JPH02285072A - 加工物表面のコーティング方法及びその加工物 - Google Patents
加工物表面のコーティング方法及びその加工物Info
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- JPH02285072A JPH02285072A JP2079061A JP7906190A JPH02285072A JP H02285072 A JPH02285072 A JP H02285072A JP 2079061 A JP2079061 A JP 2079061A JP 7906190 A JP7906190 A JP 7906190A JP H02285072 A JPH02285072 A JP H02285072A
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- C23C14/355—Introduction of auxiliary energy into the plasma using electrons, e.g. triode sputtering
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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。
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〕
本発明はスパッタリングＣＶＤ方法による加工物表面の
コーティング方法及びこの方法によりコーティングされ
た加工物に関する。
コーティング方法及びこの方法によりコーティングされ
た加工物に関する。
〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕従来のス
パッタリングＣＶＤ方法の文献として、発明者： Ｃ，
Ｅ、 Ｗｉｃｋｅｒｓｈａｍ、 Ｅ、Ｌ、 Ｆｏｓｔ
ｅｒ及びＧ、Ｈ。
パッタリングＣＶＤ方法の文献として、発明者： Ｃ，
Ｅ、 Ｗｉｃｋｅｒｓｈａｍ、 Ｅ、Ｌ、 Ｆｏｓｔ
ｅｒ及びＧ、Ｈ。
３ｔｉｃｋｆｏｒｄによる”Ｒｅａｃｔｉｖｅｌｙ Ｓ
ｐｕｔｔｅｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）１１ｇｈ−８ｍｔ
ｓｓｉｉｖｔｔｙ Ｔｕｎｇｕｓｔｅｎ Ｃａｒｂｉｄ
ｅ／ＣａｒｂｏｎＣｏａｔｉｎｇｓ” （Ｊ、Ｖａｃ、
５ｃｉ１Ｔｅｃｈｎｏ１１１８（２）、 ！Ｊａｒｃｈ
１９８１、 Ｐ、２２３−２２５）がある。これでは加
工物はタングステン・カーバイト／カーボン層でコーテ
ィングされている。周波数１３．５６ＭＨｚで５００Ｗ
及び２８００Ｖの負バイアス電圧を加工物に与えてカソ
ードスパッタリングを行う。この場合反応ガスとしてア
セチレンを用いる。この方法は化学蒸着又はＣＶＤ方法
の一種である。
ｐｕｔｔｅｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）１１ｇｈ−８ｍｔ
ｓｓｉｉｖｔｔｙ Ｔｕｎｇｕｓｔｅｎ Ｃａｒｂｉｄ
ｅ／ＣａｒｂｏｎＣｏａｔｉｎｇｓ” （Ｊ、Ｖａｃ、
５ｃｉ１Ｔｅｃｈｎｏ１１１８（２）、 ！Ｊａｒｃｈ
１９８１、 Ｐ、２２３−２２５）がある。これでは加
工物はタングステン・カーバイト／カーボン層でコーテ
ィングされている。周波数１３．５６ＭＨｚで５００Ｗ
及び２８００Ｖの負バイアス電圧を加工物に与えてカソ
ードスパッタリングを行う。この場合反応ガスとしてア
セチレンを用いる。この方法は化学蒸着又はＣＶＤ方法
の一種である。
上述のスパッタリングＣＶＤ方法はプラズマ補助化学蒸
着方法と区別する必要がある。即ち、第１に、蒸着層を
形成する物質の化学的反応体がガス状で真空室に導かれ
、加工物表面が電気的ガス放電（低電圧アーク）により
コーティングされる以前に活性化し部分的にイオン化し
くスイス特許ＣＨ−ＰＳ ６６４．７６８号）、加工物
電位を真空室及びアークプラズマのそれと比較し、かつ
負側のバイアス電圧に接続される。
着方法と区別する必要がある。即ち、第１に、蒸着層を
形成する物質の化学的反応体がガス状で真空室に導かれ
、加工物表面が電気的ガス放電（低電圧アーク）により
コーティングされる以前に活性化し部分的にイオン化し
くスイス特許ＣＨ−ＰＳ ６６４．７６８号）、加工物
電位を真空室及びアークプラズマのそれと比較し、かつ
負側のバイアス電圧に接続される。
第２に、この種のスパッタリングＣＶＤは物理蒸着と区
別する必要がある。反応材料は化学反応なしに蒸気の濃
度だけで加工物表面に提供されなければならない。蒸気
はカソードスパッタリングにより発生される。文献とし
て、例えば、発明者：Ｊ、 Ｌ、 Ｖｏｓｓｅｎ及びＪ
、 Ｊ、 Ｃｕｏｍｏの”Ｔｈ１ｎ Ｆｉｌｍ Ｐｒｏ
ｃｅｓｓｅｓ（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、 １９
７８． Ｐ、５６−５７）に記載されている。ここでは
、ＤＣ電圧か又は高周波グロー放電により動作し、加工
物は負側のバイアス電圧に接続される。正側バイアス電
圧は発明者：Ｖｏｓｓｅｎその他に基づき必要としない
。この主な理由は加工物上に強力な電子流が発生し１．
その結果基板を加熱し不規則な電流分布を生じるからで
ある。
別する必要がある。反応材料は化学反応なしに蒸気の濃
度だけで加工物表面に提供されなければならない。蒸気
はカソードスパッタリングにより発生される。文献とし
