JPH0225986B2 - - Google Patents
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- JPH0225986B2 JPH0225986B2 JP16159984A JP16159984A JPH0225986B2 JP H0225986 B2 JPH0225986 B2 JP H0225986B2 JP 16159984 A JP16159984 A JP 16159984A JP 16159984 A JP16159984 A JP 16159984A JP H0225986 B2 JPH0225986 B2 JP H0225986B2
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- Japan
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- cathode
- vacuum arc
- reactive gas
- discharge surface
- reactive
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/228—Gas flow assisted PVD deposition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3244—Gas supply means
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- Analytical Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は放電を高度に安定化した高速真空アー
ク反応性蒸着法及びその蒸着装置に関する。
ク反応性蒸着法及びその蒸着装置に関する。
トカマク型核融合炉では、プラズマを包む容器
壁の部品に炭化チタンなどを金属表面に蒸着した
被覆材料を用いている。これらの材料は核融合炉
運転中に起きるプラズマ異常時の大きな熱流束に
より表面被覆層に破壊的な損傷を被る。これによ
り被覆層を失つた部品金属は直接プラズマに曝さ
れプラズマ汚染される。従つて、損耗箇所を局所
的にその場で修復する技術開発が緊急課題となつ
ている。特に強い誘導放射能をおびる将来の核融
合炉では、炉を解体せずに内壁を補修する技術の
開発が不可欠である。このように、その場で所望
の箇所に良質のセラミツクを被覆する技術は、核
融合炉のみならず、各種の化学プラント反応装置
等の内面被覆あるいは補修技術としても、その研
究開発が要望されている。
壁の部品に炭化チタンなどを金属表面に蒸着した
被覆材料を用いている。これらの材料は核融合炉
運転中に起きるプラズマ異常時の大きな熱流束に
より表面被覆層に破壊的な損傷を被る。これによ
り被覆層を失つた部品金属は直接プラズマに曝さ
れプラズマ汚染される。従つて、損耗箇所を局所
的にその場で修復する技術開発が緊急課題となつ
ている。特に強い誘導放射能をおびる将来の核融
合炉では、炉を解体せずに内壁を補修する技術の
開発が不可欠である。このように、その場で所望
の箇所に良質のセラミツクを被覆する技術は、核
融合炉のみならず、各種の化学プラント反応装置
等の内面被覆あるいは補修技術としても、その研
究開発が要望されている。
従来技術
従来、真空アーク放電を利用したセラミツク被
覆法は知られている。その方法として第５図に示
すように、陰極２の端部に絶縁材１１を接触、介
在させて陽極１０を設け、全体を真空容器１２内
に収容し、その容器内に基体を設置し、反応性ガ
スを容器内に導入し、金属蒸気と反応性ガスのプ
ラズマ流を基板１３に当て蒸着させていた。１４
は排出口を示す。
覆法は知られている。その方法として第５図に示
すように、陰極２の端部に絶縁材１１を接触、介
在させて陽極１０を設け、全体を真空容器１２内
に収容し、その容器内に基体を設置し、反応性ガ
スを容器内に導入し、金属蒸気と反応性ガスのプ
ラズマ流を基板１３に当て蒸着させていた。１４
