JPH0317795B2 - - Google Patents

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JPH0317795B2
JPH0317795B2 JP4759385A JP4759385A JPH0317795B2 JP H0317795 B2 JPH0317795 B2 JP H0317795B2 JP 4759385 A JP4759385 A JP 4759385A JP 4759385 A JP4759385 A JP 4759385A JP H0317795 B2 JPH0317795 B2 JP H0317795B2
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JP
Japan
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electrode
substrate
electrodes
arc
coating
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JP4759385A
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Japanese (ja)
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JPS60251184A (en
Inventor
Pinkuhasobu Ejuaado
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Vapor Technologies Inc
Original Assignee
Vapor Technologies Inc
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気的手段により蒸気相にもたらさ
れる物質で基体をコーテイングする方法に関す
る。蒸気相からの物質を基体上に析出させること
は塗装技術および基体の表面変換の分野において
周知である。一般的に言えば、基体に移動すべき
母材がこの基体の領域で加熱され、そして先ず溶
融状態に、次いで蒸気相に変換される。この物質
はこのようにして二相の変換、すなわち、固相か
ら液相、次いで液相から気相への変換を受ける。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method of coating a substrate with a substance brought into the vapor phase by electrical means. The deposition of substances from the vapor phase onto a substrate is well known in the art of coating technology and surface modification of substrates. Generally speaking, the base material to be transferred to the substrate is heated in the region of this substrate and is converted first into the molten state and then into the vapor phase. The material thus undergoes a two-phase transformation, ie from solid phase to liquid phase and then from liquid phase to gas phase.

コーテイングは一般に真空中で行われ、かつ通
常は比較的高い真空力で吸引して供給源から基体
へ蒸気の移転を行わなばならない。
Coatings are generally performed in a vacuum and usually require relatively high vacuum power to be applied to transfer vapor from the source to the substrate.

初期のシステムは誘導加熱を利用して上述の相
変換を行うことができる。
Early systems can utilize induction heating to perform the phase transformations described above.

ここで問題は、コーテイングすべき基体、特に
セラミツク基体への金属の塗布である。多くの金
属はセラミツク上へ塗布可能であるが、タングス
テンおよびチタンのような耐熱金属はこれまで余
り満足できない方法で適用されて来たし、そして
実際上全ての場合にこれまで利用されて来た方法
では密着性に問題が生じていた。
The problem here is the application of metal to the substrate to be coated, especially ceramic substrates. Although many metals can be coated onto ceramics, refractory metals such as tungsten and titanium have hitherto been applied in less than satisfactory ways, and in virtually all cases the methods that have hitherto been utilized are There was a problem with adhesion.

本発明の目的は、比較的低いエネルギーコスト
で、且つ、改良された均一性をもつて、大面積お
よび/または複雑な形状の基体上に物質を蒸着さ
せて基体をコーテイングする方法を提供すること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for coating a substrate by depositing a substance onto a substrate of large area and/or complex shape at relatively low energy costs and with improved uniformity. It is in.

また、本発明の目的は、複雑および/または大
面積の基体表面を高速コーテイングする方法を提
供することにある。
It is also an object of the present invention to provide a method for rapidly coating complex and/or large-area substrate surfaces.

更に本発明の他の目的は、セラミツク基体に金
属コーテイングを設け、それによつて従来技術の
システムを特徴づける不十分な密着性の問題を回
避するように改良された方法を提供することにあ
る。
Yet another object of the present invention is to provide an improved method for applying metal coatings to ceramic substrates, thereby avoiding the problems of poor adhesion that characterize prior art systems.

これらの目的および以下に述べるところから明
らかとなるであろうその他の目的は下記の蒸着方
法において本発明により達成される。この蒸着方
法は、特に大面積表面の析出物が蒸着用物質から
成る細長い電極を、真空中の電極の長さの実質的
部分を覆う塗布すべき基体の表面と横方向に近接
させ、そして電極に加えられる30乃至60ボルトの
電圧によりアーク電流が50乃至90アンペアとなる
ようにこの電極の一端と対向電極との間にアーク
を飛ばすことにより形成可能であるという発見に
基づいている。
These objects and others that will become apparent from the description below are achieved by the invention in the deposition method described below. This method of vapor deposition involves placing an elongated electrode, in particular a large area surface deposit of the substance to be vaporized, in lateral proximity to the surface of the substrate to be coated covering a substantial portion of the length of the electrode in vacuum; It is based on the discovery that an arc current of 50 to 90 amperes can be formed by striking an arc between one end of this electrode and a counter electrode with a voltage of 30 to 60 volts applied to the electrode.

驚くべきことに、2本の電極が離れているとき
にアークを一度飛ばすと、そのアーク、アークの
一部またはアークにより生成された熱効果が長い
電極の周りにらせん状に現われ、そして一般に
徐々に対向電極から離れて行くらせん形パターン
で電極を構成する物質の蒸発を生ずるように思わ
れる。
Surprisingly, once you strike an arc when the two electrodes are far apart, the arc, part of the arc, or the thermal effect produced by the arc appears in a spiral around the long electrode, and generally gradually This appears to result in the evaporation of the material making up the electrode in a helical pattern moving away from the counter electrode.

アークが2本の電極間のスペースに限定される
ことはなく、むしろ長い電極の長さの領域に向か
つて対向電極かららせん形に離れて行く構成要素
乃至効果を有するものであり、これが最大の導電
率は、アークの主要部分が限定されると思われる
2本の電極間の線上に直接存在しているらしいと
いう事実にも拘らず、更に対向電極から移動する
のは非常に驚くべきことである。この効果は、長
い電極、すなわち析出電極が、元は均一な断面を
有しているにも拘らず、対向電極に向かうテーパ
ーが現われること、および析出電極の素材から基
体上への被膜が析出電極のアーク衝突面から可成
りの距離において観察され得るという事実によつ
て明らかである。
The arc is not confined to the space between the two electrodes, but rather has a component or effect of spiraling away from the opposing electrode over a region of long electrode length, which is the most It is very surprising that the conductivity should move further away from the counter electrode, despite the fact that it seems to lie directly on the line between the two electrodes where the main part of the arc is supposed to be confined. be. This effect is caused by the appearance of a taper toward the counter electrode even though the long electrode, that is, the deposition electrode, originally had a uniform cross section, and the fact that the coating from the material of the deposition electrode onto the substrate is formed on the deposition electrode. This is evidenced by the fact that the arc can be observed at a considerable distance from the arc impact surface.

実際、この効果は暫くの間存在し続け、その後
に原アークの消弧が続くので、周期的に電極を接
触および分離してアークを発生させ、次いでそれ
を消滅させる。
In fact, this effect continues to exist for some time, followed by extinguishing of the original arc, so that the electrodes are periodically brought into contact and separated to generate an arc and then extinguish it.

本発明の特徴によれば、点弧電極から離れて蒸
着すべき物質から成る電極の端部に、物質供給電
極の温度を通常800〓乃至1000〓の範囲内に保持
するように制御される手段が設けられ、前記物質
が物質供給電極から蒸発する本発明のより低い電
圧、より低い電流および温度条件下の速度は初期
システムの蒸発速度の1.5乃至2.0倍に増加させる
ことができる。実用上、全ての金属、合金、炭化
物およびケイ化物が物質供給電極を調製するため
に利用可能である。金属および他の合金に加えて
炭化物、ホウ化物、ケイ化物および窒化物を基体
上に析出させることができる。
According to a feature of the invention, at the end of the electrode consisting of the material to be deposited remote from the ignition electrode, means are provided which are controlled to maintain the temperature of the material supply electrode typically within the range of 800° to 1000°. is provided, and the rate at which the substance evaporates from the substance delivery electrode under the lower voltage, lower current and temperature conditions of the present invention can be increased to 1.5 to 2.0 times the evaporation rate of the initial system. Practically all metals, alloys, carbides and silicides can be used to prepare material delivery electrodes. Carbides, borides, silicides and nitrides as well as metals and other alloys can be deposited on the substrate.

析出すべき物質の蒸発速度が本発明のより低い
エネルギーの利用によつて増加する理由は完全に
は理解されないが、アークの移動は物質供給電極
のより広い領域を覆う別のプールされた溶融相に
拡がつて、事実上薄膜形成に際して溶融金属を蒸
発させることが可能である。
Although it is not completely understood why the evaporation rate of the material to be deposited is increased by the lower energy utilization of the present invention, the movement of the arc creates another pooled molten phase covering a larger area of the material delivery electrode. In fact, it is possible to evaporate the molten metal during thin film formation.

