JPH02185966A - 幅方向に均一なシートプラズマ流の発生方法 - Google Patents

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） この発明は、ＨＣＤ　（Ｈｏｌｌｏｗ　Ｃａｔｈｏｄｅ
　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）法にてイオンブレーティングを
行う際に用いるホローカソードガン（以下ＨＣＤガンと
いう）にて幅の広いプラズマ流、いわゆるシートプラズ
マ流を発生させる方法に関する。

プラズマを利用したイオンブレーティング法がＴｉＮ　
、　ＴｉＣ、Ｔｔ（ＣＮ）等のセラミックコーティング
に適用されている。イオンブレーティング法としては、
ＨＣＤ法、Ｅ　Ｂ　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ）　
＋　ＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）法、マル
テイ・アーク法およびアーク放電法等の手法が実施され
ている。

これらの手法の中でＨＣＤ法はイオン化率が２０〜６０
％と高く、また成膜速度も０．０５〜０．５　ｔｔ　ｍ
／ｗｉｎと比較的速いため、ＴｉＮ　５Ｔｉｃ　５Ｔｉ
（ＣＮ）あるいはＣｒＮなとのセラミックコーティング
に広く利用されている。特にＨＣＤ法はＮ２ガス流量、
真空度、バイアス電圧、基板温度、基板の前処理などの
要件が少々変化しても容易かつスムーズにセラミックコ
ーティングを行うことができる利点がある。

ＨＣＤ法イオンブレーティングに関しては、例えば金属
表面技術、３５　（１）　Ｐ、１６〜２４　（１９８４
）、粉末および粉末冶金３２　（１９８５）　Ｐ、５５
〜６０に開示がある。

（従来の技術） ところで現行のＨＣＤガンはＴａ製の円筒からなる中空
陰極を用いており、サブストレイト上の蒸着領域は円形
状になるため、被蒸着面が広い広幅鋼板などにコーティ
ングを施すには板幅方向にＨＣＤガンを移動させなくて
はならず、板幅方向に均一な被膜を得ることが難しい。

幅の広い大面積のサブストレイト上へのコーティング処
理について、特開昭６３−５７７６７号、同６３−５０
４６３号および同６３−５０４７３号各広報には、複数
のるつぼに磁界を作用させ、圧力勾配型のプラズマガン
にて発生させたプラズマを複数のるつぼに分岐収束させ
て蒸着する方法が開示されている。

しかしながらいずれの方法も複数のガンおよびるつぼが
それぞれ独立に存在するため、各るつぼからの蒸気流を
同一雰囲気にすることは難しく、かつ複数のガンをそな
えるため高価な装置となることから、実際に適用するに
は多くの問題が残されている。

（発明が解決しようとする課題） そこでこの発明は、幅の広い大面積のサブストレイト上
での均一なコーティング処理を実現するのに最適なシー
トプラズマ流の有利な発生方法について提案することを
目的とする。

（課題を解決するための手段） すなわちこの発明は、 長方形の板状体に、短辺方向に延びるプラズマ発生用の
貫通孔を、長辺方向へ並列に設けた中空陰極をそなえる
ホローカソードガンを用いて、該貫通孔にプラズマソー
スガスを流しながら通電することによってシートプラズ
マ流を発生させるに当たり、貫通孔列の中央部とその両
端部とで異なる流量のプラズマソースガスを各貫通孔に
導くことを特徴とする幅方向に均一なシートプラズマ流
の発生方法（第１発明）および、 長方形の板状体に、短辺方向に延びるプラズマ発生用の
貫通孔を、長辺方向へ並列に設けた中空陰極をそなえる
ホローカソードガンにて発生させたシートプラズマ流の
幅を磁場によって拡げるに当たり、ホローカソードガン
出側のシートプラズマ流の幅中央部とその両端部とに分
割した磁場を、相異なる強さで作用させることを特徴と
する幅方向に均一なシートプラズマ流の発生方法（第２
発明）である。