て、例えば、発明者：Ｊ、 Ｌ、 Ｖｏｓｓｅｎ及びＪ
、 Ｊ、 Ｃｕｏｍｏの”Ｔｈ１ｎ Ｆｉｌｍ Ｐｒｏ
ｃｅｓｓｅｓ（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、 １９
７８． Ｐ、５６−５７）に記載されている。ここでは
、ＤＣ電圧か又は高周波グロー放電により動作し、加工
物は負側のバイアス電圧に接続される。正側バイアス電
圧は発明者：Ｖｏｓｓｅｎその他に基づき必要としない
。この主な理由は加工物上に強力な電子流が発生し１．
その結果基板を加熱し不規則な電流分布を生じるからで
ある。
本発明の目的は、スパッタリングＣＶＤにおいて、工程
の簡素化とコストの低減を、高周波電力を使用せずに、
また高周波電力で使用するような特別の安全性を考慮せ
ずに達成し高硬度で高３成分摩耗抵抗の蒸着層を加工物
表面に提供することにある。
の簡素化とコストの低減を、高周波電力を使用せずに、
また高周波電力で使用するような特別の安全性を考慮せ
ずに達成し高硬度で高３成分摩耗抵抗の蒸着層を加工物
表面に提供することにある。
本発明によれば、真空室内に配置された加工物の少なく
とも一方の表面をコーティングする方法において、真空
室内のカソード材料とアノード間にカソード材料をスパ
ッタリングするための直流電圧（ＤＣ電圧）を供給し、
プラズマ化学反応において反応しかつ沈積することがで
きる少なくとも１つの成分を有する反応ガスを前記真空
室内に供給し、前記プラズマ化学反応において反応ガス
から前記１つの成分を分解し沈積させるために前記真空
室内にプラズマを発生し、プラズマの電圧よりも正側に
高いＤＣ電圧で、コーティングされる加工物表面にスパ
ッタリングし反応したカソード材料を保持することによ
り、高周波電力を使用せずにスパッタリング化学蒸着過
程によりコーティングされる加工物表面に蒸着層を形成
させるようにしたことを特徴とし、 さらに、第２の発明によれば、スパッタリングにより表
面コーティングされた加工物であって、真空室内のカソ
ード材料とアノード間にカソード材料をスパッタリング
するために直流電圧（ＤＣ電圧）を供給し、プラズマ化
学反応において反応しかつ沈積することができる少なく
とも１つの成分を有する反応ガスを前記真空室内に供給
し、前記プラズマ化学反応において反応ガスから成分を
分解し沈積させるために前記真空室内にプラズマを発生
し、プラズマの電圧よりも正側に高いＤＣ電圧で、コー
ティングされる加工物表面にスパッタリングし反応した
カソード材料を保持することにより、高周波電力を使用
せずにスパッタリング化学蒸着過程によりコーティング
される加工物表面に蒸着層を形成させることにより製造
された加工物を提供することにある。
とも一方の表面をコーティングする方法において、真空
室内のカソード材料とアノード間にカソード材料をスパ
ッタリングするための直流電圧（ＤＣ電圧）を供給し、
プラズマ化学反応において反応しかつ沈積することがで
きる少なくとも１つの成分を有する反応ガスを前記真空
室内に供給し、前記プラズマ化学反応において反応ガス
から前記１つの成分を分解し沈積させるために前記真空
室内にプラズマを発生し、プラズマの電圧よりも正側に
高いＤＣ電圧で、コーティングされる加工物表面にスパ
ッタリングし反応したカソード材料を保持することによ
り、高周波電力を使用せずにスパッタリング化学蒸着過
程によりコーティングされる加工物表面に蒸着層を形成
させるようにしたことを特徴とし、 さらに、第２の発明によれば、スパッタリングにより表
面コーティングされた加工物であって、真空室内のカソ
ード材料とアノード間にカソード材料をスパッタリング
するために直流電圧（ＤＣ電圧）を供給し、プラズマ化
学反応において反応しかつ沈積することができる少なく
とも１つの成分を有する反応ガスを前記真空室内に供給
し、前記プラズマ化学反応において反応ガスから成分を
分解し沈積させるために前記真空室内にプラズマを発生
し、プラズマの電圧よりも正側に高いＤＣ電圧で、コー
ティングされる加工物表面にスパッタリングし反応した
カソード材料を保持することにより、高周波電力を使用
せずにスパッタリング化学蒸着過程によりコーティング
される加工物表面に蒸着層を形成させることにより製造
された加工物を提供することにある。
以下図面に沿って本発明のスパッタリングＣＶＤ方法を
実施する装置の実施例を説明する。
実施する装置の実施例を説明する。
真空コーテイング室２は、磁界補助スッパタリング装置
３とイオンメッキ装置４を床１の内外に有する。一つの
真空コーテイング室２が数個の磁界補助スッパタリング
装置３とイオンメッキ装置４を持つこともできる。
３とイオンメッキ装置４を床１の内外に有する。一つの
真空コーテイング室２が数個の磁界補助スッパタリング
装置３とイオンメッキ装置４を持つこともできる。
真空コーテイング室２は長方形の室２で形成され、フラ
ンジ６に接続可能な図示しないポンプを介して排気する
ことができる。いわゆる低電圧アーク放電用のイオン化
室８は室２の壁７にフランジにより接続される。室２の
後壁にはガス流入口１０が壁を貫通している。室２の蒸
発るつぼ９はイオンメッキにおける低電圧アーク放電用
のアノードとして作用する。蒸発るつぼ９は絶縁材料に
よる絶縁スリーブ１１により室２から電気的に絶縁され
、冷却水の流入口１３と流出口１５を有する熱交換器に
より冷却される。
ンジ６に接続可能な図示しないポンプを介して排気する
ことができる。いわゆる低電圧アーク放電用のイオン化
