の装置に比
較して著しく拡大されており、従って本発明方法によっ
て駆動される本発明装置はきわめて経済的である。
図に示す好ましい実施例においては、本発明装置は工作
物４を収容する空間４′を通る平面已に対してほぼ鏡像
的に同一に形成された部分から構成されている。しかし
本発明装置は、このような部分から形成できるだけでな
く、例えば図の上方部分からも形成することができる。
しかしその場合にも好ましくは全磁場は図中Ｂ、Ｂ’で
示されるように形成され、したがってその場合には１つ
のカソードに対して平面Ｅに関して軸方向に対向する磁
気装置が設けられて、それによって磁場Ｂ′が形成され
る。
従って例えば第１図に示す上半分を用いて装置を形成す
る場合には（それによって磁場Ｂが形成される）、好ま
しくは磁気装置に１つあるいは多数のコイル２２’　、
　２３’　、　２４’が設けられ、従って磁場部分Ｂ′
が形成される。
上述のように磁場Ｂ、Ｂ’は電磁的に発生させることが
できるが、その全体あるいは少なくとも一部を永久磁石
で発生させることも可能である。
工作物４上に形成する層を部分的及び時間的に変化させ
るために、磁場Ｂ、Ｂ’を時間的に変調（例えば振幅を
変調）することができ、そのためには第１図に示す装置
のコイル部分２２　、２２’〜２４゜２４′の少なくと
も一部に時間変調された電流が供給されて、例えば振幅
変調された磁場ＢないしＢ′が発生される。装置が第１
図に示すように二重に構成される場合には、鏡像状に設
けられるコイルの好ましくはそれぞれが独立して作動可
能に形成され、例えば変調の相をシフトして互いに独立
して使用される。すでに述べたように磁場の変調によっ
て工作物４に形成される層は時間的に変化され、かつ（
あるいは）片方あるいは両方に設けられたカソード８．
８′から取り出す量が時間的、部分的に変化される。
図では上述の変調方法は、コイルに給電する電源３５　
、３５’で概略的に示されており、この電源のそれぞれ
変調入力端子ＭＯＤ、　ＭＯＤ’が変調可能である。
次に、従来技術に関する文献を示すので、これらをまと
めて本明細書の開示内容の説明に使用できる。
一ドイツ特許公報第３２３４１００号 −米国特許公報第４４２５６８６号 −米国特許第４４９２８４５号 一欧州特許０２８６１９１号 一曲線のプラズマ光学系におけるプラズマ流の移送、１
　、　Ｉ　Ａｋｓｅｎｏｆ　ｅｔ　ａｌ　、ソビエトジ
ャーナル、プラズマフィジックス　４（４）、１９７８
年７−８月
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明装置の１実施例を示す説明図である。 ３・・・工作物ホルダ、　　４・・・工作物、７　、７
　’　、　２０．２０’・・・ジャケット、８．８′・
・・カソード、 １２　、１２’　、　２１　、２１’・・・環状電極、
２２　、２２’　、　２３　、２３’・・・磁気装置、
２６・・・ホットカソード、２８・・・開口部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）蒸発カソードがコーティングすべき工作物と直接視
    線結合されない、火花蒸発を用いる工作物のコーティン
    グ方法において、 蒸発されたイオンが蒸発カソードを貫通する軸に対して
    、この軸を少なくとも広く包囲するブラインドを中心に
    ほぼ全方向において径方向外側へ偏向され、見えない陰
    にある工作物がカソードに対して軸を包囲する空間領域
    に配置されていることを特徴とする工作物をコーティン
    グする方法。 ２）排気可能な室内に配置された少なくとも１つの蒸発
    カソードと、少なくとも１つのアノードと、工作物をカ
    ソードへの直接の視線結合の外側に保持する工作物ホル
    ダとを備えた工作物のコーティングを行う真空コーティ
    ング装置において、ａ）カソード（８、８′）に対して
    距離をおいて、カソード（８、８′）を貫通する軸（Ａ
    ）を少なくとも広く包囲するブラインド装置（２０、２
    ０′、２１、２１′）が設けられており、ｂ）カソード
    から放電されるイオンをブラインド装置を中心にほぼ全
    方向において径方向外側に偏向させる偏向手段（５ｂ、
    １２、１２′、２２、２３、２４、２２７、２３′、２
    ４′、２０、２０′）が設けられ、工作物ホルダ（３）
    が工作物（４）をカソード（８、８′）に対してブライ
    ンド装置（２０、２０′、２１、２１′）の径方向外側
    の見えない陰に保持するように形成されていることを特
    徴とする工作物のコーティング装置。 ３）環状のアノード（１２、１２′）がカソード（８、
    ８′）に対して軸方向に距離をおいて配置されており、
    アノードのイオン開口部を通して前記カソードへイオン
    が案内されることを特徴とする請求項第２項に記載の装