本発明の他の特徴によれば、上に述べた原理は
合成樹脂への金属コーテイングの適用に際して利
用されるが、これらの合成樹脂は電子構成部品用
のキヤビネツトまたはハウジングの形状のもので
ある。基体は、本発明により適用可能な大面積塗
布により影響を受けないので、本発明は電子構成
部品に用いることのできる合成樹脂キヤビネツト
またはハウジングの内部を塗装するのに利用した
とき、その被膜は電磁シールドを形成するので非
常に有利であることが判明したのは最も驚くべき
ことである。
According to another feature of the invention, the principles described above are utilized in the application of metal coatings to synthetic resins, which are in the form of cabinets or housings for electronic components. Because the substrate is unaffected by the large area coatings applicable with the present invention, the present invention provides an electromagnetic Most surprisingly, it turned out to be very advantageous as it forms a shield.

本発明は純粋ケイ素コーテイングまたはその他
の保護コーテイング、たとえば炭化ケイ素、窒化
ケイ素または窒化ホウ素を、半導体分野において
溶融ケイ素から引上げられるべき単結晶バーの製
造に際して、ケイ素の溶融にこれまで利用されて
来た基体の表面に塗布すると非常に効果的であ
る。更に本発明はセラミツクに金属コーテイング
を施す場合にも適用することができ、これはたと
え適用金属が従来セラミツク基体に適用するのが
困難であつたニツケル、タングステン、チタン、
タンタル等の耐熱金属であつても改良された密着
性をもつて利用可能である。実際上、凡ゆるセラ
ミツク基体を本発明の目的のために利用すること
ができるが、基体、特にセラミツク基体の場合に
は、表面がコーテイングを受けるようにサンドブ
ラストを掛けたり、他のブラスト−粗面化処置を
施すことが好ましい。ここで用いられる術語「サ
ンドブラスト」は、表面に対して研磨粒状体を吹
きつけることを意味しており、これらの研磨粒状
体は一般に金属粒子、炭化ケイ素、窒化ケイ素、
ダイアモンド微粉、酸化鉄、二酸化ケイ素または
粗面化可能な他の如何なる物質であつてもよい。
移動用気体は空気または他の全ての入手可能な気
体であればよい。両ケース共、更に基体を減圧室
内で、または減圧室内への導入に先立つて金属の
融点未満の温度に予熱するとよい。しかし、予熱
温度は少なくとも数百度であるべきである。
The present invention applies pure silicon coatings or other protective coatings, such as silicon carbide, silicon nitride or boron nitride, which have heretofore been utilized in the melting of silicon in the production of single crystal bars to be drawn from molten silicon in the semiconductor field. It is very effective when applied to the surface of the substrate. Furthermore, the present invention can also be applied to ceramics with metal coatings, even if the applicable metals are nickel, tungsten, titanium, etc., which have conventionally been difficult to apply to ceramic substrates.
Even refractory metals such as tantalum can be used with improved adhesion. Although virtually any ceramic substrate can be utilized for the purposes of the present invention, the substrate, particularly in the case of ceramic substrates, may be sandblasted or otherwise blast-roughened so that the surface receives a coating. It is preferable to carry out a chemical treatment. The term "sandblasting" as used herein refers to the blasting of abrasive particles onto a surface, and these abrasive particles are generally made of metal particles, silicon carbide, silicon nitride,
It can be diamond fines, iron oxide, silicon dioxide or any other material that can be roughened.
The transfer gas may be air or any other available gas. In both cases, it is also advantageous to preheat the substrate in the vacuum chamber or prior to introduction into the vacuum chamber to a temperature below the melting point of the metal. However, the preheating temperature should be at least a few hundred degrees.

セラミツクコーテイングは本発明に従つて、異
なつた金属好ましくは高度に導電性かつ非常に耐
熱性の金属から成る2本の電極を好ましくはセラ
ミツク本体である基体に近接させ、そして電極と
基体を収容する真空排気室内でこれらの電極間に
アークを飛ばすことにより行われる。本発明によ
れば、先ず電極には相対的極性、すなわち一方に
は正の極性が付与されるのに対し、他方には負の
極性が付与され、これらの電極の一方から選択的
に金属が析出するが、同時に少量のこの後者金属
が第2の電極上に析出するものと思われる。
A ceramic coating according to the invention comprises two electrodes of different metals, preferably highly conductive and highly refractory metals, placed in close proximity to a substrate, preferably a ceramic body, and housing the electrodes and the substrate. This is done by creating an arc between these electrodes in a vacuum evacuation chamber. According to the invention, the electrodes are first given relative polarity, that is, one is given a positive polarity while the other is given a negative polarity, and metal is selectively removed from one of these electrodes. It is believed that a small amount of this latter metal is deposited on the second electrode at the same time.

次に極性を逆にすると、金属が第2電極から優
先的に蒸発するが、当初は第1電極からの少量の
金属を包含しており、これがその上に析出する結
果、2層の界面において金属の混合組成物が形成
される。
When the polarity is then reversed, the metal evaporates preferentially from the second electrode, initially including a small amount of metal from the first electrode, which precipitates on top of it, resulting in a A mixed composition of metals is formed.

高導電率金属、特に銅であるが、金も銀もセラ
ミツク基体に適用したとき、密着性、特にこれに
対し導電性エレメントをはんだ付けあるいは溶接
後または中の密着性に関して従来出会う短所は、
高導電率金属の適用に先立つて、セラミツクを比
較的小さい厚さをもつて耐熱金属で塗布し、そし
て被膜のこの中間層を順次導電性金属で塗布すれ
ば、除去することができる。
When applied to highly conductive metals, especially copper, but also gold and silver to ceramic substrates, the disadvantages hitherto encountered with respect to adhesion, especially after or during soldering or welding of conductive elements, are:
Prior to application of the high conductivity metal, the ceramic is coated with a refractory metal in a relatively small thickness, and this intermediate layer of the coating can be removed by sequentially coating the conductive metal.

より詳細には、耐熱金属としてタングステン、
モリブデン、チタンまたはジルコニウムの厚さ、
すなわち5乃至10ミクロンの被膜を支持体上に析
出させ、その後銅、銅合金、金、銀または若干の
他の非耐熱金属、すなわち用いられている耐熱金
属の沸点よりも実質的に低い沸点を有する金属か
ら成るより大きい厚さ、すなわち0.001乃至0.02
インチ(約0.025〜0.05mm)の被膜を適用するの
は可能であることが判明した。
More specifically, tungsten as a heat-resistant metal;
molybdenum, titanium or zirconium thickness,
That is, a 5 to 10 micron coating is deposited on the support and then copper, copper alloys, gold, silver, or some other non-refractory metal, i.e., with a boiling point substantially lower than that of the refractory metal being used, is deposited on the support. greater thickness of metal with, i.e. 0.001 to 0.02
It has been found possible to apply inch (approximately 0.025-0.05 mm) coatings.

本発明による2電極法も用いれば、一方の電極
を耐熱金属として、そして他方の電極を非耐熱金
属として構成することが可能となり、そして蒸着
中に電極の極性を調整することにより析出する特
定金属の制御のできることが判明した。
If the two-electrode method according to the present invention is also used, it is possible to configure one electrode as a refractory metal and the other electrode as a non-refractory metal, and by adjusting the polarity of the electrode during vapor deposition, a specific metal can be deposited. It turned out that it is possible to control.

本発明により、薄い耐熱金属被膜を銅被膜とセ
ラミツク基体との間に適用すると、他の全ての点
は均等で基体から被膜を分離するのに要する力に
関して密着性を100倍以上増加させ得ることが見
出された。
In accordance with the present invention, applying a thin refractory metal coating between a copper coating and a ceramic substrate can increase adhesion by more than 100 times with respect to the force required to separate the coating from the substrate, all other things being equal. was discovered.

本発明によりセラミツク支持体を利用すること
ができ、またマスキング技法を用いて析出物を凡
ゆる所望のパターンに形成することも保証され
る。
The present invention allows the use of ceramic supports and also ensures that masking techniques can be used to form the deposit in any desired pattern.

本発明の重要な特徴によれば、基体と近接させ
る2本の電極の一方は、他方の電極との整列から
移動させ、かつ置換電極により置換えることが可
能であり、そして後者を用いて反覆される方法が
第3電極の金属の少なくとも一層を第2層上に付
加的に析出する。
According to an important feature of the invention, one of the two electrodes brought into close proximity to the substrate can be moved out of alignment with the other electrode and replaced by a replacement electrode, and the latter can be used to repeat the process. The method described additionally deposits at least one layer of third electrode metal on the second layer.

本発明の上記および他の目的、特徴および効果
は添付図面を参照する下記の説明からより容易に
明らかとなろう。
The above and other objects, features and effects of the present invention will become more readily apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

第1図には、本発明により支持体上に鏡面状保
護被膜を得るため若しくは、耐熱性および耐熱金
属を含む各種金属または金属合金を蒸発させて、
その被膜を基体に適用するための簡単なアーク法
を利用する装置が示されている。
FIG. 1 shows that various metals or metal alloys, including heat-resistant and refractory metals, are evaporated to obtain a mirror-like protective coating on a support according to the present invention.
An apparatus is shown that utilizes a simple arc method to apply the coating to a substrate.