室８は室２の壁７にフランジにより接続される。室２の
後壁にはガス流入口１０が壁を貫通している。室２の蒸
発るつぼ９はイオンメッキにおける低電圧アーク放電用
のアノードとして作用する。蒸発るつぼ９は絶縁材料に
よる絶縁スリーブ１１により室２から電気的に絶縁され
、冷却水の流入口１３と流出口１５を有する熱交換器に
より冷却される。
蒸発るつぼ９は蒸発性材料１７を含む。予備アノードと
して作用する冷却銅板１８は蒸発るっぽ９の熱交換器に
類似した熱交換器を有し、蒸発るつぼ９の後方に配置さ
れる。アーク放電供給装置２１の正極１９はスイッチ２
２を経て以下のように接続される。即ち、スイッチ位置
すでは蒸発るつぼ９に、スイッチ位置Ｃでは予備アノー
ド１８に、スイッチ位置ｄではスイッチ４９の位置ａを
経てピボット２３にそれぞれ接続される。スイッチ２２
を経て、正極１９はスイッチ位置ａにおいて完全にカッ
トオフされる。アーク放電供給装置２１の負極２４はイ
オン化室８の電極２５に接続される。アーク放電供給装
置２１の電圧及び供給電流は調整可能であり、制御線２
６を経て制御ユニットによりセットされる。一つもしく
はそれ以上のコイル２８の磁界は低電圧アークを導きか
つ焦点を合わせるために使用される。
して作用する冷却銅板１８は蒸発るっぽ９の熱交換器に
類似した熱交換器を有し、蒸発るつぼ９の後方に配置さ
れる。アーク放電供給装置２１の正極１９はスイッチ２
２を経て以下のように接続される。即ち、スイッチ位置
すでは蒸発るつぼ９に、スイッチ位置Ｃでは予備アノー
ド１８に、スイッチ位置ｄではスイッチ４９の位置ａを
経てピボット２３にそれぞれ接続される。スイッチ２２
を経て、正極１９はスイッチ位置ａにおいて完全にカッ
トオフされる。アーク放電供給装置２１の負極２４はイ
オン化室８の電極２５に接続される。アーク放電供給装
置２１の電圧及び供給電流は調整可能であり、制御線２
６を経て制御ユニットによりセットされる。一つもしく
はそれ以上のコイル２８の磁界は低電圧アークを導きか
つ焦点を合わせるために使用される。
図中、いわゆる遠隔焦点電子発生源２９は、底部１の蒸
発るつぼ９と予備アノード１８の間に配置される。図示
していないが、図面に垂直な磁力線を有する磁界により
電子発生源２９の電子ビーム３０は蒸発材料１７上に導
かれる。電子発生源２９から材料１７への経路上で電子
は１８０°偏光され同時に焦点を結ぶ。
発るつぼ９と予備アノード１８の間に配置される。図示
していないが、図面に垂直な磁力線を有する磁界により
電子発生源２９の電子ビーム３０は蒸発材料１７上に導
かれる。電子発生源２９から材料１７への経路上で電子
は１８０°偏光され同時に焦点を結ぶ。
図中、蒸発るつぼ９の左側には前述のように磁界補助ス
パッタリング装置３が配置される。この装置３は図示し
ない冷却用の熱交換と共に配置される。所望の磁界装置
は従来と同様であり図面を簡潔にするため図示しない。
パッタリング装置３が配置される。この装置３は図示し
ない冷却用の熱交換と共に配置される。所望の磁界装置
は従来と同様であり図面を簡潔にするため図示しない。
室２の内側において、スパッタリング装置３はスパッタ
リング中は噴霧状となりカソードとして機能するタング
ステン・カーバイトの標的３１を有する。標的３１は絶
縁リング３３により室２の壁７から絶縁され、２極切換
スイツチ３７を経て電圧源３６の負極３５に接続される
。
リング中は噴霧状となりカソードとして機能するタング
ステン・カーバイトの標的３１を有する。標的３１は絶
縁リング３３により室２の壁７から絶縁され、２極切換
スイツチ３７を経て電圧源３６の負極３５に接続される
。
電圧源３６の正極３９は切換スイッチ３７を経て室２の
壁７に接続され、これにより標的３１の縁から所定間隔
離れたアノード４１に電気的に接続される。切換スイッ
チ３７はａとｂで示す２つの位置を有し、これらにより
標的３１が壁７に接続され、さらに短絡回路４０を経て
アノード４１に接続される。放電プラズマはアノード４
１によりスパッタリング中は制限される。
壁７に接続され、これにより標的３１の縁から所定間隔
離れたアノード４１に電気的に接続される。切換スイッ
チ３７はａとｂで示す２つの位置を有し、これらにより
標的３１が壁７に接続され、さらに短絡回路４０を経て
アノード４１に接続される。放電プラズマはアノード４
１によりスパッタリング中は制限される。
図示のようにコーティングされる２対の加工物４２ （
例えば、数個ずつの組み）が配置され、真空コーテイン
グ室２内の回転台４３に取付けられる。回転台４３はピ
ボット２３に電気的に導通する状態で取付けられ、かつ
壁７とは電気的に絶縁するようにスペーサ４７を介して
取付けられる。
例えば、数個ずつの組み）が配置され、真空コーテイン
グ室２内の回転台４３に取付けられる。回転台４３はピ
ボット２３に電気的に導通する状態で取付けられ、かつ
壁７とは電気的に絶縁するようにスペーサ４７を介して
取付けられる。
回転台は図示しない駆動機構により回転される。
加工物４２はピボット２３を介して線路４８とスイッチ
４９により電圧源５２の正極５０又は負極５１に接続さ
れる。そしてアーク放電供給装置２１の正極１９とはス
イッチ２２の位置ｄにより接続される。スイッチ４９を
経て、電圧源５２は、スイッチ４９の位置すにて正極５
０と位置Ｃにて負極５１と、線路５３を経て壁７に接続
される。
４９により電圧源５２の正極５０又は負極５１に接続さ
れる。そしてアーク放電供給装置２１の正極１９とはス
イッチ２２の位置ｄにより接続される。スイッチ４９を