    置。 ４）好ましくはカソード（８、８′）の上方に、好まし
    くはカソードに関して正の電位に設定可能で軸（Ａ）を
    ほぼ包囲するジャケット（７、７′、２０、２０′）が
    カソードと同軸に配置されていることを特徴とする請求
    項第２項あるいは第３項に記載の装置。 ５）ジャケット（７、７′、２０、２０′）のカソード
    （８、８′）から離れた端部がカソード（８、８′）と
    工作物ホルダ（３）に保持された工作物との間の視線領
    域を限定する限定手段を形成することを特徴とする請求
    項第５項に記載の装置。 ６）ジャケット（２０、２０′）のカソード（８、８′
    ）から離れた端部に径方向外側へ突出するカラー（２１
    、２１′）が設けられていることを特徴とする請求項第
    ４項あるいは第５項に記載の装置。 ７）カソードから見てジャケット（２０、２０′）の軸
    方向上方にリングアノード（１２、１２′）が配置され
    ており、リングアノードの内部開口部の直径が好ましく
    はジャケット（７、７′、２０、２０′）のカソード（
    ８、８′）と反対側の端部より大きいことを特徴とする
    請求項第４項から第６項のいずれか１項に記載の装置。 ８）カソードに関して距離をおいて場合によっては異な
    るアノード電位に設定される少なくとも２つの環状の環
    状電極（１２、１２′、２１、２１′）が設けられてい
    ることを特徴とする請求項第２項から第７項のいずれか
    １項に記載の装置。 ９）好ましくは軸（Ａ）に対して同軸に磁気装置（２２
    、２２′、２３、２３′）が設けられており、その磁場
    （Ｂ、Ｂ′）がほぼカソード（８、８′）から工作物を
    収容する室（４′）方向へ向けられていることを特徴と
    する請求項第２項から第８項のいずれか１項に記載の装
    置。 １０）少なくともカソード（８）の領域に低ボルトアー
    ク放電を行うための（熱電子の）ホットカソード（２６
    ）が設けられていることを特徴とする請求項第２項から
    第９項のいずれか１項に記載の装置。 １１）ホットカソード（２６）が、仕切り壁（８）の開
    口部（２８）を介してコーティング室（８）と連通する
    サブルーム内に配置されており、好ましくは仕切り壁の
    コーティング室側がカソード（８）として形成されてい
    ることを特徴とする請求項第１０項に記載の装置。 １２）コーティング装置が好ましくは工作物（４）を収
    容するコーティング室に関して軸（Ａ）を中心に鏡像対
    称に二重に形成されており、鏡像状に二重に設けられた
    装置が同じ工作物コーティング室（４′）に作用するこ
    とを特徴とする請求項第２項から第１１項のいずれか１
    項に記載の装置。 １３）コーティング装置が軸（Ａ）を中心にほぼ回転対
    称に形成されていることを特徴とする請求項第２項から
    第１２項のいずれか１項に記載の装置。 １４）工作物を収容するコーティング室（４′）の径方
    向後ろにアノード駆動されるジャケット（５ｂ）が配置
    されていることを特徴とする請求項第２項から第１３項
    のいずれか１項に記載の装置。 １５）好ましくは軸（Ａ）に対して同軸に磁気装置（２
    ２、２２′、２３、２３′、２４、２４′）が設けられ
    ており、その磁場（Ｂ、Ｂ′）がほぼカソード（８、８
    ′）から工作物収容室（４′）の方向へ向けられている
    と共に、コーティング室を貫通する軸（Ａ）に対して垂
    直の平面に対して鏡像状に延びていることを特徴とする
    請求項第２項から第１４項のいずれか１項に記載の装置
    。 １６）磁気装置が、磁場の変調を行うように形成されて
    いることを特徴とする請求項第９項又は第１１項に記載
    の装置。 １７）磁気装置が、互いに鏡像状に形成されている磁場
    成分（Ｂ、Ｂ′）を独立して変調するように形成されて
    いることを特徴とする請求項第１６項に記載の装置。 １８）磁気装置に少なくとも１つの、好ましくは軸（Ａ
    ）に対して同軸のコイル装置（２２、２２′、２３、２
    ３′、２４、２４′）が設けられていることを特徴とす
    る請求項第９項から第１７項のいずれか１項に記載の装
    置。
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Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI79351C (fi) * 1988-01-18 1989-12-11 Asko Anttila Foerfarande och anordning foer ytbelaeggning av material.