第1図から明らかなように、基本装置は、第6
図示の減圧室に類似の図示しない減圧室を備える
ことができ、この室内において金属電極1は電極
供給装置7により電極本体2に向かつて供給され
て溶融金属のプール3が形成され、これに対しア
ーク4が飛ばされる。
As is clear from Fig. 1, the basic device consists of the sixth
A depressurization chamber (not shown) similar to the decompression chamber shown can be provided, and in this chamber the metal electrode 1 is supplied toward the electrode body 2 by an electrode supply device 7 to form a pool 3 of molten metal. Ark 4 is blown away.

電極本体(以下、単に本体ともいう)2は取付
具すなわち電極ホルダー(以下、単にホルダーと
いう)5内に保持され、そして直流電源9から慣
用のアーク安定回路8を経由して電極1および本
体2を横切つてアーク電流が供給される。
The electrode body (hereinafter also simply referred to as the main body) 2 is held in a fixture, that is, an electrode holder (hereinafter simply referred to as the holder) 5, and is connected to the electrode 1 and the main body 2 from a DC power source 9 via a conventional arc stabilizing circuit 8. An arc current is supplied across the

比較的小さい横断面の電極1は、この電極の過
熱を阻止する温度調節器6を備えるのが有利であ
ることが判明している。
It has proven advantageous for the electrode 1 of relatively small cross section to be equipped with a temperature regulator 6 which prevents overheating of this electrode.

本体2の横断面は電極1のそれよりも実質的に
大きいので、プール3は本体2のその場所に形成
された凹所11に生成される。
Since the cross-section of the body 2 is substantially larger than that of the electrode 1, a pool 3 is created in a recess 11 formed at that location in the body 2.

実施例 1 電極1およびチタン、アルミニウム、タングス
テン、タンタルまたは銅から成る本体2を用いる
第1図の装置は、温度5000乃至7000〓でアークを
飛ばしてプール3の金属の蒸気を発生するが、こ
のプールは基体10に対し10乃至15cmの距離を横
切り、そして金属の被膜をその上に形成する。プ
ール3は電極1および2により提供される金属の
混合物により形成することができ、それによつて
2本の電極の金属から成る合金を基体上に析出さ
せる。好ましくは電極はチタンから構成され、一
方溶融金属は優勢にアルミニウム、タングステ
ン、タンタルまたは銅から成つている。
EXAMPLE 1 The device of FIG. 1 using an electrode 1 and a body 2 made of titanium, aluminum, tungsten, tantalum or copper produces metal vapor in a pool 3 by striking an arc at a temperature of 5,000 to 7,000 degrees. The pool crosses the substrate 10 at a distance of 10 to 15 cm and forms a metal coating thereon. Pool 3 can be formed by a mixture of the metals provided by electrodes 1 and 2, thereby depositing an alloy of the metals of the two electrodes on the substrate. Preferably the electrodes are composed of titanium, while the molten metal consists predominantly of aluminum, tungsten, tantalum or copper.

第1図の装置は実質的な変更を伴わないで炭化
物の保護被膜を生成する非るつぼ(noncrucible)
法において、また基体上にケイ化物被膜を形成さ
せるため、あるいは炭化物またはケイ化物、更に
炭化ケイ素層でさえも基体上に形成させるために
利用することができる。基体上に炭化ケイ素−炭
化タングステン層を析出させるためには電極2を
黒鉛、そして電極1をケイ化タングステンから構
成する。減圧は当初10-6トールに引き、そして
10-5トール以下に保持する。直流アーク発生電圧
は100ボルト、そしてアーク電流は150アンペアで
ある。析出物は約0.2g/分の速度で生成する。
The apparatus of Figure 1 is a noncrucible device that produces a protective coating of carbide without substantial modification.
It can also be used in processes to form silicide coatings on substrates, or to form carbide or silicide and even silicon carbide layers on substrates. In order to deposit a silicon carbide-tungsten carbide layer on the substrate, electrode 2 is composed of graphite and electrode 1 is composed of tungsten silicide. Decompression was initially reduced to 10 -6 Torr, and
Keep below 10 -5 torr. The DC arcing voltage is 100 volts and the arcing current is 150 amperes. Precipitate forms at a rate of approximately 0.2 g/min.

この場合、第1図の装置を再び通常の減圧室内
で用いるが、電極1はケイ素または炭素で構成す
ることができるのに対し、電極2はそのケイ化物
または炭化物を形成すべき金属から構成され、基
体上へのケイ素の蒸着の場合には、またケイ素か
ら構成することができる。
In this case, the apparatus of FIG. 1 is again used in a conventional vacuum chamber, but electrode 1 can be composed of silicon or carbon, whereas electrode 2 is composed of the metal whose silicide or carbide is to be formed. In the case of vapor deposition of silicon onto the substrate, it can also be composed of silicon.

たとえば、炭化ケイ素を気体10上へ蒸着させ
たい場合には、電極1はケイ素から成つていれば
よいのに対し、電極2は炭素ブロツクであり、そ
の中にケイ素のプール3と可溶化した炭素を受け
る。
For example, if it is desired to deposit silicon carbide onto a gas 10, electrode 1 need only consist of silicon, while electrode 2 is a block of carbon in which a pool 3 of silicon and a solubilized silicon carbide are deposited. Receive carbon.

蒸気は基体に移行し、そしてその上に炭化ケイ
素層として蒸着される。基体はチタンであればよ
く、そして基体上に形成される析出物はケイ化チ
タンおよび炭化チタンの混合物であればよい。
The vapor transfers to the substrate and is deposited thereon as a silicon carbide layer. The substrate may be titanium, and the deposit formed on the substrate may be a mixture of titanium silicide and titanium carbide.

あるいは、電極1がケイ素または炭素から構成
され、そして電極本体2がチタンから構成される
場合には、炭化またはケイ化チタンを異なつた組
成から成る基体上に蒸着させることができる。
Alternatively, if the electrode 1 is composed of silicon or carbon and the electrode body 2 is composed of titanium, titanium carbide or silicide can be deposited on a substrate of a different composition.

僅かな酸化性雰囲気を減圧室内に供給すれば、
二酸化ケイ素析出物が基体上に形成される。
If a slight oxidizing atmosphere is supplied into the decompression chamber,
A silicon dioxide precipitate forms on the substrate.

第1図の装置は明らかに半導体の製造に際して
特に効果的である。
The apparatus of FIG. 1 is clearly particularly effective in the manufacture of semiconductors.

温度調節器6は電極1の長さに沿つて2台設け
てもよく、そして付加的な温度調節器は電極本体
2について設けその過熱を阻止することができ
る。
Two temperature regulators 6 may be provided along the length of the electrode 1, and an additional temperature regulator may be provided for the electrode body 2 to prevent it from overheating.

電極1または本体2のいずれかがケイ素から構
成され、そして他方の炭素から構成されるときに
は、その反応によつて炭化ケイ素が生成され、そ
して元のケイ素および炭素よりも高い純度をもつ
て析出する。
When either the electrode 1 or the body 2 is composed of silicon and the other of carbon, the reaction produces silicon carbide and precipitates with a higher purity than the original silicon and carbon. .

両電極がケイ素から構成される場合には、半導
体のコーテイングに特に望ましいように、高密度
シリカおよびケイ素析出物を得ることができる。
If both electrodes are composed of silicon, dense silica and silicon precipitates can be obtained, which is particularly desirable for coating semiconductors.

第2図の装置は第1図のものと類似であるが、
若干異なつた原理の下で作動する。すなわち、蒸
発は少なくとも部分的に湿潤上部電極101から
行われる。
The device in Figure 2 is similar to that in Figure 1, but
It operates on a slightly different principle. That is, evaporation takes place at least partially from the wet upper electrode 101.

この図において、第1図のエレメントに対応す
るものには100位の数字のみ異なる対応した参照
数字を用いるものとする。
In this figure, corresponding reference numerals that differ only in the 100th digit are used for elements corresponding to those in FIG. 1.

第2図において、電極供給装置107は垂直往
復装置112と連結されるが、これは電極101
の先端を電極本体102内に形成された溶融金属
のプール103中に周期的に浸すように電極10
1に矢印114方向の往復運動を付与するもので
ある。
In FIG. 2, the electrode supply device 107 is connected to a vertical reciprocating device 112, which is connected to the electrode 101.
The electrode 10 is rotated so that the tip thereof is periodically dipped into a pool 103 of molten metal formed within the electrode body 102.
1 is given reciprocating motion in the direction of arrow 114.