経て、電圧源５２は、スイッチ４９の位置すにて正極５
０と位置Ｃにて負極５１と、線路５３を経て壁７に接続
される。
壁７の電位は電圧源に接続されていないときは零ボルト
である。
である。
イオン化室８内には適切な耐熱性合金、例えば、タング
ステン又はタンタルによるコイル５５がイオン化室８の
壁から絶縁され、かつ互いに絶縁された電極２５と５６
に接続される。コイル５５への電圧源は図示しない。
ステン又はタンタルによるコイル５５がイオン化室８の
壁から絶縁され、かつ互いに絶縁された電極２５と５６
に接続される。コイル５５への電圧源は図示しない。
番号５７はスパッタリング装置３及びイオンメッキ装置
４に向いている加工物の面である。蒸発るつぼ９からコ
ーティングされる加工物表面５７の距離は、蒸発るつぼ
９とコイル５５の間に生じるイオン化がアークコアのイ
オン化と比較して２０％以下に下がるように選択される
。
４に向いている加工物の面である。蒸発るつぼ９からコ
ーティングされる加工物表面５７の距離は、蒸発るつぼ
９とコイル５５の間に生じるイオン化がアークコアのイ
オン化と比較して２０％以下に下がるように選択される
。
電圧源３６及び５２により供給される電圧又は対応ず・
る電流は制御線５９及び６１を経て制御装置２７により
調整かつ制御可能である。スイッチ２２．３７．４９は
制御装置２７からの制御線６３．６４．６５により切換
可能である。
る電流は制御線５９及び６１を経て制御装置２７により
調整かつ制御可能である。スイッチ２２．３７．４９は
制御装置２７からの制御線６３．６４．６５により切換
可能である。
図示のスイッチ２２．３７．４９の位置は加工物４２の
表面５７にタングステン・カーバイト／カーボンを供給
する最終工程の位置である。
表面５７にタングステン・カーバイト／カーボンを供給
する最終工程の位置である。
加工物４２はコーティングのために回転台４３に電気的
に接触状態で取り付けられ、室２は図示しないガス注入
装置からガス注入口１０を経てアルゴンガスで満たされ
る。切換スイッチ３７の位置は標的３１が壁７に電気的
に接続されるような位置に設定される。加工物４２を加
熱するために、低電圧アークがコイル５５から加工物４
２の表面５７に向けて燃焼される。スイッチ４９は位置
ａであり、スイッチ２２は位置ｄであり、電圧源２１の
正極１９は加工物４２に接続される。
に接触状態で取り付けられ、室２は図示しないガス注入
装置からガス注入口１０を経てアルゴンガスで満たされ
る。切換スイッチ３７の位置は標的３１が壁７に電気的
に接続されるような位置に設定される。加工物４２を加
熱するために、低電圧アークがコイル５５から加工物４
２の表面５７に向けて燃焼される。スイッチ４９は位置
ａであり、スイッチ２２は位置ｄであり、電圧源２１の
正極１９は加工物４２に接続される。
加工物表面５７を充分に加熱した後、スイッチ２２は位
置Ｃに切り換えられ、電圧源２１の正極１９は、予備ア
ノード１８とコイル５５の間で低電圧アークが燃焼する
ように予備アノード１８に接続される。同時に、低電圧
アークの電流は制御線２６を経て電圧源２１に到る信号
により制御装置２７により減じられる。スイッチ４９は
制御線６５を経て制御装置２７により位置すに配置され
る。この切換過程を経て加工物４２は電圧源５２の負極
５１に接続される。壁７・は電圧源５２の負極５０に接
続される。加工物５７の負電位によって、低電圧アーク
により生じるアルゴンイオンは加工物５７により吸引さ
れ、その運動エネルギにより加工物表面５７の材料を叩
く。この衝突は加工物表面を結果的に綺麗にする効果が
ある。
置Ｃに切り換えられ、電圧源２１の正極１９は、予備ア
ノード１８とコイル５５の間で低電圧アークが燃焼する
ように予備アノード１８に接続される。同時に、低電圧
アークの電流は制御線２６を経て電圧源２１に到る信号
により制御装置２７により減じられる。スイッチ４９は
制御線６５を経て制御装置２７により位置すに配置され
る。この切換過程を経て加工物４２は電圧源５２の負極
５１に接続される。壁７・は電圧源５２の負極５０に接
続される。加工物５７の負電位によって、低電圧アーク
により生じるアルゴンイオンは加工物５７により吸引さ
れ、その運動エネルギにより加工物表面５７の材料を叩
く。この衝突は加工物表面を結果的に綺麗にする効果が
ある。
加工物表面が充分に清浄されると、スイッチ２２は位置
すに配置され、電圧源２１の正極２２は蒸発るつぼ９に
接続される。この切換により、低電圧アークは電極２５
又はコイル５５と蒸発るつぼ９の間で燃焼する。チタニ
ュウムは蒸着材料１７として使用される。低電圧アーク
の切換と同時に、電子源２９は切り換えられ、その電子
ビーム３０は図示しない偏光及び焦点磁石によりチタニ
ュウム上に導かれ焦点を結ぶ。低電圧アークの電流は約
１１０アンペアに調整される。電子ビーム３０の電子は
６〜ｌ０ＫＶで加速される。蒸発るつぼ９に置かれたチ
タニニウム１７への電子ビーム３０の衝突により到達し
た電力密度により、チタニュウム１７は局部的に非常に
加熱され、その結果高い蒸発率を得ることができる。、
蒸気は低電圧アークによりイオン化される。低電圧アー
クにより蒸発しイオン化したチタニュウム１７は加工物
表面５７で他の層への接着層として沈積する。
すに配置され、電圧源２１の正極２２は蒸発るつぼ９に
接続される。この切換により、低電圧アークは電極２５
又はコイル５５と蒸発るつぼ９の間で燃焼する。チタニ
ュウムは蒸着材料１７として使用される。低電圧アーク