DE4020158C2 (de) * 1990-06-25 1998-10-08 Leybold Ag Vorrichtung zum Beschichten von Substraten
DE4109213C1 (en) * 1991-03-21 1992-04-09 Forschungsgesellschaft Fuer Elektronenstrahl- Und Plasmatechnik Mbh, O-8051 Dresden, De Arc-source for vacuum coating system - comprises cathode housing with double walled shell, and thin base, target, cooling water supply, drain, etc.
CA2065581C (en) 1991-04-22 2002-03-12 Andal Corp. Plasma enhancement apparatus and method for physical vapor deposition
US5503725A (en) * 1991-04-29 1996-04-02 Novatech Method and device for treatment of products in gas-discharge plasma
US5282944A (en) * 1992-07-30 1994-02-01 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Ion source based on the cathodic arc
US5435900A (en) * 1992-11-04 1995-07-25 Gorokhovsky; Vladimir I. Apparatus for application of coatings in vacuum
JPH08505437A (ja) * 1992-12-30 1996-06-11 ナウチノ−プロイズボドストヴェノーエ・プレドプリェティエ・“ノヴァテク” 下地の真空プラズマ処理のための装置
US5468363A (en) * 1994-04-25 1995-11-21 Regents Of The University Of California Magnetic-cusp, cathodic-arc source
US6033277A (en) * 1995-02-13 2000-03-07 Nec Corporation Method for forming a field emission cold cathode
US5738768A (en) * 1995-10-31 1998-04-14 Caterpillar Inc. Process for reducing particle defects in arc vapor deposition coatings
JP2904263B2 (ja) * 1995-12-04 1999-06-14 日本電気株式会社 スパッタ装置
DE29615190U1 (de) * 1996-03-11 1996-11-28 Balzers Verschleissschutz GmbH, 55411 Bingen Anlage zur Beschichtung von Werkstücken
US5902462A (en) * 1997-03-27 1999-05-11 Krauss; Alan R. Filtered cathodic arc deposition apparatus and method
US6077572A (en) * 1997-06-18 2000-06-20 Northeastern University Method of coating edges with diamond-like carbon
US6036828A (en) * 1997-08-30 2000-03-14 United Technologies Corporation Apparatus for steering the arc in a cathodic arc coater
US5932078A (en) * 1997-08-30 1999-08-03 United Technologies Corporation Cathodic arc vapor deposition apparatus
US5972185A (en) * 1997-08-30 1999-10-26 United Technologies Corporation Cathodic arc vapor deposition apparatus (annular cathode)
US6009829A (en) * 1997-08-30 2000-01-04 United Technologies Corporation Apparatus for driving the arc in a cathodic arc coater
FR2772546A1 (fr) * 1997-12-16 1999-06-18 Centre Nat Rech Scient Systeme de deviation d'un plasma ionique
US6103074A (en) * 1998-02-14 2000-08-15 Phygen, Inc. Cathode arc vapor deposition method and apparatus
US5976636A (en) * 1998-03-19 1999-11-02 Industrial Technology Research Institute Magnetic apparatus for arc ion plating
JP2002525431A (ja) * 1998-09-14 2002-08-13 ユナキス・トレーディング・アクチェンゲゼルシャフト アーク蒸化室用ターゲット配置
US6426125B1 (en) * 1999-03-17 2002-07-30 General Electric Company Multilayer article and method of making by ARC plasma deposition
US6365016B1 (en) * 1999-03-17 2002-04-02 General Electric Company Method and apparatus for arc plasma deposition with evaporation of reagents
JP4806146B2 (ja) * 1999-07-13 2011-11-02 エリコン・トレーディング・アクチェンゲゼルシャフト，トリュープバッハ 真空処理ないしは粉末製造のための装置および方法
