JPH0372067A - 複数の蒸発ルツボを備えたアーク放電型蒸発器 - 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〕 本発明は、プラズマ補助されて凝結（分離）された混合
層または多重層を製作するための、複数の蒸発ルツボを
備えたアーク放電型蒸発器に関する。この蒸発器は、二
つ以上の蒸発可能な物質が平行して同時にまたは順々に
蒸発する場合に、有利に使用可能である。基板への凝結
は一つまたはすべての蒸発物質のために反応的に行うこ
とができる。

〔従来の技術〕

アーク放電型蒸発器はプラズマ補助される層形成の場合
に特に重要であった。その際、熱カソードまたは中空カ
ソードが使用されるかどうかは重要ではない。アーク放
電型蒸発器により、蒸発物質の効率的な蒸発と同時にプ
ラズマ発生が非常に有利に行われる。それによって、高
価な付加的なプラズマ発生装置が不要である。代表的な
方法では、底層すべき基板がアノードの蒸発ルツボに対
して負の電位にあり、プラズマ内で部分的にイオン化さ
れた蒸発物質およびまたは反応ガスおよびキャリアガス
は、高いエネルギーで基板表面に抽出される。この機構
は分離された層の付着性を高め、密度を高め、そして反
応ガスがあるところでは関与する物質の反応を高める。

この技術によって広い分野で、ＴｉＮ、ＴｉＣや他の硬
質物質による工具または構造部品の摩耗面の硬質物質被
膜が実際に行われた。更に、この技術は硬質の装飾的な
被膜にも有利に使用される。その場合、特に金色のチタ
ン窒化物が、腕時計ケース、眼鏡、筆記具および装身具
の場合に広い用途があった。

このすべての場合、一つの金属（Ｔｉ、Ｔａ。

Ｈｆ、ｖａ、Ｃｒ等）だけが蒸発され、第２の反応媒体
はガスとして供給される。

最近、少なくとも二つの物質を蒸発させることがしばし
ば要求される。これは例えば、純金色のためにＴｉＮ層
に薄い金層を蒸着させるかまたは固体物質からなる純混
合層、例えばＴｉ、　Ａｌｙを作るときに必要である。

そのために、先行技術では一般的に、それぞれ第２の蒸
発器が使用される。

米国特許第４，４１５，４２１号明細書は、ＴｉＮ−Ａ
ｕ−層を作るための装置を提供する。この場合、チタン
はアーク放電によって蒸発する。この装置は必要なプラ
ズマも発生する。金はスパッター源によって噴霧される
。必要であれば、ＣｕまたはＰｄのような他の物質のた
めの他のスパッター源が使用される。この解決策は蒸気
源の簡単な付加によって非常にコストがかかり、広い作
業スペースを必要とする。

混合層の場合には、いろいろな蒸気流がいろいろな方向
から基板に達することは、層の均質化にとって不利であ
る。東独国専用特許第２３２５１３号明細書には、アー
ク放電型蒸発器が記載されている。この蒸発器の場合に
は、カソードとアノードのルツボの間の初期の放電の後
で、極性を交替する電極として作られた二つの蒸発ルツ
ボの間で他の放電が行われる。その際、可変の衝撃係数
およびまたはエネルギー量に依存して、異なる材料の異
なる量を両ルツボから蒸発させることができる。

この装置の場合には、比較的に複雑な制御が必要である
という欠点がある。更に、瞬間的にカソードとして作動
するルツボ材料から蒸発するかまたはスパッターする。

これにより、アノードの電位にある物質の純粋な層を作
ることができなくなる。

両蒸発ルツボの一方だけがアノードとして物質を蒸発さ
せるので、純粋な混合層は両物質の同時蒸発によって作
ることができない。

東独国専用特許第２６３４２３号明細書では、アーク放
電型蒸発器の外側のプラズマ内に付加的なアノードルツ
ボを配置し、そこにある蒸発物質が蒸発するようなエネ
ルギーおよび電流密度で電子をプラズマから前記ルツボ
に抽出することが提案されている。この解決策は、Ｔｉ
Ｎ層に凝結するために少量の金をフラッシュ状に蒸発さ
せるには、比較的に良好であった。しかし、この解決策
は低い蒸発温度を有する蒸発物質の少量の蒸発に制限さ
れる。それによって、混合層や多重層を作るためには使
用できない。

公知の高エネルギーの電子ビーム型蒸発器の場合には、
複数のルツボとスプリングビームを有する蒸発器のため
のいろいろな解決策が知られている。しかし、この解決
策をアーク放電の技術に応用することは不可能である。