さて第１図に、この発明に用いて好適なＨＣＤガンの中
空陰極を示す。中空陰極１は長方形の板状体に、その短
辺方向に延びる貫通孔２−１〜２−７を長辺方向へ、複
数、並列に形成したものである。また中空陰極１の材質
は一般に用いられているＴａでもよいが、高融点のＷ又
はＬａＢ６が有利に適合する。とくにＬａＢ、は、初期
加熱が容易なこと、放電特性が良好であること、１５０
０°Ｃ以上の高温に耐えることおよび焼結処理にて複雑
な成形が実現できること等の利点がある。さらに中空陰
極の低温部がＴａ製に、高温部がＷあるいはＬａＢ６製
になる複合材としてもよい。

上記した中空陰極をそなえるＨＣＤガンにてプラズマ流
を発生させるには、各貫通孔内にプラズマソースガス、
例えばＡｒ、　Ｈｅまたはそれらの混合ガスを流しなが
ら通電する。各貫通孔にて発生したプラズマ流は貫通孔
の出側で全体としてシート状のプラズマ流になるが、中
空陰極における位置によって、例えば長辺方向の中央部
とその両端部との温度に差があるとシートプラズマ流の
中央部とその両端部との間にも電子密度の差異が生じる
ため、プラズマ流の均一化を図らなくてはならない。

そこで貫通孔に導くプラズマソースガスの流量を、貫通
孔２−１．２と２−３．４．５と２−６．７とで、それ
ぞれ独立に制御することによって幅方向にわたって均一
なシートプラズマ流とする。

なお上記したプラズマソースガスの流量制御は、例えば
マスフローコントローラーを用いて行う。

マスフローコントローラーは、従来から常用されている
流量計と異なり、管内の流量を電気的に制御することを
基本としているので、わずかなガス量の制御でも正確に
行うことが出来る。

次に第２発明に使用するＨＣＤガンをそなえたイオンブ
レーティング装置について、第２図に示す。

図中３は第１図に示した中空陰極をそなえるＨＣＤガン
、４は第１電極、５は第２電極、６は磁石、７はＨＣＤ
ガンからのシートプラズマ流、８は例えばＴｉなどの蒸
発源、９はるつぼ、１０は磁石、１１は蒸発物質の経路
となる集束コイル、１２は計などの反応ガスの導入管、
１３はサブストレイトとなる銅帯、１４は巻き戻しリー
ル、１５は巻き取りリール、１６は排気口、そして１７
は真空槽である。

このイオンブレーティング装置において、低電圧、大電
流の条件下にてＨＣＤガン３から発生させたプラズマビ
ーム７は、第３図に示すように、磁石６による磁場（以
下刃ブス磁場という）にてさらに幅広のシートプラズマ
流とする。ついでこのシートプラズマ流を、磁石１０に
よって真空槽１７内のるつぼ９へと導き、蒸発源８の溶
解およびイオン化をはかる。イオン化した蒸発物質は集
束コイル１１内の高プラズマ雰囲気中を通って反応ガス
と反応し、鋼帯１３上に蒸着される。

ここでシートプラズマ流の幅をより広げる磁石６は、磁
石６Ａと６Ｂとを所定の間隔を置いて対向配置したもの
で、この間隙にシートプラズマ流を導いてより幅広のプ
ラズマ流とする。さらに磁石６八および６Ｂは幅方向に
３分割され、すなわち中央部に磁石６Ａ−１および６Ｂ
−１、そして両端部に磁石６Ａ−２，３および６Ｂ−２
，３をそれぞれ配してなり、磁石６Ａ−１および６Ｂ−
１、同６Ａ−２および６Ｂ＝２、同６Ａ−３および６Ｂ
−３の間の磁場強さを調整して幅方向に電子密度の均一
なシートプラズマ流とする。具体的には磁石と電磁石と
を組合わせることによって達成できる。

上記の操作によって、幅方向にわたって均一なシートプ
ラズマ流をるつぼ９へ向けて照射でき、したがって幅方
向に広いサブストレイトであっても幅方向に均一な蒸着
被膜を被成することが可能になる。

なお磁石６Ａおよび６Ｂは通常永久磁石を用いるが、こ
の発明のように幅方向にわたって磁場の強さを制御する
場合には電磁石を適用することが、高精度制御の上で望
ましい。

（作°用） この発明は、プラズマの発生部となる貫通孔が複数、並
列しているＨＣＤガンを用いることによって貫通孔から
放出されるプラズマビームの束を幅方向に拡げかつ各貫
通孔内に導（Ａｒ、Ｈｅ等のガス量を調整して幅方向に
わたって電子密度の均一なシートプラズマ流の発生を実
現している。