は排出口を示す。
このような方法によると、
(1) アーク放電を安定化するために放電面の面積
を大きくする必要がある。
を大きくする必要がある。
(2) 反応性ガスは真空容器内に導入するため、ア
ーク放電を安定化するには反応圧力をある程度
高くせざるを得ない。
ーク放電を安定化するには反応圧力をある程度
高くせざるを得ない。
(3) 陰極点の放電面からの逸散を防ぐために、陰
極に接触して絶縁材を用いるため、絶縁材の材
料がアークで蒸発し、蒸着被膜中に不純物とし
て混入する。また絶縁材料にセラミツクが蒸着
し、しばしば短絡トラブルが発生する。
極に接触して絶縁材を用いるため、絶縁材の材
料がアークで蒸発し、蒸着被膜中に不純物とし
て混入する。また絶縁材料にセラミツクが蒸着
し、しばしば短絡トラブルが発生する。
(4) この方法では、核融合炉、化学プラント反応
装置の内壁面の損傷箇所をその場で蒸着補修で
きない。などの欠点があつた。
装置の内壁面の損傷箇所をその場で蒸着補修で
きない。などの欠点があつた。
発明の目的
本発明の従来法の真空アーク反応蒸着法の欠点
を解消すべくなされたもので、核融合炉、化学プ
ラント反応装置の内壁の損傷箇所もその場で、蒸
着することが可能で、しかも真空アーク放電によ
るイオン化率も高く、高速安定に、かつ蒸着被膜
も汚染させることがなく、トラブルの発生もない
真空アーク反応性蒸着法ならびにその蒸着装置を
提供するにある。
を解消すべくなされたもので、核融合炉、化学プ
ラント反応装置の内壁の損傷箇所もその場で、蒸
着することが可能で、しかも真空アーク放電によ
るイオン化率も高く、高速安定に、かつ蒸着被膜
も汚染させることがなく、トラブルの発生もない
真空アーク反応性蒸着法ならびにその蒸着装置を
提供するにある。
発明の構成
(1) 真空アーク放電により発生させた金属蒸気と
反応性ガスのプラズマ流を作り、これを収束輸
送して基体上に蒸着させる方法において、放電
面に細孔を有する真空アーク陰極を使用し、該
細孔から反応性ガスを吹出し、かつ真空アーク
の放電面を除く陰極全体を高融点のシールドで
狭い間隙を隔てて覆い、真空アーク陰極輝点を
放電面のガス吹出し口周辺部に集中させたプラ
ズマ流を発生させ、これを陽極で収束輸送させ
ることを特徴とする真空アク反応性蒸着法。
反応性ガスのプラズマ流を作り、これを収束輸
送して基体上に蒸着させる方法において、放電
面に細孔を有する真空アーク陰極を使用し、該
細孔から反応性ガスを吹出し、かつ真空アーク
の放電面を除く陰極全体を高融点のシールドで
狭い間隙を隔てて覆い、真空アーク陰極輝点を
放電面のガス吹出し口周辺部に集中させたプラ
ズマ流を発生させ、これを陽極で収束輸送させ
ることを特徴とする真空アク反応性蒸着法。
(2) 真空アーク陰極がその放電面に反応性ガス吹
出し用の細孔を設けたものからなり、該陰極の
周囲を冷却ジヤケツトで囲むと共に、放電面を
除く陰極全体を高融点シールドで狭い間隙を隔
てて覆い、かつ収束コイルを外周に設けた陽極
を陰極放電面の前方へ設けたことを特徴とする
真空アーク反応性蒸着装置にある。
出し用の細孔を設けたものからなり、該陰極の
周囲を冷却ジヤケツトで囲むと共に、放電面を
除く陰極全体を高融点シールドで狭い間隙を隔
てて覆い、かつ収束コイルを外周に設けた陽極
を陰極放電面の前方へ設けたことを特徴とする
真空アーク反応性蒸着装置にある。
本発明を図面に基づいて説明すると、第１図は
本発明における電極の説明図で、陰極２は水冷ジ
ヤケツト１によつて冷却され、その放電面３には
開口端を有するガス出口４とガス入口５とを結ぶ
細孔が設けられている。反応性ガスは陰極のガス
入口５の直前に設けた高周波などによるガスプラ
ズマ発生系６により、予めイオン化した後、ガス
入口５から送り込む。
本発明における電極の説明図で、陰極２は水冷ジ
ヤケツト１によつて冷却され、その放電面３には
開口端を有するガス出口４とガス入口５とを結ぶ
細孔が設けられている。反応性ガスは陰極のガス
入口５の直前に設けた高周波などによるガスプラ
ズマ発生系６により、予めイオン化した後、ガス