なぜなら、高電流アーク放電を充分に束ねたり、案内す
ることができないからである。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、高価値の混合層および多重層をプラズマ補助
しておよび最小の技術的コストで作ることを目的とする
。

本発明の根底をなす課題は、使用される蒸発物質を個々
にあるいは一緒に、可変の混合比で蒸発させることがで
きる、複数の蒸発ルツボを備えたアーク放電型蒸発器を
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕 この課題は本発明に従って、アーク放電型蒸発器が１個
のカソードと、複数個のアノードの蒸発ルツボを備え、
蒸発ルツボが互いに絶縁され、それぞれ別個の電流供給
部を有し、そしてアークを偏向させるために共通の磁石
系の作用範囲内に一緒に配置されていることによって解
決される。電流供給部はそれぞれ制御可能な電流源に接
続されている。異なる蒸発ルツボがアーク放電の電子流
の中心の周りに互いに狭い間隔で配置されていると有利
である。

〔発明の作用および効果〕

蒸発器の運転時に、すべての蒸発ルツボが同じアノード
電位にあり、そしてアーク電流はすべてのルツボに比較
的に均一に分配され、蒸発物質がその蒸発特性に応じて
蒸発する。一方のルツボだけがアノード電位にあり、他
方のルツボが変動する電位にある。そして、アーク放電
はアノード電位のルツボに対してのみ発光し、この蒸発
物質だけが蒸発する。個々の蒸発ルツボの電位が異なる
場合には、電子流が対応して分裂する。個々の蒸発ルツ
ボがアークを偏向させるために共通の磁石系の作用範囲
にあることだけが重要である。アーク流はルツボを介し
て直接的に電位の影響を受ける。それによって、複数の
ルツボを備えたコンパクトな蒸発器は、一つまたは複数
の物質を順々にそして複数の物質を任意の混合比で同時
に蒸発させることができる。蒸発器に使用されるカソー
ドの種類は、重要ではない。熱カソードと中空カソード
の両方共具合良く使用することができる。

個々の蒸発ルツボの間に簡単な蒸気遮蔽板を取りつける
と有利であることが判った。それによって、個々の蒸発
物質はルツボ内で影響を受けず、個々の物質が汚れない
、このような蒸気遮蔽板は、カソードからアノードのル
ツボへの電子流を妨害しない、蒸発器の使用分野に応じ
て、蒸発ルツボを一様に形成してもよいし、物質のため
に特別に形成してもよい。例えば、一方の蒸発ルツボを
普通のルツボとして形成し、他方のルツボを、補給装置
を備えた小船状に形成することができる。その際、補給
装置は完全に絶縁しなければならない。

それによって、アークがこの補給装置に起こらない。

蒸発器の使用は公知のごとく行われる。必要な場合には
、個々の蒸気成分のための測定手段を備えた現場制御装
置を使用することができる。更に、必要な場合には、Ｎ
！　、Ｃ−または０２を有する反応性雰囲気を使用する
ことができる。

〔実施例〕

以下、二つの例に基づいて本発明の詳細な説明する。

実施例Ｉ： 実施例■では、二つのルツボを備えた蒸発器を説明する
。第１図には、ルツボの内張りを備えていない蒸発ルツ
ボ１と、グラファイトのルツボインサート３を備えた蒸
発ルツボ２のコンパクトな配置構造が示しである。再蒸
発ルツボｌ、２はセラミック絶縁体４によって互いに絶
縁され、全体がブロックとして組み立てられている。こ
のアノードユニットには、共通の磁石系が所属している
。

この磁石系は電磁石コイル５と側方の２個の磁石薄板６
からなっている。この磁石薄板は再蒸発ルツボ１．２の
上方に縦方向の磁場を発生する。アノードユニットと構
造的に分離してその側方に、中空カソード７が設けられ
ている。公知のごとくアーク放電が起こると、電子流は
磁場の作用範囲内に達し、この磁場によってアノードル
ツボｌおよびまたは２へ偏向される。電子流を案内およ
び偏向するための他の手段として、共通の遮蔽板８が蒸
発ルツボ１，２の上方に絶縁されて設けられている。こ
の遮蔽板は変動する電位（ポテンシャル）によって、開
口を通って電子流を蒸発ルツボ１または２内にある蒸発
物質に直接集束させる。

それによって特に、電子ビームがルツボとしてのアノー
ド部分に抗して発光することがない。遮蔽板８には、垂
直方向の蒸気遮蔽板９が所属している。それによって、
個々の蒸気流がそれぞれ他のルツボに達することができ
ず、そこに不所望な堆積を生じることがない。