アーク104を再点弧するためにこのプールか
ら引上げると、電極101上の溶融金属から成る
被膜113は蒸発し、そして析出物は基体110
上に形成される。
When the arc 104 is withdrawn from this pool for restriking, the coating 113 of molten metal on the electrode 101 evaporates and the deposit is deposited on the substrate 110.
formed on top.

電極本体102はホルダー105内に示され、
そしてアーク電流の供給は説明した方法に従つて
直流電源109と安定装置108とによつて行わ
れ、また電極101は温度調節器106を備えて
いる。
Electrode body 102 is shown within holder 105;
The supply of arc current is then carried out by means of a DC power supply 109 and a stabilizer 108 according to the method described, and the electrode 101 is equipped with a temperature regulator 106.

このシステムは、先の例の変形に際して、電極
101がチタンから構成され、そしてプール10
3がアルミニウムから成る場合に特に効果的であ
る。
This system, in a modification of the previous example, has electrodes 101 made of titanium and pools 10
It is particularly effective if 3 is made of aluminum.

第3図に示されるのは本発明の一実施例であ
り、この場合蒸気はるつぼ217の下方に配置さ
れた基体210上に蒸着されるものであるが、る
つぼは溶融金属203を含む上部開放リング状で
あり、ホルダーもしくはフレーム205中に装着
されている。
Illustrated in FIG. 3 is an embodiment of the invention in which steam is deposited onto a substrate 210 disposed below a crucible 217, the crucible having an open top containing molten metal 203. It has a ring shape and is mounted in a holder or frame 205.

ここで上部電極201は球形部分の形状を有し
ており、これはレフレクターとして機能し、その
結果、アーク204を電極201とるつぼ217
内のメルトとの間に点弧すると、蒸気は矢印21
9により示されるように上方へ進み、次に下方へ
反射されて矢印218で示されるように基体21
0上に集中される。
Here the upper electrode 201 has the shape of a spherical part, which acts as a reflector, so that the arc 204 is connected to the electrode 201 and to the crucible 217.
When the steam is ignited between the melt in the arrow 21
9 and then reflected downward to the substrate 21 as shown by arrow 218.
concentrated on 0.

直流電源209はここではアーク安定装置20
8を経由して電極201およびるつぼ217間に
接続され、そしてロツド216上に装着された上
部電極201は供給装置207により垂直に位置
決めされ、一方蒸発金属を覆う電極201の位置
を調整する補助機構215により水平に位置決め
されている。
The DC power supply 209 is the arc stabilizer 20 here.
The upper electrode 201 connected between the electrode 201 and the crucible 217 via 8 and mounted on the rod 216 is vertically positioned by a feeding device 207, while an auxiliary mechanism adjusts the position of the electrode 201 over the evaporated metal. It is positioned horizontally by 215.

この実施態様において、電極201はチタン、
モリブデンまたはタングステンから構成されれば
よく、一方、溶融金属はアルミニウムまたは銅か
ら構成され、そしてるつぼ217は黒鉛から成つ
ていてもよい。
In this embodiment, electrode 201 is titanium,
It may be composed of molybdenum or tungsten, while the molten metal may be composed of aluminum or copper, and the crucible 217 may be composed of graphite.

第4図には本発明の他の実施態様が示されてお
り、この場合、蒸気は下方に流れて基体310上
に析出する。
Another embodiment of the invention is shown in FIG. 4, where the vapor flows downwardly and is deposited on a substrate 310.

この場合、溶融金属303を容れた上部開放る
つぼ317には別の溶融金属を符号322で示さ
れるとりべまたは他の供給源から、あるいはるつ
ぼ317内で溶融される固体金属から供給するこ
とができる。後者の固体金属は補助手段、たとえ
ば誘導加熱装置323によつて加熱することがで
き、そしてこれはホルダー305内に支持されて
いる。
In this case, the open top crucible 317 containing the molten metal 303 may be supplied with another molten metal from a ladle or other source, indicated at 322, or from solid metal being melted within the crucible 317. . The latter solid metal can be heated by auxiliary means, for example an induction heating device 323, which is supported in the holder 305.

るつぼ317の底部には開口321が設けられ
ており、ここから溶融金属の液滴が現われ、これ
らの液滴は電極301とるつぼ317の底部との
間に点弧されるアーク304により蒸発されるも
のである。
The bottom of the crucible 317 is provided with an opening 321 through which droplets of molten metal emerge, and these droplets are evaporated by an arc 304 ignited between the electrode 301 and the bottom of the crucible 317. It is something.

アークの領域における温度は補助誘導装置32
4により制御することができ、また電極301は
冷却エレメント306によつて表わされるように
冷却することができる。
The temperature in the area of the arc is controlled by the auxiliary induction device 32
4 and the electrode 301 can be cooled as represented by the cooling element 306.

電極301は電極ホルダー307によりるつぼ
317に向かつて供給され、またアークは直流電
源309に接続されたアーク安定装置308によ
り保持される。
The electrode 301 is supplied toward the crucible 317 by an electrode holder 307, and the arc is maintained by an arc stabilizer 308 connected to a DC power source 309.

本実施態様において、溶融金属は銅であつても
よい。
In this embodiment, the molten metal may be copper.

補助装置324の代りに、コーテイングすべき
基体をこの位置に、たとえばチタンリングの形状
で設けてもよく、これは被膜の状態で蒸気を集め
ることができるものである。
Instead of the auxiliary device 324, the substrate to be coated can also be provided at this location, for example in the form of a titanium ring, which can collect the vapor in the form of a coating.

第5図の本実施態様は溶融金属が閉鎖空間内で
形成されたときにそれを蒸発させるものであり、
この蒸気は開口425を経由して基体410上に
放出される。
The present embodiment of FIG. 5 vaporizes molten metal as it forms within a closed space;
This vapor is released onto the substrate 410 via opening 425.

この場合、液体のプールはホルダー405によ
り支持される電極402を、この電極402内の
中央穿孔426を経由して電極供給装置407に
より対向電極401を供給することによつて、溶
融させることにより生成され、またこの電極40
1は室内を形成する絶縁スリーブ427を通過す
る。温度調節器406はアーク404に隣接する
2本の電極の周りに同軸的に設置されて開口42
5の前方領域の過熱を阻止する。析出物は基体4
10上に形成される。
In this case, a pool of liquid is created by melting an electrode 402 supported by a holder 405 by supplying a counter electrode 401 by an electrode supply device 407 via a central bore 426 in this electrode 402. and this electrode 40
1 passes through an insulating sleeve 427 forming the chamber. A temperature regulator 406 is placed coaxially around the two electrodes adjacent to the arc 404 to open the aperture 42.
Prevent overheating of the front area of 5. The precipitate is the substrate 4
10.

電流はアーク安定装置408および直流電源4
09を経由して、先に説明した方法により電極間
に供給される。
The current is connected to the arc stabilizer 408 and the DC power supply 4.
09, and is supplied between the electrodes by the method described above.

第6図は先に説明した原理を用いる、反射性、
耐食、保護および半導体タイプ金属、ケイ化物な
らびに炭化物被膜を蒸着させるための小型ボルタ
アーク装置を示している。
Figure 6 shows the reflectivity, using the principle explained earlier.
A miniature voltaic arc apparatus is shown for depositing corrosion-resistant, protective and semiconducting type metal, silicide and carbide coatings.

この装置は、このポータブルユニツトを容易に
運搬可能とするようにハンドル530をその上端
に形成した減圧室500を含んで構成される。
The device includes a vacuum chamber 500 with a handle 530 formed at its upper end to allow the portable unit to be easily transported.

この室内には中空球体517が設けられてお
り、その下部は溶融金属503用のるつぼを形成
し、内部は高温耐熱(耐火)材料、たとえば酸化
アルミニウムによりコーテイングされている。
This chamber is provided with a hollow sphere 517, the lower part of which forms a crucible for the molten metal 503, the interior of which is coated with a high temperature (refractory) material, such as aluminum oxide.

この球体の上部には531において、浴から反
射される熱に該浴に集中して送り返えす反射層が
塗布されている。
The top of the sphere is coated at 531 with a reflective layer that concentrates the heat reflected from the bath and sends it back to the bath.

アーク504は電極501と浴503との間に
点弧され、この電極はその電極物質が消耗するに
つれて浴に向かつてユニツト507によつて供給
される。
An arc 504 is ignited between electrode 501 and bath 503, which is fed by unit 507 towards the bath as its electrode material is depleted.

別の金属、たとえば固体状のものは浴にロツド
532として供給されるが、このロツドもまた供
給装置533′に接続されているので、浴が消耗
すると別の金属がこれに対し供給される。
Another metal, for example in solid form, is supplied to the bath as a rod 532, which is also connected to a supply device 533', so that when the bath is depleted, another metal is supplied to it.