の切換と同時に、電子源２９は切り換えられ、その電子
ビーム３０は図示しない偏光及び焦点磁石によりチタニ
ュウム上に導かれ焦点を結ぶ。低電圧アークの電流は約
１１０アンペアに調整される。電子ビーム３０の電子は
６〜ｌ０ＫＶで加速される。蒸発るつぼ９に置かれたチ
タニニウム１７への電子ビーム３０の衝突により到達し
た電力密度により、チタニュウム１７は局部的に非常に
加熱され、その結果高い蒸発率を得ることができる。、
蒸気は低電圧アークによりイオン化される。低電圧アー
クにより蒸発しイオン化したチタニュウム１７は加工物
表面５７で他の層への接着層として沈積する。
均一な沈積を得るために回転台４３は１分当たり約３回
転の割合で回転する。
転の割合で回転する。
蒸着した層が０．１から０．２μｍの厚さに到達すると
、スパッタリング装置３を壁７に接続する短絡回路４０
は、スイッチ３７が制御装置２７により制御線６４を経
て位置すに切り換わることによりカットオフされる。こ
れにより電圧源３６の負極３５はタングステン・カーバ
イトの標的３１に接続される。スパッタリング過程は動
作中に設定される。電圧源３６の電圧及び電流は制御線
５９を経て制御装置２７により調整及びチエツクされる
。スイッチ３７の切り換えと殆ど同時に、スイッチ４９
は位置ａに配置される。これにより正電圧ばかりか負電
圧も加工物４２に供給される。
、スパッタリング装置３を壁７に接続する短絡回路４０
は、スイッチ３７が制御装置２７により制御線６４を経
て位置すに切り換わることによりカットオフされる。こ
れにより電圧源３６の負極３５はタングステン・カーバ
イトの標的３１に接続される。スパッタリング過程は動
作中に設定される。電圧源３６の電圧及び電流は制御線
５９を経て制御装置２７により調整及びチエツクされる
。スイッチ３７の切り換えと殆ど同時に、スイッチ４９
は位置ａに配置される。これにより正電圧ばかりか負電
圧も加工物４２に供給される。
タングステン若しくはタングステン・カーバイトは標的
３１をスパッタリングで解離し、室２に供給されるアセ
チレンからスパッタリング により分離され、カーボン
はプラズマ化学反応により分離される。これらは結果的
に加工物表面５７において電子ビーム３０により蒸発さ
れかつ低電圧アークによりイオン化されたチタニュウム
の混合層を生じる。イオンメッキとして、スパッタリン
グされたタングステン・カーバイト／カーボンと結合し
て、カーボンはプラズマ化学反応によりアセチレンガス
から製造される。この化学反応はタングステンをカーバ
イトに結合し、同様にチタニュウム及びカーボンに沿っ
て加工物４２上に沈積する。均一に沈積を得るために加
工物４２と共に回転台４３は１分当たり１２回転の速度
で回転する。
３１をスパッタリングで解離し、室２に供給されるアセ
チレンからスパッタリング により分離され、カーボン
はプラズマ化学反応により分離される。これらは結果的
に加工物表面５７において電子ビーム３０により蒸発さ
れかつ低電圧アークによりイオン化されたチタニュウム
の混合層を生じる。イオンメッキとして、スパッタリン
グされたタングステン・カーバイト／カーボンと結合し
て、カーボンはプラズマ化学反応によりアセチレンガス
から製造される。この化学反応はタングステンをカーバ
イトに結合し、同様にチタニュウム及びカーボンに沿っ
て加工物４２上に沈積する。均一に沈積を得るために加
工物４２と共に回転台４３は１分当たり１２回転の速度
で回転する。
混合層の厚さが約１０ｎｍに達すると、電子ビーム３０
と低電圧アークは停止する。電圧源５２の正極５０はス
イッチ４９の位置Ｃを経て加工物４８に接続され、線路
４８と負極５１を経て壁７に接続される。スイッチ２２
が位置ｄにおいて低電圧アークが消滅する。加工物４２
の電圧は制御装置２７０制御線６１を経て電圧源５２に
より３０ボルトに調整される。図示しないガス注入装置
からガス注入口１０を経て、プラズマ化学反応における
反応ガスとしてアセチレンが、コーティングされるべき
例えば７個の加工物４２に対して１分当たり約３５０ｃ
ｍ’で注入される。正確な流量は加工物４２の数とコー
ティングされる表面の面積に依存する。真空コーテイン
グ室２のアセチレンのガス圧は約１ｐａである。スパッ
タリング標的３１からのタングステン及びタングステン
・カーバイトは、アセチレンからのプラズマ化学反応に
より解除されかつタングステンをタングステン・カーバ
イトに結合するカーボンと同様に、加工物表面５７に沈
積する。スパッタリングは、数μｍのタングステン・カ
ーバイト／カーボンの層のなるまで実施される。
と低電圧アークは停止する。電圧源５２の正極５０はス
イッチ４９の位置Ｃを経て加工物４８に接続され、線路
４８と負極５１を経て壁７に接続される。スイッチ２２
が位置ｄにおいて低電圧アークが消滅する。加工物４２
の電圧は制御装置２７０制御線６１を経て電圧源５２に
より３０ボルトに調整される。図示しないガス注入装置
からガス注入口１０を経て、プラズマ化学反応における
反応ガスとしてアセチレンが、コーティングされるべき
例えば７個の加工物４２に対して１分当たり約３５０ｃ
ｍ’で注入される。正確な流量は加工物４２の数とコー
ティングされる表面の面積に依存する。真空コーテイン
グ室２のアセチレンのガス圧は約１ｐａである。スパッ
タリング標的３１からのタングステン及びタングステン
・カーバイトは、アセチレンからのプラズマ化学反応に
より解除されかつタングステンをタングステン・カーバ
イトに結合するカーボンと同様に、加工物表面５７に沈