アノードの蒸発ルツボ１，２への電位供給は、供給部１
１．１２を介して別々に行われる。冷却水供給部の図示
は、見易くするために省略されている。次に、耐摩耗性
の電気的接触面のために使用されるような、５：１の比
のＴｉ−Ｃｕ−混合層を作るための上記蒸発器の使用に
ついて説明する。

公知のごとく、排気鐘内でｌＸｌ０−”Ｐａ以下のアル
ゴン圧力が調節される。それによって、中空カソード７
内でアーク放電が起こる。この場合、蒸発物質チタンを
有する蒸発ルツボ１がアノードとしての働きをする。放
電を短時間安定化した後で、蒸発ルツボ２のアノード電
流は５０Ａに調節される。それによって、Ｔｉの蒸発率
として０．５ｇ／ｗｉｎが得られ、Ｃｕの蒸発率として
０．１ｇ／ｆｆ１ｉｎが得られる。凝結（析出）された
Ｔｉ−Ｃｕ−層（膜）はプラズマ補助された分離に対応
して密着性があって密であり、良好な導電性を有し、非
常に均質である。本発明の複数ルツボ型蒸発器による製
作は非常に低コストであり、良好に制御可能である。

蒸発ルツボのアノード電流の変更により、層の混合比は
実際に１００：０からｏ：ｔｏｏまで変えることができ
る。反応性ガスを全体的にまたは一次的に関与させるこ
とにより、製作可能な種類の層の可変性を大幅に高める
ことができる。

実施例■： 次に、蒸発物質が常に補給される本発明による蒸発器に
ついて説明する。この蒸発器は特にアルミニウム混合層
（膜）のために適している。なぜなら、アルミニウムは
公知にアーク放電では比較的に蒸発しにくいからである
。

この蒸発器の場合には、カソードとして熱カソード（白
熱カソード、熱電子カソード）１３が使用される。共通
の磁石系は電磁石コイル１４，１５からなり、両蒸発源
は第１図のようにルツボからチタンを蒸発させるための
蒸発ルツボ１と、このルツボにユニットして組み合わせ
られた、アルミニウムを蒸発するためのチタンホウ化物
からなる蒸発小船１６である。アルミニウムは補給装置
１７を介して蒸発器に供給される。この蒸発器によって
例えばＴｉ、　ＡＩ、　Ｎヨー層が切削工具用摩耗保護
層として製作される。この方法は実施例■と同様に開始
される。その後、蒸発ルツボ１で３５ＯＡのアノード電
流が調節され、蒸発小船１６でアノード電流４０Ａが調
節される。その際、蒸発率はチタンの場合約０．５ｇ／
ｍｉｎであり、アルミニウムの場合０．２ｇ／ｗｉｎで
ある。この場合、両蒸発率相互の比はそれぞれのアノー
ド電流を介して調節可能であり、しかもアルミニウム線
の線送り速度を介して所定の範囲内に調節可能である。

窒素分圧は１×ｌＯ引Ｐａに調節される。

技術的に有利であれば、混合比を可変にすることができ
る。例えば、最初に基板上で直接純チタン層が凝結し、
その後勾配を持ってＴｉＮ層が、その後再び勾配をもっ
てＴｉ、　ＡＩ、　Ｎ、層が凝結する。

再実施例において、蒸発器の可能な用途の多様性が明ら
かであり、技術的コストやスペース的コストが比較的に
低いという利点がある。

二つの実施例では、それぞれ２個の蒸発ルツボまたは蒸
発小船を使用した。しかし、３個または４個のルツボも
可能であることが理解できる。しかしこの場合、一つの
方法サイクルでこのような多数の物質を蒸発させなけれ
ばならないという実際の必要性があるかどうかという問
題がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例Ｉによる二つのルツボを備えた蒸発器を
示す図、第２図は実施例■による、一つの材料用の補給
装置を備えた蒸発器を示す図である。 ・磁石系、　７，１３・・・カソード、・蒸気遮蔽板、
　１７・・・補給装置 ９　・　・

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．特に混合層およびまたは多重層を製作するための、
   複数の蒸発ルツボとカソードを備えたアーク放電型蒸発
   器において、蒸発ルツボ（１，２，１６）が互いに絶縁
   され、それぞれ別々の電流供給部を有し、そしてアーク
   を偏向するために共通の磁石系の作用範囲内に一緒に配
   置されていることを特徴とするアーク放電型蒸発器。
2. ２．１個または複数個の蒸発ルツボ（１，２，１６）に
   、絶縁された補給装置（１７）が付設されていることを
   特徴とする、請求項１記載のアーク放電型蒸発器。
3. ３．蒸発ルツボ（１，２，１６）の間に蒸気遮蔽板（９
   ）が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の
   アーク放電型蒸発器。