US7300559B2 (en) * 2000-04-10 2007-11-27 G & H Technologies Llc Filtered cathodic arc deposition method and apparatus
CA2305938C (en) * 2000-04-10 2007-07-03 Vladimir I. Gorokhovsky Filtered cathodic arc deposition method and apparatus
US6936145B2 (en) * 2002-02-28 2005-08-30 Ionedge Corporation Coating method and apparatus
US6756596B2 (en) 2002-04-10 2004-06-29 Paul E. Sathrum Filtered ion source
AU2003225170A1 (en) * 2002-04-25 2003-11-10 University Of Virginia Patent Foundation Apparatus and method for high rate uniform coating, including non-line of sight
US20070118065A1 (en) * 2004-12-03 2007-05-24 Leonard Pinchuk Glaucoma Implant Device
DE102006009160B4 (de) * 2006-02-22 2010-01-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Anordnung für die Separation von Partikeln aus einem Plasma
ES2648995T3 (es) * 2007-04-17 2018-01-09 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon Fuente de evaporación por arco voltaico al vacío, así como una cámara de evaporación por arco voltaico con una fuente de evaporación por arco voltaico al vacío
WO2013120097A1 (en) 2012-02-09 2013-08-15 Fluxion Inc. Compact, filtered ion source

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4191888A (en) * 1978-11-17 1980-03-04 Communications Satellite Corporation Self-shielding small hole accel grid
JPS55117856A (en) * 1979-03-02 1980-09-10 Hitachi Ltd Method and apparatus for separating impurities
JPS5711447A (en) * 1980-06-23 1982-01-21 Toshiba Corp Hollow cathode discharge device
DE3204135C2 (de) * 1982-02-06 1987-01-08 Honeywell Regelsysteme GmbH, 6050 Offenbach Vorrichtung zur Simulation des freien Ausblicks mittels eines optischen Gerätes
US4471224A (en) * 1982-03-08 1984-09-11 International Business Machines Corporation Apparatus and method for generating high current negative ions
US4452686A (en) * 1982-03-22 1984-06-05 Axenov Ivan I Arc plasma generator and a plasma arc apparatus for treating the surfaces of work-pieces, incorporating the same arc plasma generator
CH657242A5 (de) * 1982-03-22 1986-08-15 Axenov Ivan I Lichtbogen-plasmaquelle und lichtbogenanlage mit einer solchen lichtbogen-plasmaquelle zur plasmabehandlung der oberflaeche von werkstuecken.
AT376460B (de) * 1982-09-17 1984-11-26 Kljuchko Gennady V Plasmalichtbogeneinrichtung zum auftragen von ueberzuegen
US4511593A (en) * 1983-01-17 1985-04-16 Multi-Arc Vacuum Systems Inc. Vapor deposition apparatus and method
JPS6122548A (ja) * 1984-07-09 1986-01-31 Hitachi Ltd 荷電粒子引出系
NL8502067A (nl) * 1985-07-17 1987-02-16 Gebroeders Hauzer B V Bekledingsinrichting.
FR2613897B1 (fr) * 1987-04-10 1990-11-09 Realisations Nucleaires Et Dispositif de suppression des micro-projections dans une source d'ions a arc sous vide

Also Published As

Publication number Publication date
EP0334204A2 (de) 1989-09-27
EP0334204A3 (en) 1990-07-18
DE58909180D1 (de) 1995-05-24
US4929321A (en) 1990-05-29
EP0334204B1 (de) 1995-04-19

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