電極501および浴503は、先に説明した方
法によりアーク安定装置および直流電源の対向端
子に接続される。
Electrode 501 and bath 503 are connected to opposing terminals of an arc stabilizer and a DC power source in the manner previously described.

管状電極502はロツド532を取巻いてい
る。
Tubular electrode 502 surrounds rod 532.

アダプタ536の下部には符号533で示され
るようにエアポンプが設けられており、このエア
ポンプは中空球体517を収容する室、ならびに
真空ホース534および弁535を経由して、外
方に拡がり、かつ中空球体517の横方向開口5
25に連結可能なアダプタ536を減圧する。
The lower part of the adapter 536 is provided with an air pump, indicated by reference numeral 533, which extends outwardly through a chamber containing the hollow sphere 517 and a vacuum hose 534 and a valve 535. Lateral opening 5 of sphere 517
An adapter 536 connectable to 25 is depressurized.

室500は加熱コイル537を設けて形成さ
れ、室に対する望ましくない蒸気の凝縮を防止す
る。
The chamber 500 is formed with a heating coil 537 to prevent undesirable vapor condensation onto the chamber.

開口525とアダプタ536との間には真空ロ
ツク538および異なつた形状および寸法を有す
る各種アダプタを保持するための装着装置539
が設けられている。
Between the opening 525 and the adapter 536 is a vacuum lock 538 and a mounting device 539 for holding various adapters of different shapes and dimensions.
is provided.

アダプタ536はまた真空ガスケツト540と
共に形成され、それによつてアダプタはコーテイ
ングすべき基体510に対して支えることができ
る。
Adapter 536 is also formed with a vacuum gasket 540 so that it can be supported against substrate 510 to be coated.

第6図に示す小型ユニツトはコーテイングすべ
き基体510の場所へ運ばれ、そして適切なアダ
プタ536が取付具539および塗布すべき基体
510の表面に対して押圧されるガスケツト54
0上に装着される。アーク電流が供給され、そし
て装置はエアポンプ533により減圧され、それ
によつて金属を溶融し、かつ浴503を中空球体
内に形成する。次にゲート538が開放され、そ
して球体517の内部とアダプタ536との間に
保持された弁535により制御されるとおりの差
圧によつて少なくとも部分的に蒸気を基体510
上に進ませるものである。
The small unit shown in FIG. 6 is brought to the location of the substrate 510 to be coated, and a suitable adapter 536 is pressed against the fixture 539 and the surface of the substrate 510 to be coated.
0. Arc current is applied and the device is evacuated by air pump 533, thereby melting the metal and forming bath 503 within the hollow sphere. Gate 538 is then opened and vapor is transferred at least partially to substrate 510 by a pressure differential as controlled by valve 535 held between the interior of sphere 517 and adapter 536.
It is something that allows you to move up.

実用上、如何なる部位の如何なる製品もコーテ
イング可能であり、また異なつた形状および寸法
の各種アダプタの使用は複雑な形の物体の塗装で
すら、それらが用いられるべき領域からその物体
を移動させることなく、可能とする。この装置は
ダクト等の内側に被膜を施すために用いられるよ
うに折たたみ可能となつている。
In practice, any part of any product can be coated, and the use of a variety of adapters of different shapes and dimensions makes it possible to coat objects of even complex shapes without displacing the objects from the area where they are to be used. , possible. The device is collapsible for use in coating the inside of ducts and the like.

図面に示される装置はアダプタ536なしで、
宇宙における人間もしくは装具のための推進体と
して利用することができる。
The device shown in the drawings is without adapter 536.
It can be used as a propellant for humans or equipment in space.

アークが発生したら、使用者は単にゲート53
8を開放して開口525から流れを放出し、そし
て逆方向に推進を行えばよい。宇宙における真空
は装置にとつて自然の真空をもたらすので、エア
ポンプ533は全く必要としない。実用的には宇
宙応用において見出される凡ゆる廃棄物が容器5
17内で利用されて、この種の推進力を発生させ
ることができる。
Once the arc occurs, the user simply needs to open gate 53.
8 to release the flow from the opening 525 and propulsion in the opposite direction. Air pump 533 is not required at all since the vacuum in space provides a natural vacuum for the device. In practical terms, all waste found in space applications can be stored in containers5.
17 can be utilized to generate this type of propulsion force.

第7図には本発明の一実施態様が示されてお
り、これは先に説明した特徴と上に展開した概念
とを組合わせるものである。
FIG. 7 shows an embodiment of the invention, which combines the features previously described and the concepts developed above.

コーテイング610′を、複雑な形状の基体を
形成する管610の内表面610a上に蒸着させ
るために用いることができる本装置において、対
応する形状を有する原料供給用電極602が基体
602a上の管の中央に装着され、そしてこれは
温度調節器606の誘導加熱コイル606aを備
えており、この温度調節器にはサーモカツプル6
06bまたは類似の温度センサであつて、原料供
給電極の温度を、800乃至1000〓の範囲内で一定
に維持するために慣用のフイードバツク制御回路
により電極の温度に応答するものを設けてもよ
い。
In the present apparatus, which can be used to deposit a coating 610' onto the inner surface 610a of a tube 610 forming a substrate of complex shape, a feed electrode 602 having a corresponding shape is placed on the inner surface 610a of the tube on the substrate 602a. It is centrally mounted and includes an induction heating coil 606a of a temperature regulator 606, which includes a thermocouple 606a.
A 06b or similar temperature sensor may be provided which responds to the temperature of the feed electrode with a conventional feedback control circuit to maintain the temperature of the feed electrode constant within the range of 800-1000°C.

先の実施態様におけるように、基体およびその
上に蒸着すべき物質源は減圧室600内に封入さ
れるが、これは10-6トールに減圧すればよく、そ
うすれば蒸着を10-5トールの圧力で行うことがで
きる。
As in the previous embodiment, the substrate and the source of material to be deposited thereon are enclosed within a vacuum chamber 600, which may be evacuated to 10 -6 Torr, thereby reducing the deposition to 10 -5 Torr. It can be done at a pressure of

物質供給電極602の端部にはアーク点弧用電
極601が設けられており、これは電気的に制御
された往復駆動機構607により電極2に向か
い、かつこれから離れる往復運動を行うことがで
きる。往復駆動機構は零電流検出器607aに応
答して操作することが可能なので、アーク電流が
完全に衰退すると、電極601は左方へ移されて
電極602の端部602aと接触状態になり、次
いでアークの再確立のために引離される。アーク
電流は脈動直流電源609およびこれを横断する
アーク安定装置608によつてもたらされ、アー
ク電流およびアーク電圧のパラメータは、これら
の回路エレメントによつて50乃至90アンペアおよ
び30乃至60ボルトの範囲内に調節される。
At the end of the material supply electrode 602 an arc ignition electrode 601 is provided, which can be reciprocated towards and away from the electrode 2 by an electrically controlled reciprocating drive mechanism 607. The reciprocating drive mechanism is operable in response to zero current detector 607a, so that once the arc current has completely decayed, electrode 601 is moved to the left into contact with end 602a of electrode 602, and then pulled apart to re-establish the arc. Arc current is provided by a pulsating DC power supply 609 and an arc stabilizer 608 across it, with arc current and arc voltage parameters ranging from 50 to 90 amps and 30 to 60 volts by these circuit elements. adjusted within.

実際に一度アークが飛ばされたことを示す装置
を用いると、アークそれ自体、蒸発効果または他
の電磁的な現象が矢印Aで示すように、物質供給
電極602の全長にわたるアーク点弧位置および
蒸着が起る場所に一般にらせん形すなわちスパイ
ラル状に進行するように思われるが、前記物質供
給電極はこの現象を、すなわち長さを越えて被
り、その場所でアークが衰退するまでそれは有効
である。
With a device that indicates that the arc has actually been blown once, the arc itself, evaporation effects, or other electromagnetic phenomena can cause the arc ignition position and the evaporation deposition over the entire length of the material delivery electrode 602, as shown by arrow A. The material supply electrode is subject to this phenomenon, i.e. over its length, and it remains effective until the arc decays at that location, which appears to generally proceed in a helical or spiral fashion.

電極602からの物質損失は第7図中の点鎖線
602bで示すようにそれを徐々にテーパのつい
た形状に変形させる。
The loss of material from electrode 602 gradually deforms it into a tapered shape, as shown by dashed line 602b in FIG.

このテーパが基体からの電極の後退を生ずると
いう事実は何ら重大な問題を生じない。それは最
大の析出物が最大の後退領域にあり、従つてそれ
が基体に沿つて進行すると、最終的な被膜は非常
に均一となるからである。
The fact that this taper causes a retraction of the electrode from the substrate does not pose any serious problem. This is because the largest precipitate is in the area of greatest recession, so as it progresses along the substrate, the final coating will be very uniform.