積する。スパッタリングは、数μｍのタングステン・カ
ーバイト／カーボンの層のなるまで実施される。
一方、スパッタリングにＤＣ電圧カソードスパッタリン
グを使用し高周波を使用せずに、コーティングされるべ
き加工物４２を正極電圧に接続したとき、非常に高硬度
で摩耗抵抗を有するタングステン・カーバイト／カーボ
ン層を発生させることができる。最適な層品質は約３５
ボルトの正バイアスにより達成することができる。この
電圧で線路４８における加工物４２への電流は、線路３
５における標的３１への電流より約２０％高い。
グを使用し高周波を使用せずに、コーティングされるべ
き加工物４２を正極電圧に接続したとき、非常に高硬度
で摩耗抵抗を有するタングステン・カーバイト／カーボ
ン層を発生させることができる。最適な層品質は約３５
ボルトの正バイアスにより達成することができる。この
電圧で線路４８における加工物４２への電流は、線路３
５における標的３１への電流より約２０％高い。
有利なことに、加工物表面は２５〜４５ボルトだけ正側
に高いＤＣ電圧に維持される。また、加工物表面は２０
〜４０ボルトだけアノードより正側に高いＤＣ電圧に維
持される。カソードリード３５を経てスパッタリングさ
れる標的材料３１に流れる電流の少なくとも５０％の電
流が加工物４２に供給されるべきである。加工物に供給
される電流はカソードリードの電流の１〜１．５倍の値
で調整され、適切には１，２倍に調整される。
に高いＤＣ電圧に維持される。また、加工物表面は２０
〜４０ボルトだけアノードより正側に高いＤＣ電圧に維
持される。カソードリード３５を経てスパッタリングさ
れる標的材料３１に流れる電流の少なくとも５０％の電
流が加工物４２に供給されるべきである。加工物に供給
される電流はカソードリードの電流の１〜１．５倍の値
で調整され、適切には１，２倍に調整される。
スパッタリングされる材料としてのタングステン・カー
バイト／カーボンの代わりに、カーソド材料として、ボ
ロン、カーボン、シリコン等の■ｂ、 ｖｂ、 ｖｒｂ
、■族の金属、又はこれらの素材を実質的に比例配分し
た合金、又はこれらの素材とＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の
金属の複合合金を使用することができる。
バイト／カーボンの代わりに、カーソド材料として、ボ
ロン、カーボン、シリコン等の■ｂ、 ｖｂ、 ｖｒｂ
、■族の金属、又はこれらの素材を実質的に比例配分し
た合金、又はこれらの素材とＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の
金属の複合合金を使用することができる。
上述の過程で生じた層は５０〜９９原子％の遊離炭素を
有し、ボロン、シリコン等の素材又は■ｂ、 ■ｂ、
■ｂ、■の素材又はこれらの混合物を含み平衡状態とな
っている。炭素解離ガスとしてのアセチレンの代わりに
、実質的に炭化水素成分を有するガスを使用することが
できる。炭素発生ガス又はその混合物の代わりに、珪素
化合物／シリコン層の製造のための揮発性シリコン配合
物を備えたガス又はそのガス混合物を使用することもで
きる。
有し、ボロン、シリコン等の素材又は■ｂ、 ■ｂ、
■ｂ、■の素材又はこれらの混合物を含み平衡状態とな
っている。炭素解離ガスとしてのアセチレンの代わりに
、実質的に炭化水素成分を有するガスを使用することが
できる。炭素発生ガス又はその混合物の代わりに、珪素
化合物／シリコン層の製造のための揮発性シリコン配合
物を備えたガス又はそのガス混合物を使用することもで
きる。
蒸発るつぼ９に向けて燃焼する低電圧アークの代わりに
、２つの電極を、低電圧アークが蒸発るつぼ９から蒸発
した材料のイオン化のために燃焼する回転台４３の下に
配置することもできる。
、２つの電極を、低電圧アークが蒸発るつぼ９から蒸発
した材料のイオン化のために燃焼する回転台４３の下に
配置することもできる。
蒸着層は異なる材料の数層で構成することもできる。ま
た、複合層の１つは反応雰囲気で使用され、他の１つは
非反応雰囲気で使用される。
た、複合層の１つは反応雰囲気で使用され、他の１つは
非反応雰囲気で使用される。
例えば、チタニュウム合金及び所定の金属のような加工
物材料に対しては接着及び混合層を不要にしてもよい。
物材料に対しては接着及び混合層を不要にしてもよい。
この場合、蒸発るつぼ９、予備アノード１８、イオン化
室８及び遠隔焦点電子発生源２９のための室２は不要で
あり、又は、アーク放電供給装置２１のための室２は不
要である。加工物表面５７の清浄は周知の方法で行うこ
とができる。
室８及び遠隔焦点電子発生源２９のための室２は不要で
あり、又は、アーク放電供給装置２１のための室２は不
要である。加工物表面５７の清浄は周知の方法で行うこ
とができる。
以上説明したように、本発明によれば、スパッタリング
ＣＶＤにおける工程の簡素化とコストの低減を高周波電
力を使用せずに、また高周波電力で使用するような特別
の安全性を考慮せずに達成することができ、高硬度で高
３成分摩耗抵抗の蒸着層を提供することができる。
ＣＶＤにおける工程の簡素化とコストの低減を高周波電
力を使用せずに、また高周波電力で使用するような特別
の安全性を考慮せずに達成することができ、高硬度で高
３成分摩耗抵抗の蒸着層を提供することができる。
図面は本発明の工程を実施する装置の一実施例構成図で
ある。 （符号の説明） １・・・底部、 ２・・・真空コーテイング室、 ３・・・スパッタリング装置、 ４・・・イオンメッキ装置１ ．８・・・壁、 ・・・蒸発るつぼ、 ０・・・注入口、 ３．１５・・・冷却用配管、 ７・・・蒸発性材料、 ８・・・冷却銅板、 ２．３７．４９・・・スイッチ、 ３・・・ピボット、 ５・・・電極、 ６．３６．５２・・・電圧源、 ７・・・制御装置、 ８・・・コイル、 ９・・・電子発生源、 １・・・標的、 ２・・・加工物、 ３・・・回転板、 ７・・・加工物表面。
ある。 （符号の説明） １・・・底部、 ２・・・真空コーテイング室、 ３・・・スパッタリング装置、 ４・・・イオンメッキ装置１ ．８・・・壁、 ・・・蒸発るつぼ、 ０・・・注入口、 ３．１５・・・冷却用配管、 ７・・・蒸発性材料、 ８・・・冷却銅板、 ２．３７．４９・・・スイッチ、 ３・・・ピボット、 ５・・・電極、 ６．３６．５２・・・電圧源、 ７・・・制御装置、 ８・・・コイル、 ９・・・電子発生源、 １・・・標的、 ２・・・加工物、 ３・・・回転板、 ７・・・加工物表面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、真空室内に配置された加工物の少なくとも一方の表
面をコーティングする方法において、真空室内のカソー
ド材料とアノード間に、カソード材料をスパッタリング
させるために直流（ＤＣ）電圧を供給し、 前記真空室内に、プラズマ化学反応において反応しかつ
沈積することができる少なくとも１つの成分を有する反
応ガスを供給し、 前記プラズマ化学反応にて前記反応ガスから前記１つの
成分を分解し沈積させるために前記真空室内にプラズマ
を発生させ、 前記プラズマの電圧よりも正側に高いＤＣ電圧で、コー
ティングされる加工物表面にスパッタリングし反応した
カソード材料を保持することにより、高周波電力を使用
せずにスパッタリング化学蒸着過程に基づき加工物表面
に蒸着層を形成するようにしたことを特徴とする加工物
表面のコーティング方法。 ２、前記保持する段階において、２５乃至４５ボルトの
範囲でプラズマの電圧より正側に高いＤＣ電圧で加工物
表面を保持する請求項１に記載の方法。 ３、前記反応ガスを真空室内に供給する段階において、
加工物及びカソード材料に電流を供給し、前記電流はカ
ソード材料に供給する電流の少なくとも５０％で前記加
工物に供給させる請求項１に記載の方法。 ４、加工物に供給される前記電流は、カソード材料に供
給する電流の１乃至１．５倍である請求項３に記載の方
法。 ５、加工物に供給される前記電流は、カソード材料に供
給する電流の１．２倍である請求項３に記載の方法。 ６、前記カソード材料は、ボロン、カーボン、シリコン
、IVｂ、Ｖｂ、VIｂ、VIII族の金属、これらの合金、及
びこれらとIVａ、Ｖａ、VIａ族の非金属との混合物のい
ずれかを具備する請求項１に記載の方法。 ７、前記反応ガスの成分は炭化水素である請求項１に記
載の方法。 ８、前記反応ガスの成分には揮発性シリコン化合物を具
備する請求項１に記載の方法。 ９、前記カソード材料とアノード間にスパッタリングを
発生させるためのＤＣ電圧を供給する前に、前記真空室
内にイオン化可能な中性ガスを供給し、前記真空室内で
加工物表面に負電圧を供給し、材料を蒸発させるために
電子ビームを真空室内の蒸発るつぼに保持された前記材
料に向けて発生し、前記真空室内において蒸発した前記
材料をイオン化し加工物表面に前記材料を沈積するため
に低電圧アークを発生し、そしてイオンメッキ層を沈積
した後、加工物表面に浮動電圧を有するように加工物表
面から負電圧を除去するようにした請求項１に記載の方
法。 １０、前記イオン化可能な中性ガスはアルゴンガスであ
り、前記材料はチタニュウムであり、負電圧が厚さ０．
１乃至０．２μｍのイオンメッキ層を形成するのに充分
なだけ加工物表面に供給される請求項９に記載の方法。 １１、真空室内に配置された加工物の少なくとも一方の
表面をコーティングする方法において、真空室内のカソ
ード材料とアノード間にカソード材料をスパッタリング
するためにＤＣ電圧を供給し、 前記真空室内にプラズマ化学反応において反応しかつ沈
積することができる少なくとも１つの成分を有する反応
ガスを供給し、 前記プラズマ化学反応において前記反応ガスから前記１
つの成分を分解し沈積させるために前記真空室内にプラ
ズマを発生し、 前記アノードに供給する電圧よりも正側に高いＤＣ電圧
でコーティングされる加工物表面を保持し、カソード材
料と加工物間にＤＣ電圧を供給して前記カソード材料の
スパッタリングを行い、これにより高周波電力を使用せ
ずにスパッタリング化学蒸着過程に基づき加工物表面に
蒸着層を形成させるようにしたことを特徴とする加工物
表面のコーティング方法。 １２、前記保持する段階において、２０乃至４０ボルト
の範囲でアノードの電圧より正側に高いＤＣ電圧で加工
物表面を保持する請求項１１に記載の方法。 １３、前記反応ガスを真空室内に供給する段階において
、加工物及びカソード材料に電流を供給し、前記電流は
カソード材料に供給する電流の少なくとも５０％で前記
加工物に供給させる請求項１１に記載の方法。 １４、加工物に供給される前記電流は、カソード材料に
供給する電流の１乃至１．５倍である請求項１３に記載
の方法。 １５、加工物に供給される前記電流は、カソード材料に
供給する電流の１．２倍である請求項１４に記載の方法
。 １６、前記カソード材料は、ボロン、カーボン、シリコ
ン、IVｂ、Ｖｂ、VIｂ、VIII族の金属、これらの合金、
及びこれらとIVａ、Ｖａ、VIａ族の非金属との混合物の
いずれかを具備する請求項１１に記載の方法。 １７、前記反応ガスの成分は炭化水素である請求項１１
に記載の方法。 １８、前記反応ガスの１つの成分には揮発性シリコン化
合物である請求項１１に記載の方法。 １９、前記カソード材料とアノード間にスパッタリング
を発生させるためのＤＣ電圧を供給する前に、前記真空
室内にイオン化可能な中性ガスを供給し、前記真空室に
おいて加工物表面に負電圧を供給し、前記材料を蒸発さ
せるために電子ビームを真空室内の蒸発るつぼに保持さ
れた前記材料に向けて発生し、前記真空室内において蒸
発した前記材料をイオン化し加工物表面に前記材料を沈
積するために低電圧アークを発生し、そしてイオンメッ
キ層を沈積した後、加工物表面に浮動電圧を有するよう
に加工物表面から負電位を除去するようにした請求項１
１に記載の方法。 ２０、前記イオン化可能な中性ガスはアルゴンガスであ
り、前記材料はチタニュウムであり、負電圧を厚さ０．
１乃至０．２μｍのイオンメッキ層を形成するのに充分
なだけ加工物表面に供給する請求項１９に記載の方法。 ２１、スパッタリングにより表面コーティングされた加
工物であって、 真空室内のカソード材料とアノード間にカソード材料を
スパッタリングするためにＤＣ電圧を供給し、 前記真空室内にプラズマ化学反応において反応しかつ沈
積することができる少なくとも１つの成分を有する反応
ガスを供給し、 前記プラズマ化学反応において反応ガスから成分を分解
し沈積させるために前記真空室内にプラズマを発生し、 プラズマの電圧よりも正側に高いＤＣ電圧で、コーティ
ングされる加工物表面にスパッタリングし反応したカソ
ード材料を保持することにより、高周波電力を使用せず
にスパッタリング化学蒸着過程によりコーティングされ
る加工物表面に蒸着層を形成させることにより製造され
た加工物。 ２２、イオン化可能な中性ガスとして使用するアルゴン
ガスと、材料として使用するチタニュウムを設け、負電
圧を厚さ０．１乃至０．２μｍのイオンメッキ層を形成
するのに充分なだけ加工物表面に供給してコーティング
を形成した表面を有する加工物であって、加工物に隣接
した第１の層と、前記第１の層上にイオンメッキ層の材
料とスパッタリングし反応するカソード材料を備えた接
合層と、前記接合層上にスパッタリングし反応したカソ
ード材料のみで作られたスパッタリング層を具備する加
工物。 ２３、前記スパッタリング層は金属・カーバイト／カー
ボン層である請求項２２に記載の加工物。 ２４、前記スパッタリング層は実質的に５０〜９９原子
％の遊離炭素を備え、かつボロン、シリコン、IVｂ、Ｖ
ｂ、VIｂ、VIII族の金属、これらの混合物の内の少なく
とも１つのカーバイト混合物を有する請求項２２に記載
の加工物。 ２５、前記加工物上の層はタングステン・カーバイト／
カーボンを含む請求項２１に記載の加工物。 ２６、前記加工物上の層は珪素化合物／シリコンを含む
請求項２１に記載の加工物。 ２７、スパッタリングにより表面コーティングされた加
工物であって、 真空室内のカソード材料とアノード間にカソード材料を
スパッタリングするためにＤＣ電圧を供給し、 前記真空室内にプラズマ化学反応において反応しかつ沈
積することができる少なくとも１つの成分を有する反応
ガスを供給し、 前記プラズマ化学反応において前記反応ガスから前記１
つの成分を分解し沈積させるために前記真空室内にプラ
ズマを発生し、 前記アノードに供給する電圧よりも正側に高いＤＣ電圧
でコーティングされる加工物表面を保持し、カソード材
料と加工物間にＤＣ電圧を供給して前記カソード材料の
スパッタリングを行い、これにより高周波電力を使用せ
ずにスパッタリング化学蒸着過程により加工物表面に層
を蒸着させることにより製造された加工物。 ２８、イオン化可能な中性ガスとして使用するアルゴン
ガスと、材料として使用するチタニュウムを設け、負電
圧を厚さ０．１乃至０．２μｍのイオンメッキ層を形成
するのに充分なだけ加工物表面に供給してコーティング
を形成した表面を有する加工物であって、加工物に隣接
した第１の層と、前記第１の層上にイオンメッキ層の材
料とスパッタリングし反応するカソード材料を備えた接
合層と、前記接合層上にスパッタリングし反応したカソ
ード材料のみで作られたスパッタリング層を具備する加
工物。 ２９、前記スパッタリング層は金属・カーバイト／カー
ボン層である請求項２８に記載の加工物。 ３０、前記スパッタリング層は実質的に５０〜９９原子
％の遊離炭素を備え、かつボロン、シリコン、IVｂ、Ｖ
ｂ、VIｂ、VIII族の金属、これらの混合物の内の少なく
とも１つのカーバイト混合物を有する請求項２８に記載
の加工物。 ３１、前記加工物上の層はタングステン・カーバイト／
カーボンを含む請求項２７に記載の加工物。 ３２、前記加工物上の層は珪素化合物／シリコンを含む
請求項２７に記載の加工物。 ３３、前記真空室内にてスパッタリング化学蒸着により
加工物を少なくとも部分的にコーティングする方法であ
って、少なくとも１つの材料が、アノードとプラズマ化
学反応により分解し沈積する反応ガスの１つの成分とで
協働するカソードとしてスパッタリングされる方法にお
いて、 プラズマ化学反応のプラズマの電圧又はアノードの電圧
のいずれかよりも正側に高いＤＣ電圧によりコーティン
グされる加工物の表面を保持し、かつ、カソード材料と
アノード間に供給されるＤＣ電圧を使用してカソード材
料をスパッタリングすることを特徴とする加工物表面の
コーティング方法。
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