入口５から送り込む。
一方、真空アーク放電の陰極輝点が放電面から
逸散するのを防ぐために、陰極は放電面以外の周
囲を、出来るだけ狭い間隙を隔ててチタンなどの
高融点のものからなるルールド７で覆われてい
る。陰極２の前方に水冷等により冷却された陽極
８の外周に収束コイル９を設け、磁場によりプラ
ズマビーム径を任意に制御するように構成されて
いる。
逸散するのを防ぐために、陰極は放電面以外の周
囲を、出来るだけ狭い間隙を隔ててチタンなどの
高融点のものからなるルールド７で覆われてい
る。陰極２の前方に水冷等により冷却された陽極
８の外周に収束コイル９を設け、磁場によりプラ
ズマビーム径を任意に制御するように構成されて
いる。
前記構成において、ガス入口５の直前にガスプ
ラズマ発生系６は必ずしも設けることを必要とし
ない。
ラズマ発生系６は必ずしも設けることを必要とし
ない。
本発明においては陰極５の放電面に反応性ガス
の出口の細孔を設け、これより反応性ガスを導入
するため、真空アークの陰極輝点を開口端周辺部
に集中させることができ、その放電を高度に安定
させることができる。また、反応性ガスを予めイ
オン化して導入すると、放電が安定化し、且つプ
ラズマ反応の効率が上昇し得られ、そのため良質
のセラミツク被膜の高速蒸着をすることができ
る。更に放電面以外の陰極の周囲を小間隔を隔て
てシールドで覆つたため、シールド材料の蒸発や
導電性物質の付着による陰極−陽極間の短絡のト
ラブルが全くなくなる。
の出口の細孔を設け、これより反応性ガスを導入
するため、真空アークの陰極輝点を開口端周辺部
に集中させることができ、その放電を高度に安定
させることができる。また、反応性ガスを予めイ
オン化して導入すると、放電が安定化し、且つプ
ラズマ反応の効率が上昇し得られ、そのため良質
のセラミツク被膜の高速蒸着をすることができ
る。更に放電面以外の陰極の周囲を小間隔を隔て
てシールドで覆つたため、シールド材料の蒸発や
導電性物質の付着による陰極−陽極間の短絡のト
ラブルが全くなくなる。
発明の効果
前記の効果に加え、本発明によると、(1)放電が
高度に安定化するため、放電を持続することがで
きる雰囲気ガス圧力、放電電流の範囲が広がる。
(2)蒸着速度が同一の放電電流で、従来法と比べア
ークの輝点が集中安定化するため、顕著に増加す
る。(3)陰極の放電面を小さくすることが可能なた
め、小面積の陰極面から蒸着物質を高密度で放出
することができる。従つて所望の場所に局所被覆
が可能となる。(4)小断面積を有するシリンダー状
陰極を採用できるため、陰極材料を機械的にかつ
連続的に補給することが容易で、現場で蒸着する
のに適する電極構造とすることも容易である。等
の優れた効果を奏し得られる。
高度に安定化するため、放電を持続することがで
きる雰囲気ガス圧力、放電電流の範囲が広がる。
(2)蒸着速度が同一の放電電流で、従来法と比べア
ークの輝点が集中安定化するため、顕著に増加す
る。(3)陰極の放電面を小さくすることが可能なた
め、小面積の陰極面から蒸着物質を高密度で放出
することができる。従つて所望の場所に局所被覆
が可能となる。(4)小断面積を有するシリンダー状
陰極を採用できるため、陰極材料を機械的にかつ
連続的に補給することが容易で、現場で蒸着する
のに適する電極構造とすることも容易である。等
の優れた効果を奏し得られる。
実施例
陰極材料としてTiを、反応性ガスとしてN2を
用い、第１図に示す装置を使用してTiNをモリ
ブデン基板上に蒸着した。陰極は外径30mmφ、長
さ50mmとし、中心軸上に径５mmの細孔を設けた。
反応性ガスは、陰極のガス入口の直前で、高周波
放電によりイオン化して供給した。陰極表面の放
電面を写真撮影して観察した結果、従来法におけ
る反応性ガスを陰極から離れた場所から導入した
場合には、アーク陰極輝点が放電面全体を動きま
わつていたが、本発明のように陰極の放電面に設
けた細孔から導入すると、反応性ガスの導入前の
イオン化操作の有無に係わらず、アーク陰極輝点
が反応性ガス出口周辺のみにあり、蒸着物質が高