また上記のＨＣＤガンにて発生させたシートプラズマ流
をカブス磁場によってさらに幅広にすることが可能で、
この場合に各貫通孔内に導くガス量の調整を併用するこ
とが有利である。

以上のように発生させたシートプラズマ流をイオンブレ
ーティング処理に適用することによって、幅方向に長い
蒸着源に対応したビームスポットが得られ、よって茶着
流は幅方向に長くなって幅方向における均一蒸着が可能
となる。

なおこの磁場によるプラズマ流形状の幅広化を従来の円
筒状の中空陰極からのプラズマビームに適用すると、ビ
ーム強度は低下し薄着速度が遅くなる不利をまねく。し
たがって磁場によるプラズマビーム形状の最適化は、こ
の発明に従うＨＣＤガンの適用によって初めて実現され
得るものとなる。

（実施例） Ｃ：　０．０３１　ｗｔ％、Ｃｒ：１８．７　ｗｔ％、
Ｍｎ：０．０１　ｗｔ％、Ｐ　：　０．０１３　ｗｔ％
およびＳ　：　０．０１１　ｗｔ％を含有するステンレ
ス銅板（厚さ：　０．２５ｍｍ、幅：５００ｍｎ＋）の
表面に、第２・図に示したイオンブレーティング装置を
用いて、ＴｉＮ膜を１．５　ｍｍ厚で被成するに当たり
、中空陰極の各貫通孔に導入した計ガス流量を下表のよ
うに調整し、また第３図に示したカブス磁場の調整も下
表のように行った。

さらに比較として、Ａｒガス流量やカプス磁場を調整し
ないでのイオンブレーティング処理も行った。

かくして得られた製品の被膜の色調、均一性および密着
性について調べた結果を、下表に併記する。

上表から明らかなように、この発明に従って得られたシ
ートプラズマ流を用いたイオンブレーティング処理によ
る被膜は、色調および膜厚ともに均一で、また密着性も
良好であった。

（発明の効果） この発明に従って得られたシートプラズマ流をイオンブ
レーティング処理に用いれば、幅方向に均一な被膜をと
くにサブストレイトが広幅の場合であっても形成するこ
とができ、したがってサブストレイトの幅に影響されな
い被膜処理を実現し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に用いるＨＣＤガンを示す斜視図、 第２図はこの発明の実施に好適なイオンブレーティング
装置を示す模式図、 第３図はシートプラズマ流のカプス磁場による広幅化を
説明する斜視図である。 １・・・中空陰極 ２−１〜２−７・・・貫通孔 ３・・・ＨＣＤガン　　　　　４・・・第１電極５・・
・第２電極 ６．６Ａ−１〜６Ａ−３，６Ｂ−１〜６Ｂ−３・・・磁
石７・・・シートプラズマ流　　８・・・蒸発源９・・
・るつぼ　　　　　　　１０・・・磁石１１・・・集束
コイル　　　　　１２・・・導入管１３・・・鋼帯　　
　　　　　　１４・・・巻き戻しリール１５・・・巻き
取りリール　　　１６　　排気口１７・・・真空槽

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、長方形の板状体に、短辺方向に延びるプラズマ発生
   用の貫通孔を、長辺方向へ並列に設けた中空陰極をそな
   えるホローカソードガンを用いて、該貫通孔にプラズマ
   ソースガスを流しながら通電することによってシートプ
   ラズマ流を発生させるに当たり、 貫通孔列の中央部とその両端部とで異なる流量のプラズ
   マソースガスを各貫通孔に導くことを特徴とする幅方向
   に均一なシートプラズマ流の発生方法。 ２、長方形の板状体に、短辺方向に延びるプラズマ発生
   用の貫通孔を、長辺方向へ並列に設けた中空陰極をそな
   えるホローカソードガンにて発生させたシートプラズマ
   流の幅を磁場によって拡げるに当たり、 ホローカソードガン出側のシートプラズマ流の幅中央部
   とその両端部とに分割した磁場を、相異なる強さで作用
   させることを特徴とする幅方向に均一なシートプラズマ
   流の発生方法。