本発明の装置は、非常に薄いコーテイング物質
をもつて感温物質をコーテイングするに際して特
に有用である。これはこのコーテイングが特に迅
速であり、そして基体を顕著に加熱することな
く、蒸着を行うことができるからである。
The apparatus of the present invention is particularly useful in coating temperature sensitive materials with very thin coating materials. This is because this coating is particularly rapid and can be deposited without significant heating of the substrate.

実施例 2 図示の形状を有する銅電極602が支持体管中
に支持体からの電極602当初間隔約10cmをもつ
て設置される。電極は温度900〓(約482℃)に維
持して、アークを先に述べた方法において一端に
点弧する。アーク電流は約70アンペアであり、そ
してアークを形成するために電極601を引離し
た後に印加される電圧は約40ボルトである。これ
らの条件下での電極602からの蒸発速度は実施
例1における蒸発速度を超える。
Example 2 Copper electrodes 602 having the shape shown are placed in a support tube with an initial spacing of about 10 cm between the electrodes 602 from the support. The electrodes are maintained at a temperature of 900°C (approximately 482°C) and an arc is ignited at one end in the manner described above. The arc current is about 70 amperes and the voltage applied after pulling electrode 601 away to form the arc is about 40 volts. The evaporation rate from electrode 602 under these conditions exceeds the evaporation rate in Example 1.

第8図には、ケイ素の溶融に用いるタイプの石
英るつぼ710にケイ素コーテイング710′を
適用するための構成が示されており、ケイ素のメ
ルトからケイ素の単結晶バーを引上げることがで
き、これは引続くシリコンウエーハへのスライス
用であり、また半導体産業において用いられるも
のである。本発明によれば、るつぼ内表面はサン
ドブラストを掛けられ、そしてるつぼは減圧室内
に配置される前に、たとえば温度200乃至600℃に
予熱される。一対のケイ素電極701および70
2はるつぼ内で互いに近接配置されており、符号
607で示したようなタイプの電極往復装置を利
用し、電極は矢印707aおよび707bで示す
ように合わさり、次に分離し、その結果それらの
電極は接触し、次いで引離されてアークを点弧す
る。既に説明したタイプのものであつてもよい電
源は709で示される。再びアーク電流は50乃至
90アンペア、そしてアーク電圧は約30乃至60ボル
トであればよい。特にケイ素を、たとえば第7図
の実施態様に用いられたのと類似の方法により最
初に加熱した場合には、可成り均一で、非常に密
着性の良いケイ素コーテイングが得られる。
FIG. 8 shows an arrangement for applying a silicon coating 710' to a quartz crucible 710 of the type used for melting silicon so that a single crystal bar of silicon can be pulled from the silicon melt, which is for subsequent slicing into silicon wafers and is used in the semiconductor industry. According to the invention, the crucible inner surface is sandblasted and the crucible is preheated, for example to a temperature of 200 to 600° C., before being placed in the vacuum chamber. A pair of silicon electrodes 701 and 70
2 are placed close to each other in the crucible and utilize an electrode reciprocating device of the type shown at 607, with the electrodes coming together and then separating as shown by arrows 707a and 707b, so that their electrodes contact and then pull apart to ignite the arc. A power supply, which may be of the type already described, is indicated at 709. Again the arc current is 50 to
90 amps and an arc voltage of about 30 to 60 volts. Particularly if the silicon is first heated, for example, by a method similar to that used in the embodiment of FIG. 7, a fairly uniform and very adherent silicon coating is obtained.

窒素雰囲気がアークの領域に放出された場合に
は、析出物は窒化ケイ素SiN4から成る。電極の
一方が炭素から構成される場合には、炭化ケイ素
析出物が形成される。どんな基体を、純粋Siまた
は上述したその他のコーテイングの一種類で被覆
するためにも同一のシステムを用いることができ
る。最初のアークが生成された後、電極を冷却す
ることができる。
If a nitrogen atmosphere is released into the area of the arc, the precipitate consists of silicon nitride SiN4 . If one of the electrodes is composed of carbon, silicon carbide precipitates are formed. The same system can be used to coat any substrate with pure Si or one of the other coatings mentioned above. After the initial arc is created, the electrode can be cooled.

第9図にはセラミツク基体810の大面積コー
テイング用の装置が示されており、これは減圧室
内への導入に先立つて、その被膜受容表面をサン
ドブラストした後、基体の下面に沿うバーナー8
20の移動により最初に予熱してもよい。電極8
01は耐熱金属またはニツケルから構成されれば
よく、そしてこれはアクチユエータ807を経由
して、これも同一の金属から構成されてよい対面
電極802と接触するように押され、かつそれか
ら離れるように引込められる。
FIG. 9 shows an apparatus for large area coating of a ceramic substrate 810, which sandblasts its coating-receiving surface prior to introduction into a vacuum chamber and then burns 810 along the underside of the substrate.
It may be preheated first by moving 20. Electrode 8
01 may be constructed from a refractory metal or nickel, and it is pushed via an actuator 807 into contact with and pulled away from a facing electrode 802, which may also be constructed from the same metal. It can be included.

電源は809により示される。電極はここでは
トラツク821上に装着され、そして基体に沿つ
て移動されるので、アークは反覆的に点弧され、
かつアークが全アツセンブリを収容する減圧室内
で電極801に沿つて移行する結果、基体の全表
面が第7図に説明した原理を利用してコーテイン
グされる。
The power supply is indicated by 809. The electrode is now mounted on a track 821 and moved along the substrate so that the arc is repeatedly ignited and
As a result of the arc traveling along the electrode 801 within the vacuum chamber containing the entire assembly, the entire surface of the substrate is coated using the principles described in FIG.

実施例 3 第9図に示した原理により作動する装置を用い
ると、タングステン電極を使用して、酸化アルミ
ニウムプレートが、厚さ1乃至2ミルのタングス
テンでコーテイングされる。最大電極間隔約4mm
についてアーク電流は50アンペア、アーク電圧は
40ボルトである。電極の直径は約1cmであつた。
タングステンのコーテイングはアルミナプレート
に対し高度な密着性を有していた。
Example 3 Using an apparatus operating according to the principles shown in FIG. 9, an aluminum oxide plate is coated with 1 to 2 mils of tungsten using a tungsten electrode. Maximum electrode spacing approximately 4mm
About the arc current is 50 amps, the arc voltage is
It is 40 volts. The diameter of the electrode was approximately 1 cm.
The tungsten coating had a high degree of adhesion to the alumina plate.

第10図は本発明の方法を実施するための装置
を非常に図式的な状態で示している。この装置
は、吸引ポンプ1011により所望程度の真空、
通常10-5乃至10-6トールに減圧できる室1010
を含んで構成される。この室内に、図示しない方
法により、セラミツク基体1012を配置し、そ
してこれは図式的に1013により示されるマス
クにより遮蔽されるので、コーテイングはマスク
内の窓1014により規定される領域内にのみ生
成させることができる。
FIG. 10 shows in a highly diagrammatic manner an apparatus for carrying out the method of the invention. This device generates a desired degree of vacuum using a suction pump 1011.
Chamber 1010 which can reduce the pressure to typically 10 -5 to 10 -6 Torr
It consists of: In this chamber, by a method not shown, a ceramic substrate 1012 is placed, and this is shielded by a mask, indicated schematically by 1013, so that the coating is produced only in the area defined by the window 1014 in the mask. be able to.

減圧室内では、コーテイングすべき基体の一部
が一対の電極、すなわち銅電極1015およびタ
ングステン電極1016に近接配置され、これら
の電極には電磁モータ(ソレノイド)1017お
よび1018のような装置が設けられていて、ア
ークを点弧するためにこれらの電極を簡単に接触
させ、次いでそれらを引離して分離させる。装置
1017および1018を周期的に励磁するパル
サは符号1019により示されている。
Inside the vacuum chamber, a portion of the substrate to be coated is placed in close proximity to a pair of electrodes, a copper electrode 1015 and a tungsten electrode 1016, which are equipped with devices such as electromagnetic motors (solenoids) 1017 and 1018. The electrodes are then briefly brought into contact to ignite the arc, and then pulled apart to separate them. A pulser that periodically excites devices 1017 and 1018 is designated by 1019.

電源は、整流器1021に接続されている交流
電源1020を含んで構成され、そしてこの整流
器は転極器1022を備えており、これはタイマ
ー1023の制御の下で電極1015および10
16の極性を逆にすることができるものである。
The power supply comprises an alternating current power supply 1020 connected to a rectifier 1021 and the rectifier is equipped with a polarity inverter 1022 which, under the control of a timer 1023, converts electrodes 1015 and 10
The polarity of 16 can be reversed.

正の極性とした銅電極1015および負の極性
としたタングステン1016を用いる操作におい
て、電極を接触させてタングステンを優先的に蒸
発させ、その結果タングステンをマスク1013
の窓1014を経由して基体上に析出させた後、
空隙の間に30乃至100アンペアの電流を40乃至100
ボルトで通過させることによりアークを飛ばすこ
とができる。コーテイングの期間はタイマー10
23により制御され、これは、厚さにおいてミク
ロンのオーダーのコーテイングが行われた後、極
性を逆転させるので、銅電極1015は今や負の
極性に転じ、一方タングステン電極1016は正
の極性とされ、その結果銅が電極1015から蒸
発され、そして基体上に蒸着される。
In an operation using a copper electrode 1015 of positive polarity and tungsten 1016 of negative polarity, the electrodes are brought into contact to preferentially evaporate tungsten such that the tungsten is removed from the mask 1013.
After depositing on the substrate via the window 1014 of
40 to 100 current of 30 to 100 amperes between the air gap
You can make an arc fly by passing it with a bolt. Coating period is timer 10
23, which reverses the polarity after the coating, which is on the order of microns in thickness, so that the copper electrode 1015 now turns negative polarity, while the tungsten electrode 1016 is made positive polarity, As a result, copper is evaporated from electrode 1015 and deposited onto the substrate.

第11図から理解できるように、得られた物品
は、たとえば酸化アルミニウムから成る基体10
30を備えており、これは銅コーテイング103
2を載置しているが、より薄い耐熱金属コーテイ
ングを1031によつて区分されている。
As can be seen from FIG. 11, the article obtained includes a substrate 10 made of, for example, aluminum oxide.
30, which is copper coated 103
2 but separated by a thinner refractory metal coating 1031.

実施例 4 説明した原理を利用して、電流約70アンペア、
電圧80ボルト、そして真空約10-5トールとすれ
ば、酸化アルミニウムプレートは、厚さ約8ミク
ロンのタングステンと、約0.002インチの厚さの
銅でコーテイングされる。密着性が測定され、こ
のコーテイングに関しては500乃至700lb/in2(約
35〜約49Kg/cm2)(被膜を除去するのに要する力)
であることが判明している。同一条件下で同一厚
さの銅コーテイングを同一基体に施すと、密着性
はわずか6乃至8lb/in2(約0.42〜0.56Kg/cm2)と
なる。直接の銅対セラミツク接合は、ハンダ接続
を行つたときの機械的および熱的影響の双方につ
いて敏感であることが見出されており、一方本発
明により形成された銅/タングステン接触によれ
ば、このような過敏性は全く見られなかつた。
Example 4 Using the principle described, a current of about 70 amperes,
With a voltage of 80 volts and a vacuum of about 10 -5 Torr, the aluminum oxide plate is coated with tungsten about 8 microns thick and copper about 0.002 inch thick. The adhesion was measured and was 500 to 700 l b /in 2 (approx.
35 to approx. 49Kg/cm 2 ) (force required to remove film)
It has been found that. When a copper coating of the same thickness is applied to the same substrate under the same conditions, the adhesion is only 6 to 8 lb / in2 . Direct copper-to-ceramic joints have been found to be sensitive to both mechanical and thermal effects when making solder connections, whereas copper/tungsten contacts made in accordance with the present invention No such hypersensitivity was observed.

タングステンをモリブデン、チタンおよびジル
コニウムで置換し、そしてこれらの耐熱金属を互
いに組合わせ、かつタングステンを中間層とする
ことにより実用上同一の結果を得ることができ
た。同様に、高度の密着性が、ニツケル、金、銀
およびそれら相互から成る合金と銅とにより得ら
れた。
Practically identical results could be obtained by replacing tungsten with molybdenum, titanium and zirconium, and by combining these refractory metals with each other and using tungsten as an intermediate layer. Similarly, high degrees of adhesion have been obtained with alloys of nickel, gold, silver and each other and with copper.

第12図は第10図の装置の変形であり、この
場合ポンプ1111により減圧される室1110
は、複数の金属によりコーテイングされるべきセ
ラミツク基体1112を収容している。この場
合、通常の電極1116およびパルサ/タイマー
1119により駆動される、そのアクチユエータ
1118の他に、夫々銅と金から成る一対の対抗
電極1115および1115aが夫々各アクチユ
エータ1117および1117aを備えている。
対向電極アツセンブリは駆動機構を有するトラツ
ク1124上に設けられており、この駆動機構は
一点鎖線によるその移動位置における電極111
5の図示により例示されるように2本の電極を左
方へ移動させることができるものである。勿論、
その移動位置において、電極1115aは通常の
電極1116と整列する。第10図に関連して説
明したように、転極器1122がここでもまた、
設けられており、また装置は整流器1121を経
由する交流線路1120から付勢される。
FIG. 12 is a modification of the device of FIG. 10, in which a chamber 1110 is evacuated by a pump 1111.
contains a ceramic substrate 1112 to be coated with a plurality of metals. In this case, in addition to its actuator 1118 driven by a conventional electrode 1116 and a pulser/timer 1119, each actuator 1117 and 1117a is provided with a pair of counter electrodes 1115 and 1115a, each made of copper and gold, respectively.
The counter electrode assembly is mounted on a track 1124 having a drive mechanism which moves the electrode 111 in its displacement position according to the dash-dotted line.
5, the two electrodes can be moved to the left. Of course,
In its moved position, electrode 1115a is aligned with regular electrode 1116. As discussed in connection with FIG. 10, polarity reversal 1122 is again
The device is powered from an AC line 1120 via a rectifier 1121.

この操作の態様において、いつたん室が減圧さ
れると、アクチユエータ1117および1118
は作動されて電極1115および1116を共に
移動させ、そしてそれらを離してアークを点弧さ
せるが、タングステンの電極1116は正の極性
とされ、一方銅の電極は負の極性とされる。
In this mode of operation, when the stagnation chamber is depressurized, actuators 1117 and 1118
is actuated to move electrodes 1115 and 1116 together and separate them to ignite the arc, with the tungsten electrode 1116 being of positive polarity while the copper electrode is being of negative polarity.

この方法を、タングステンの最初のコーテイン
グが所望の厚さとなるまで、説明した方法により
継続する。
This process is continued in the manner described until the initial coating of tungsten has the desired thickness.

第13図から理解できるように、この方法はタ
ングステン電極1016の浸蝕をもたらすだけで
はなく、それらはまた銅電極1015上に少量の
析出物1125をもたらす。
As can be seen from FIG. 13, this method not only results in erosion of the tungsten electrode 1016, but they also result in a small amount of precipitate 1125 on the copper electrode 1015.

極性を逆転して、すなわち銅電極1015を正
の極性とし、一方タングステン電極を負の極性と
して、アークを点弧し、そして蒸発を銅電極から
行わせれば、第13図に厚みを拡大してあるタン
グステン析出物1125が銅と共に蒸発し、その
結果混合タングステン/銅析出物が接合面として
生成される。
If the polarities are reversed, i.e., the copper electrode 1015 is of positive polarity while the tungsten electrode is of negative polarity, the arc is ignited and the evaporation occurs from the copper electrode, the thickness is enlarged as shown in FIG. Some tungsten precipitate 1125 evaporates with the copper, resulting in a mixed tungsten/copper precipitate as a joint surface.

第14図には、たとえば1131で示されるタ
ングステン層によりコーテイングされている基体
1112が示されている。次に、電極1115と
1116との間へのアーク点弧による蒸気の生成
を継続することにより銅コーテイング1132を
適用する前に混合され、またはタングステン層1
126が前記基体に施される。
FIG. 14 shows a substrate 1112 coated with a tungsten layer, eg 1131. The copper coating 1132 is then mixed or mixed before applying the tungsten coating 1132 by continuing to generate vapor by arc ignition between the electrodes 1115 and 1116.
126 is applied to the substrate.

銅コーテイングが所望の厚さに達したとき、電
極アツセンブリ1115,1117を左方へ移行
させてアツセンブリ1115a,1117aと置
換し、アークを電極1115a,1116間に飛
ばして銅コーテイング上に金の層1133を析出
させる。
When the copper coating reaches the desired thickness, electrode assemblies 1115, 1117 are moved to the left to replace assemblies 1115a, 1117a and an arc is struck between electrodes 1115a, 1116 to deposit a layer of gold 1133 on the copper coating. is precipitated.

制御器1127を電極移動装置1124、パル
サ/タイマー1119および転極器1122のた
めに設けてもよく、プログラムしたマイクロプロ
セツサにより制御して、所望の層厚さが達成され
たとき極性の逆転および電極の切換えを行うよう
にしてもよい。
A controller 1127 may be provided for the electrode movement device 1124, pulser/timer 1119 and polarity reversal device 1122 and is controlled by a programmed microprocessor to reverse polarity and reverse polarity when the desired layer thickness is achieved. The electrodes may also be switched.

実施例 5 銅電極を全電極で置換えた他は実施例4の方法
を実施する。同一の真空および類似のアーク点弧
を用いたとき、銅蒸着で列挙した条件下で金の5
ミクロンのオーダーの範囲におけるフラツシコー
テイングが銅コーテイング上に析出した。
Example 5 The method of Example 4 is carried out except that all copper electrodes are replaced. 5 of gold under the conditions listed for copper deposition when using the same vacuum and similar arc ignition.
A flat coating in the micron order range was deposited on the copper coating.

密着性は減少せず、かつ得られた金層はマクロ
電子目的にとつて理想的な接触となることが判明
した。銅およびタングステン間の界面についての
研究は、銅電極からのタングステン微量析出物の
蒸発が確認される混合転移部1126を示した。
It was found that the adhesion was not reduced and the gold layer obtained was an ideal contact for macroelectronic purposes. A study of the interface between copper and tungsten showed a mixed transition 1126 where evaporation of tungsten trace precipitates from the copper electrode was confirmed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施態様により蒸着を行う
ための装置を示す立面における線図、第2図は他
の装置を示す類似の図であるが、この場合真空蒸
着した物質が垂直方向往復電極上に集められる線
図、第3図は金属のプールの下方に配置された基
体上に物質を蒸着させる装置を線図状に示す垂直
断面図、第4図は本発明の他の実施態様を示す第
3図に類似の断面図、第5図は本発明による基体
上に物質を蒸着させる他の装置を示す軸方向横断
面図、第6図は本発明の方法を実施するための非
常にコンパクトな小型装置を示す軸方向横断面
図、第7図は本発明を実施するための他の装置を
示す線図的横断面図、第8図は本発明の、半導体
ウエーハ製造に用いる石英るつぼコーテイングへ
の適用を示す線図的断面図、第9図は本発明によ
るセラミツク支持体に対する大面積コーテイング
の適用を示す更に他の装置に関する線図、第10
図は本発明によるセラミツクコーテイング法を実
施するための装置を示す線図、第11図は本発明
の生成物をより大きな比率で描いた横断面図、第
12図は第10図に類似するが、本発明を実施す
るための他の装置を示す線図、第13図は第2層
着手前の第1層に関する金属の蒸着の間に得られ
る効果を示す概略側面図、そして第14図は第2
層の場合の生成物による横断面図である。 1……金属電極、2,102……電極本体、
3,103プール、4,104,304,40
4,504……アーク、6,106,406,6
06……温度調節器、7,107,207,40
7……電極供給装置、10,210,310,4
10,510,602a,1030……基体、1
01,201……上部電極、109,209,3
09,409……直流電源、112……垂直往復
装置、217,317……るつぼ、301,40
2,501,801,1015,1016,11
15,1115a,1116……電極、710…
…石英るつぼ、810,1012,1112……
セラミツク基体、1010……室。
FIG. 1 is an elevational diagram showing an apparatus for performing vapor deposition according to one embodiment of the invention, and FIG. 2 is a similar view showing another apparatus, in which the vacuum-deposited material is oriented vertically. FIG. 3 is a diagrammatic vertical cross-sectional view of an apparatus for depositing a substance onto a substrate positioned below a pool of metal; FIG. 4 is another embodiment of the invention; FIG. FIG. 5 is an axial cross-sectional view similar to FIG. 3 showing an embodiment, FIG. 5 is an axial cross-sectional view of another apparatus for depositing substances on a substrate according to the invention, and FIG. FIG. 7 is a diagrammatic cross-sectional view of another apparatus for carrying out the invention; FIG. 8 is an axial cross-sectional view of a very compact compact apparatus; FIG. FIG. 9 is a diagrammatic cross-sectional view showing the application of a quartz crucible coating; FIG.
11 is a cross-sectional view of the product of the invention on a larger scale; FIG. 12 is similar to FIG. 10, but , a diagram showing another apparatus for carrying out the invention; FIG. 13 is a schematic side view showing the effect obtained during the deposition of metal on the first layer before applying the second layer; and FIG. Second
FIG. 3 is a cross-section through the product in layers; 1... Metal electrode, 2,102... Electrode body,
3,103 pool, 4,104,304,40
4,504...Arc, 6,106,406,6
06...Temperature regulator, 7,107,207,40
7... Electrode supply device, 10,210,310,4
10,510,602a,1030...substrate, 1
01,201...Top electrode, 109,209,3
09,409... DC power supply, 112... Vertical reciprocating device, 217,317... Crucible, 301,40
2,501,801,1015,1016,11
15, 1115a, 1116... Electrode, 710...
...Quartz crucible, 810, 1012, 1112...
Ceramic base, 1010...chamber.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 基体にコーテイングされる物質の少なくとも
一成分から成る一対の電極を前記基体の表面に近
接させる工程と、 前記電極が前記表面に近接されている空間を多
くても10-6トールの圧力に減圧し、かつ蒸着の間
前記空間内の圧力が実質的に10-5トールよりも高
くならないように維持する工程と、 間欠的に前記電極を相互に接触かつ分離させる
ことにより前記電極の各々の一端において30乃至
60ボルトの電圧で、かつ50乃至90アンペアの電流
をもつて前記電極間に電気的アークを飛ばし、そ
れにより前記電極から蒸発した物質を前記基体の
前記表面上に略均一に蒸着させる工程と、を含ん
で成ることを特徴とする基体をコーテイングする
方法。 2 前記電極の少なくとも一方がケイ素から構成
され、また電極の前記一方の温度を制御してその
温度を800〓乃至1000〓(約427℃〜約538℃)の
範囲内に維持する工程を含んで成る特許請求の範
囲第1項記載の方法。 3 前記表面に対するブラスト用粒子により前記
表面を粗くする工程を更に含んで成る特許請求の
範囲第1項記載の方法。 4 前記アークを点弧する前に前記基体を予熱す
る工程を更に含んで成る特許請求の範囲第3項記
載の方法。 5 セラミツク基体の表面に粒状体を用いたブラ
ストを受けさせる工程と、 前記基体を、少なくとも200℃で、かつ前記基
体にコーテイングされる金属の融点未満の温度で
予熱する工程と、 前記基体の表面を前記金属から構成される電極
と近接させる工程と、 前記電極が前記基体に近接されている空間を多
くても10-6トールの圧力に減圧し、かつ蒸着の間
前記空間の圧力が実質的に10-5トールよりも高く
ならないように維持する工程と、 間欠的に前記電極を相互に接触かつ分離させる
ことにより前記電極の各々の一端において30乃至
60ボルトの電圧で、かつ50乃至90アンペアの電流
をもつて前記電極間に電気的アークを飛ばし、そ
れにより前記電極から蒸発した物質を前記基体の
前記表面上に略均一に蒸着させる工程と、を含ん
で成ることを特徴とする金属でセラミツク基体を
コーテイングする方法。 6 前記金属がニツケル、銅、タングステン、チ
タンまたはタンタルから成る特許請求の範囲第5
項記載の方法。 7 前記セラミツクがアルミナからなつている特
許請求の範囲第5項記載の方法。
[Claims] 1. Bringing a pair of electrodes made of at least one component of a substance to be coated on a substrate close to the surface of the substrate ; by reducing the pressure to a pressure of 6 Torr and maintaining the pressure in said space substantially no higher than 10 -5 Torr during the deposition, and intermittently bringing said electrodes into contact with and apart from each other. 30 to 30 at one end of each of the electrodes.
striking an electric arc between the electrodes at a voltage of 60 volts and a current of 50 to 90 amperes, thereby depositing material evaporated from the electrodes substantially uniformly onto the surface of the substrate; A method of coating a substrate, the method comprising: 2. At least one of the electrodes is made of silicon, and the method further includes the step of controlling the temperature of the one of the electrodes to maintain the temperature within a range of 800° to 1000° (about 427°C to about 538°C). A method according to claim 1, comprising: 3. The method of claim 1, further comprising the step of roughening the surface with blasting particles. 4. The method of claim 3 further comprising the step of preheating the substrate before igniting the arc. 5. Blasting the surface of the ceramic substrate with granules; preheating the substrate at a temperature of at least 200° C. and below the melting point of the metal coated on the substrate; evacuating a space in which the electrode is in close proximity to the substrate to a pressure of at most 10 -6 Torr, and during deposition the pressure in the space is substantially 30-5 Torr at one end of each of said electrodes by intermittently bringing said electrodes into contact with and separating them from each other;
striking an electric arc between the electrodes at a voltage of 60 volts and a current of 50 to 90 amperes, thereby depositing material evaporated from the electrodes substantially uniformly onto the surface of the substrate; A method of coating a ceramic substrate with a metal comprising: 6. Claim 5, wherein the metal is nickel, copper, tungsten, titanium or tantalum.
The method described in section. 7. The method of claim 5, wherein said ceramic comprises alumina.
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