密度で放出されることが判つた。
用い、第１図に示す装置を使用してTiNをモリ
ブデン基板上に蒸着した。陰極は外径30mmφ、長
さ50mmとし、中心軸上に径５mmの細孔を設けた。
反応性ガスは、陰極のガス入口の直前で、高周波
放電によりイオン化して供給した。陰極表面の放
電面を写真撮影して観察した結果、従来法におけ
る反応性ガスを陰極から離れた場所から導入した
場合には、アーク陰極輝点が放電面全体を動きま
わつていたが、本発明のように陰極の放電面に設
けた細孔から導入すると、反応性ガスの導入前の
イオン化操作の有無に係わらず、アーク陰極輝点
が反応性ガス出口周辺のみにあり、蒸着物質が高
密度で放出されることが判つた。
雰囲気ガス圧力と放電電流との関係を示すと第
２図の通りである。図においてＡは従来法、Ｂ，
Ｃは本発明の方法で、Ｂは反応性ガスを予めイオ
ン化せずに導入した場合、Ｃは反応性ガスを予め
イオン化して導入した場合である。この図が示す
ように、本発明の場合は安定放電領域が大きくな
る。得られたTiN皮膜の格子定数を示すと第３
図の通りである。結晶学的に健全なTiNの格子
定数の値は4.24Åである。この点を考慮すると、
化学量論組成（Ti／Ｎ＝1.0）を有する被膜の生
成する雰囲気ガス圧は３×10-3〜１×10-2Torr
の範囲であることがわかる。従来法によると、こ
の圧力範囲では安定放電が得られないが、本発明
の方法によると、安定放電領域に入り、従つて、
良質の皮膜を得ることができる。
２図の通りである。図においてＡは従来法、Ｂ，
Ｃは本発明の方法で、Ｂは反応性ガスを予めイオ
ン化せずに導入した場合、Ｃは反応性ガスを予め
イオン化して導入した場合である。この図が示す
ように、本発明の場合は安定放電領域が大きくな
る。得られたTiN皮膜の格子定数を示すと第３
図の通りである。結晶学的に健全なTiNの格子
定数の値は4.24Åである。この点を考慮すると、
化学量論組成（Ti／Ｎ＝1.0）を有する被膜の生
成する雰囲気ガス圧は３×10-3〜１×10-2Torr
の範囲であることがわかる。従来法によると、こ
の圧力範囲では安定放電が得られないが、本発明
の方法によると、安定放電領域に入り、従つて、
良質の皮膜を得ることができる。
第４図に蒸着速度を示す。図中、Ａは従来法、
Ｂ，Ｃは本発明の方法を示す。Ｂは反応性ガスを
予めイオン化せずに導入した場合、Ｃは反応性ガ
スを予めイオン化して導入した場合である。図が
示すように、本発明の方法によると蒸発速度が早
いことがわかる。
Ｂ，Ｃは本発明の方法を示す。Ｂは反応性ガスを
予めイオン化せずに導入した場合、Ｃは反応性ガ
スを予めイオン化して導入した場合である。図が
示すように、本発明の方法によると蒸発速度が早
いことがわかる。
第１図は本発明における電極の一実施態様図
で、第２図は雰囲気ガス圧力と放電電流との関係
図、第３図は本発明方法によつて得られたTiN
皮膜の格子定数と雰囲気ガス圧との関係図、第４
図は蒸着速度の比較図、第５図は従来法における
電極概要図を示す。 １：水冷ジヤケツト、２：陰極、３：放電面、
４：反応性ガス出口、５：反応性ガス入口、６：
ガスプラズマ発生系、７：シールド、８：水冷陽
極、９：収束コイル、１０：陽極、１１：絶縁
材、１２：真空容器、１３：基板、１４：排気
口、Ａ線：従来法の場合、Ｂ線：本発明の方法
で、予め反応性ガスをイオン化しない場合、Ｃ
線：本発明の方法で、予め反性ガスをイオン化し
た場合。
で、第２図は雰囲気ガス圧力と放電電流との関係
図、第３図は本発明方法によつて得られたTiN
皮膜の格子定数と雰囲気ガス圧との関係図、第４
図は蒸着速度の比較図、第５図は従来法における
電極概要図を示す。 １：水冷ジヤケツト、２：陰極、３：放電面、
４：反応性ガス出口、５：反応性ガス入口、６：
ガスプラズマ発生系、７：シールド、８：水冷陽
極、９：収束コイル、１０：陽極、１１：絶縁
材、１２：真空容器、１３：基板、１４：排気
口、Ａ線：従来法の場合、Ｂ線：本発明の方法
で、予め反応性ガスをイオン化しない場合、Ｃ
線：本発明の方法で、予め反性ガスをイオン化し
た場合。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 真空アーク放電により発生させた金属蒸気と
反応性ガスのプラズマ流を作り、これを収束輸送
して基体上に蒸着させる方法において、放電面に
細孔を有する真空アーク陰極を使用し、該細孔か
ら反応性ガスを吹出し、かつ真空アークの放電面
を除く陰極全体を高融点のシールドで狭い間隙を
隔てて覆い、真空アーク陰極輝点を放電面のガス
吹出し口周辺部に集中させたプラズマ流を発生さ
せ、これを陽極で収束輸送させることを特徴とす
る真空アーク反応性蒸着法。 ２ 反応性ガスを導入する直前において、反応性
ガスを放電によりイオン化して導入する特許請求
の範囲第１項記載の真空アーク反応性蒸着法。 ３ 真空アーク陰極がその放電面に反応性ガス吹
出し用の細孔を設けたものからなり、該陰極の周
囲を冷却ジヤケツトで囲むと共に、放電面を除く
陰極全体を高融点シールドで狭い間隙を隔てて覆
い、かつ収束コイルを外周に設けた陽極を陰極放
電面の前方へ設けたことを特徴とする真空アーク
反応性蒸着装置。 ４ 反応性ガスの入口の直前に反応性ガスプラズ
マ発生装置を設けた特許請求の範囲第３項記載の
真空アーク反応性蒸着装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16159984A JPS6141764A (ja) | 1984-08-02 | 1984-08-02 | 真空ア−ク反応性蒸着法及びその蒸着装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16159984A JPS6141764A (ja) | 1984-08-02 | 1984-08-02 | 真空ア−ク反応性蒸着法及びその蒸着装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6141764A JPS6141764A (ja) | 1986-02-28 |
| JPH0225986B2 true JPH0225986B2 (ja) | 1990-06-06 |
Family
ID=15738210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16159984A Granted JPS6141764A (ja) | 1984-08-02 | 1984-08-02 | 真空ア−ク反応性蒸着法及びその蒸着装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6141764A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07122131B2 (ja) * | 1986-07-10 | 1995-12-25 | 日新電機株式会社 | ア−ク式蒸発源 |
| JP2590349B2 (ja) * | 1987-11-18 | 1997-03-12 | 株式会社神戸製鋼所 | 耐摩耗性膜被覆方法 |
| JPH01287270A (ja) * | 1988-05-13 | 1989-11-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スパッタリング装置 |
| JPH0725523B2 (ja) * | 1992-01-24 | 1995-03-22 | 工業技術院長 | 窒化チタン薄膜 |
| JP3287163B2 (ja) * | 1995-01-23 | 2002-05-27 | 日新電機株式会社 | アーク式蒸発源 |
-
1984
- 1984-08-02 JP JP16159984A patent/JPS6141764A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6141764A (ja) | 1986-02-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |