JPH05239626A - ボルタイック アーク ベーパライザー - Google Patents
ボルタイック アーク ベーパライザーInfo
- Publication number
- JPH05239626A JPH05239626A JP4333037A JP33303792A JPH05239626A JP H05239626 A JPH05239626 A JP H05239626A JP 4333037 A JP4333037 A JP 4333037A JP 33303792 A JP33303792 A JP 33303792A JP H05239626 A JPH05239626 A JP H05239626A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- cathodes
- anode
- screen
- vaporizer
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Classifications
-
- 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
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32055—Arc discharge
-
- 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
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
- C23C14/325—Electric arc evaporation
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、電気アークベーパライザーに
おいて、ドロップ相を生じさせることなく、蒸発収量を
増加させることである。 【構成】本発明は、アノード３、支持台、複数の蒸発用
カソード１を有するカソードシステム、導体４及びカソ
ードシステムの側面を取り囲むスクリーン５を含むボル
タイックアークベーパライザーであって、該カソードシ
ステムは通常のスクリーンの開口部にチェス盤形態に置
かれた多数のカソードを有し、各カソードが自律的な給
電源に結合される導体及び磁気スクリーンを有するもの
であることを特徴とするボルタイックアークベーパライ
ザーを提供するものである。
おいて、ドロップ相を生じさせることなく、蒸発収量を
増加させることである。 【構成】本発明は、アノード３、支持台、複数の蒸発用
カソード１を有するカソードシステム、導体４及びカソ
ードシステムの側面を取り囲むスクリーン５を含むボル
タイックアークベーパライザーであって、該カソードシ
ステムは通常のスクリーンの開口部にチェス盤形態に置
かれた多数のカソードを有し、各カソードが自律的な給
電源に結合される導体及び磁気スクリーンを有するもの
であることを特徴とするボルタイックアークベーパライ
ザーを提供するものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ボルタイック アーク
(voltaic arc) の存在下に、電極表面から生じる金属プ
ラズマ(metallic plasma) の凝縮によって起きる、絶対
真空（absolute vacuum)において得られる被覆の形成に
関する。
(voltaic arc) の存在下に、電極表面から生じる金属プ
ラズマ(metallic plasma) の凝縮によって起きる、絶対
真空（absolute vacuum)において得られる被覆の形成に
関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】絶対真空における金属被覆
状態の形成のための幾つかの方法とは一定の相違を有す
るボルタイックアーク条件における金属蒸発は、同様の
硬度を有する材料（炭化物、酸化物、窒化物等の高溶融
点の合金）を用いて、基材に対する強い付着力（基材自
体の破壊に対する耐久性と比較できるものである）を有
する被覆を得ることができる。
状態の形成のための幾つかの方法とは一定の相違を有す
るボルタイックアーク条件における金属蒸発は、同様の
硬度を有する材料（炭化物、酸化物、窒化物等の高溶融
点の合金）を用いて、基材に対する強い付着力（基材自
体の破壊に対する耐久性と比較できるものである）を有
する被覆を得ることができる。
【０００３】この方法により、被覆すべき試片に向けら
れた金属プラズマは、カソード表面の、電気アークがあ
る陰極スポット(cathodal spot) のみから生じ、この陰
極スポットは、蒸発するカソード表面を不規則に移動す
る。陰極スポットは、カソードの作動表面において、安
定でなければならず、このようにしてエバポレーター(e
vaporator)は、正確に作動する。
れた金属プラズマは、カソード表面の、電気アークがあ
る陰極スポット(cathodal spot) のみから生じ、この陰
極スポットは、蒸発するカソード表面を不規則に移動す
る。陰極スポットは、カソードの作動表面において、安
定でなければならず、このようにしてエバポレーター(e
vaporator)は、正確に作動する。
【０００４】陰極スポットの安定を得るために、幾つか
の方法を用いた電気アークベーパライザー(electric ar
c vaporizer)がある。
の方法を用いた電気アークベーパライザー(electric ar
c vaporizer)がある。
【０００５】最も最近のベーパライザーは、米国特許４
５１２８６７号に記載されている。このベーパライザー
では、カソード（蒸発材料）は、ディスク状である。本
体は、絶対真空チェンバー（absolute vacuum chamber)
であり、これはアノードとして使用される。被覆すべき
試片は、アノードから絶縁された特定の支持台上でカソ
ードの前部に置かれる。カソードは、非磁性材料である
ガラス中に置かれ、その周りは電磁コイルが巻かれる。
この様な方法でおかれたコイルでは、磁場の力線はカソ
ード作動表面に関して傾斜する。外面に沿って、電磁コ
イルは磁気回路で取り囲まれ、磁場の影響は、カソード
ヘッドに沿って、陰極スポットの変位に関して増強され
る。
５１２８６７号に記載されている。このベーパライザー
では、カソード（蒸発材料）は、ディスク状である。本
体は、絶対真空チェンバー（absolute vacuum chamber)
であり、これはアノードとして使用される。被覆すべき
試片は、アノードから絶縁された特定の支持台上でカソ
ードの前部に置かれる。カソードは、非磁性材料である
ガラス中に置かれ、その周りは電磁コイルが巻かれる。
この様な方法でおかれたコイルでは、磁場の力線はカソ
ード作動表面に関して傾斜する。外面に沿って、電磁コ
イルは磁気回路で取り囲まれ、磁場の影響は、カソード
ヘッドに沿って、陰極スポットの変位に関して増強され
る。
【０００６】既知の装置では、最小の放電電流で、それ
ゆえもちろん低蒸発収量である場合にのみ高品質の被覆
を与える。蒸発収量の増加、即ちアーク電流の増加は、
不可能である。
ゆえもちろん低蒸発収量である場合にのみ高品質の被覆
を与える。蒸発収量の増加、即ちアーク電流の増加は、
不可能である。
【０００７】電流の増加は、金属プラズマフラックス(m
etallic plasma flux)において、非常に多量の微小粒子
（ドロップ相(drops phase) と称される）の存在を伴
う。これは、本質的な許容されない被覆の品質の低下を
導く。
etallic plasma flux)において、非常に多量の微小粒子
（ドロップ相(drops phase) と称される）の存在を伴
う。これは、本質的な許容されない被覆の品質の低下を
導く。
【０００８】同様に、数個のベーパライザーを近付ける
と、一列に置かれたベーパライザーの磁場が負の影響を
受け、カソードの均一性や放電の安定性が阻害されるの
で、プラズマ電流の増加のために数個のベーパライザー
を近付けることは出来ない。更に、カソードの大きさを
増加させることによって、ベーパライザー収量を増加す
ることはできない。蒸発強度(evaporation intensity)
は、アーク条件における放電の電流量にのみ依存する。
たった一つの装置において、数個のベーパライザーを存
在させることができる。ベーパライザーの間隔は、カソ
ードと処理すべき試料との間隔よりも近くてはならな
い。多数のベーパライザーを有するシステムにおいて
も、ベーパラリゼーター(vaporizator) が互いに近いの
で、被覆すべき表面上の材料の析出強度を増加出来な
い。
と、一列に置かれたベーパライザーの磁場が負の影響を
受け、カソードの均一性や放電の安定性が阻害されるの
で、プラズマ電流の増加のために数個のベーパライザー
を近付けることは出来ない。更に、カソードの大きさを
増加させることによって、ベーパライザー収量を増加す
ることはできない。蒸発強度(evaporation intensity)
は、アーク条件における放電の電流量にのみ依存する。
たった一つの装置において、数個のベーパライザーを存
在させることができる。ベーパライザーの間隔は、カソ
ードと処理すべき試料との間隔よりも近くてはならな
い。多数のベーパライザーを有するシステムにおいて
も、ベーパラリゼーター(vaporizator) が互いに近いの
で、被覆すべき表面上の材料の析出強度を増加出来な
い。
【０００９】ＵＳＳＲ−３６８８０７号は、陰極スポッ
トが磁気的に安定化された数個のカソードを有する電気
アークベーパライザーを記載している。このベーパリゼ
ーターは、数個のカソードから構成され、このカソード
は一般的なソレノイドの内部であって、カソードのいく
らかの側面を取り囲んでソレノイド側にある一般的な磁
気スクリーンの内部に設置されており、円錐台の形態を
有し、全体として給電されるものである。
トが磁気的に安定化された数個のカソードを有する電気
アークベーパライザーを記載している。このベーパリゼ
ーターは、数個のカソードから構成され、このカソード
は一般的なソレノイドの内部であって、カソードのいく
らかの側面を取り囲んでソレノイド側にある一般的な磁
気スクリーンの内部に設置されており、円錐台の形態を
有し、全体として給電されるものである。
【００１０】一般的なソレノイドの存在、及び磁気スク
リーンの存在は、カソードの周囲に規則的な焦点の場を
創造するものではなく、よって、３又は４以下のカソー
ドを同時に互いに結合できるだけであり、更に、規則的
な蒸発のためには、カソードは作動段階で軸の周りを動
くことが必要であり、電流は、アークを安定に維持する
ために、ある程度高いこと（チタニウムについては１２
０Ａ）が必要である。
リーンの存在は、カソードの周囲に規則的な焦点の場を
創造するものではなく、よって、３又は４以下のカソー
ドを同時に互いに結合できるだけであり、更に、規則的
な蒸発のためには、カソードは作動段階で軸の周りを動
くことが必要であり、電流は、アークを安定に維持する
ために、ある程度高いこと（チタニウムについては１２
０Ａ）が必要である。
【００１１】そのままの構造で、収量を増加できるが、
ドロップ相の形成の問題は依然解決されない。
ドロップ相の形成の問題は依然解決されない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、電気ア
ーク ベーパライザー（electric arc vaporizer ）に
おいて、ドロップ相（drop phase）の発生を伴うことな
く、蒸発収量（vaporization yield）を向上させること
にある。
ーク ベーパライザー（electric arc vaporizer ）に
おいて、ドロップ相（drop phase）の発生を伴うことな
く、蒸発収量（vaporization yield）を向上させること
にある。
【００１３】そのため、本発明のベーパライザーは、陰
極スポットが大きく自己安定化された状態において、個
別的に給電される数個のカソードを使用することによっ
て実現される。本発明のベーパライザーは、カソードを
配置する開口を有する一般的なスクリーンもまた有す
る。
極スポットが大きく自己安定化された状態において、個
別的に給電される数個のカソードを使用することによっ
て実現される。本発明のベーパライザーは、カソードを
配置する開口を有する一般的なスクリーンもまた有す
る。
【００１４】（陰極スポットの移動を引起すので、）個
々のカソードの外部磁界が互いに問題を起こさないよう
にする目的で、また、磁界におけるひずみの発生を防止
するために、電流導体及びカソードは、高い透磁率（pe
rmeability）を有する磁性材料（magnetic material ）
によって囲まれる。
々のカソードの外部磁界が互いに問題を起こさないよう
にする目的で、また、磁界におけるひずみの発生を防止
するために、電流導体及びカソードは、高い透磁率（pe
rmeability）を有する磁性材料（magnetic material ）
によって囲まれる。
【００１５】カソードからの蒸発物質（evaporated mat
erial ）が他のカソードへ降下することを防止するため
に、カソード及びサポートの間に付加的なセル状アノー
ド（additional cellular anode ）が配置され、それは
主アノードに電気的に接続される。
erial ）が他のカソードへ降下することを防止するため
に、カソード及びサポートの間に付加的なセル状アノー
ド（additional cellular anode ）が配置され、それは
主アノードに電気的に接続される。
【００１６】セル壁（cell walls）はカソードの間の間
隙に配置される。この様な、エバポリゼーター（evapor
izator）の構造において、特に、まれに蒸発可能な物質
のために、蒸発段階でアークの誤通過（wrong passing
s）を防止する目的で、一般的なスクリーン及び磁気ス
クリーンがコンデンサを通じてアノードにいっしょに接
続される。
隙に配置される。この様な、エバポリゼーター（evapor
izator）の構造において、特に、まれに蒸発可能な物質
のために、蒸発段階でアークの誤通過（wrong passing
s）を防止する目的で、一般的なスクリーン及び磁気ス
クリーンがコンデンサを通じてアノードにいっしょに接
続される。
【００１７】陰極スポットがカソードの側面上又は導体
上へ移動する間、コンデンサは自己充電し、スクリーン
はカソードから電位を有するものとなる。カソードとス
クリーンとの間の電流は断接し、陰極スポットは消滅
し、このようにして自己安定に達する。
上へ移動する間、コンデンサは自己充電し、スクリーン
はカソードから電位を有するものとなる。カソードとス
クリーンとの間の電流は断接し、陰極スポットは消滅
し、このようにして自己安定に達する。
【００１８】本発明の実施態様の一例を以下の図面に示
す。各図面の例は限定的なものではなく、単に本発明を
例示するものである。
す。各図面の例は限定的なものではなく、単に本発明を
例示するものである。
【００１９】図１及び図２は、三個のカソードを有する
電気アークエバポリゼーターの平面図及び断面図であ
る。
電気アークエバポリゼーターの平面図及び断面図であ
る。
【００２０】図１は、スクリーンプレート（screen pla
te）２に含まれ、アノード３によって分割されている三
つのカーソード１を示す。各カソードは、それ自身の磁
気スクリーンプロテクション５を有する。この電気アー
クエバポリゼーターは以下のようにして作動する。
te）２に含まれ、アノード３によって分割されている三
つのカーソード１を示す。各カソードは、それ自身の磁
気スクリーンプロテクション５を有する。この電気アー
クエバポリゼーターは以下のようにして作動する。
【００２１】チヤンバー内の真空度は、例えば１．３３
×１０-1Ｐａから、例えば６．６５×１０-3Ｐａの最終
圧に下がる。アノード３とカソード１の間には、約６０
Ｖの電位差が生じる。平衡抵抗器（equilibrium resist
or）６を通じてアノードにも接続しているプライミング
電極（priming electrode ）４をカーソードに接続し、
アーク条件で放電する。チタニウムの場合、例えば、６
０−７０Ａの電流でボルタイックアークが形成される。
これらの電流値では、蒸発強度は適度であるが、この方
法においては微小粒子〔ドロップ（drops ）〕の射出が
減少するので、得られる被覆の品質は非常に良好にな
る。蒸発物質の生成量を多くするために必要な電流強度
（current intensity ）は、相互に極めて近接しておか
れたカソードの使用によって得られる。あるカソードか
ら他のカソードへの蒸発粒子の降下を防止するために、
上記したセル型のアノード３が二つのカソードの間に配
置される。この複合システム、即ち数個のカソードを使
用するシステムは、被覆の施工速度を変えるために使用
できる。例えば、被覆する試片の異なる側に、異なる厚
さを有する幾つかの被覆を得るために使用できる。
×１０-1Ｐａから、例えば６．６５×１０-3Ｐａの最終
圧に下がる。アノード３とカソード１の間には、約６０
Ｖの電位差が生じる。平衡抵抗器（equilibrium resist
or）６を通じてアノードにも接続しているプライミング
電極（priming electrode ）４をカーソードに接続し、
アーク条件で放電する。チタニウムの場合、例えば、６
０−７０Ａの電流でボルタイックアークが形成される。
これらの電流値では、蒸発強度は適度であるが、この方
法においては微小粒子〔ドロップ（drops ）〕の射出が
減少するので、得られる被覆の品質は非常に良好にな
る。蒸発物質の生成量を多くするために必要な電流強度
（current intensity ）は、相互に極めて近接しておか
れたカソードの使用によって得られる。あるカソードか
ら他のカソードへの蒸発粒子の降下を防止するために、
上記したセル型のアノード３が二つのカソードの間に配
置される。この複合システム、即ち数個のカソードを使
用するシステムは、被覆の施工速度を変えるために使用
できる。例えば、被覆する試片の異なる側に、異なる厚
さを有する幾つかの被覆を得るために使用できる。
【００２２】
【実施例】１４個のカソードを使用して複合システムを
実施した。これらのチタニウムカソードは円形断面を有
し、直径が８０ｍｍ、厚さが１５ｍｍである。
実施した。これらのチタニウムカソードは円形断面を有
し、直径が８０ｍｍ、厚さが１５ｍｍである。
【００２３】抵抗器を介してアノードに接続され、電磁
石で制御される電極からボルタイックアークが発生す
る。スクリーン２は、２０μＦの容量を有するコンデン
サ７を介してアノードに接続される。アノード３で形成
されたセル（cells ）は適度な高さを有する。
石で制御される電極からボルタイックアークが発生す
る。スクリーン２は、２０μＦの容量を有するコンデン
サ７を介してアノードに接続される。アノード３で形成
されたセル（cells ）は適度な高さを有する。
【００２４】磁気回路を有するカソードは、厚さ４ｍｍ
の磁性を有する鋼製スクリーンによって保護されてお
り、これもコンデンサ７を通じてアノードに接続され
る。カソードの電流は６０Ａであった。このシステムを
使用したところ、放電に同一の値を用いる単一のベーパ
リゼーター（single vaporizators ）について、２倍乃
至３倍大きい蒸発速度が達成された。結果として、被覆
の品質も向上していた。使用中、本発明のベーパリゼー
ターは、いかなる調整をも必要としなかった。いくつか
のチタニウムカソードをコロンビウムカソードに代替し
たところ、この方法によって２元素を含む被覆が得られ
た。
の磁性を有する鋼製スクリーンによって保護されてお
り、これもコンデンサ７を通じてアノードに接続され
る。カソードの電流は６０Ａであった。このシステムを
使用したところ、放電に同一の値を用いる単一のベーパ
リゼーター（single vaporizators ）について、２倍乃
至３倍大きい蒸発速度が達成された。結果として、被覆
の品質も向上していた。使用中、本発明のベーパリゼー
ターは、いかなる調整をも必要としなかった。いくつか
のチタニウムカソードをコロンビウムカソードに代替し
たところ、この方法によって２元素を含む被覆が得られ
た。
【図面の簡単な説明】
【図１】三個のカソードを有する電気アークエバポリゼ
ーターの平面図。
ーターの平面図。
【図２】三個のカソードを有する電気アークエバポリゼ
ーターの断面図。
ーターの断面図。
１ カソード ２ スクリーンプレート ３ アノード ４ プライミング電極 ５ 磁気スクリーン ６ 平衡抵抗器 ７ コンデンサ
Claims (4)
- 【請求項１】アノード、数個の蒸発用カソード１を有す
るカソードシステム用支持台、導体、及びカソードシス
テムの側面に関与するスクリーンを含むボルタイックア
ークベーパライザーであって、該カソードシステムが通
常のスクリーン２の開口部に複数のカソード１を含み、
該カソードがチェス盤様式に置かれ、各カソードが自律
的な給電源に結合される導体４を有するものであること
を特徴とするボルタイックアークベーパライザー。 - 【請求項２】アノード、複数の蒸発用カソード１を有す
るカソードシステム用支持台、導体、及びカソードシス
テムの側面に関与するスクリーンを含むボルタイックア
ークベーパライザーであって、該カソードシステムが通
常のスクリーン２の開口部に、チェス盤状に複数のカソ
ード１を有し、各カソードが側面を取り囲む磁気スクリ
ーン５を有するものであることを特徴とするボルタイッ
クアークベーパライザー。 - 【請求項３】主アノード、複数の蒸発用カソード１を有
するカソードシステム用支持台、導体、及びカソードシ
ステムの側面に関与するスクリーンを含むボルタイック
アークベーパライザーであって、該カソードシステム
は、各カソードが側面を磁気スクリーンで個々に取り囲
まれ、各カソードが他のすべてのカソードから独立して
給電されような方法で、通常のスクリーンの開口部に、
チェス盤様式に置かれた複数のカソードを含むことを特
徴とするボルタイックアークベーパライザー。 - 【請求項４】それぞれのカソードを取り囲むセルを形成
する付加的なアノード３が、カソードの間に置かれ、該
付加アノード３は、主アノードに電気的に接続され、該
付加アノードの高さは、カソードの半径以上である請求
項１〜３のいずれか一項に記載のボルタイックアークベ
ーパライザー。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ITBS910135A IT1253063B (it) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | Vaporizzatore ad arco voltaico |
| IT91A000135 | 1991-12-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05239626A true JPH05239626A (ja) | 1993-09-17 |
Family
ID=11344728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4333037A Pending JPH05239626A (ja) | 1991-12-13 | 1992-12-14 | ボルタイック アーク ベーパライザー |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0549545A3 (ja) |
| JP (1) | JPH05239626A (ja) |
| IT (1) | IT1253063B (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4413655A1 (de) * | 1994-04-20 | 1995-10-26 | Leybold Ag | Beschichtungsanlage |
| DE19924094C2 (de) | 1999-05-21 | 2003-04-30 | Fraunhofer Ges Forschung | Vakuumbogenverdampfer und Verfahren zu seinem Betrieb |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU368807A1 (ru) * | 1970-10-19 | 1978-05-29 | Stupak R I | Электродуговой испаритель |
| US5298136A (en) * | 1987-08-18 | 1994-03-29 | Regents Of The University Of Minnesota | Steered arc coating with thick targets |
| DE3829260A1 (de) * | 1988-08-29 | 1990-03-01 | Multi Arc Gmbh | Plasmabeschichtungskammer mit entfernbarem schutzschirm |
-
1991
- 1991-12-13 IT ITBS910135A patent/IT1253063B/it active IP Right Grant
-
1992
- 1992-12-10 EP EP19920830663 patent/EP0549545A3/en not_active Withdrawn
- 1992-12-14 JP JP4333037A patent/JPH05239626A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ITBS910135A1 (it) | 1993-06-13 |
| ITBS910135A0 (it) | 1991-12-13 |
| IT1253063B (it) | 1995-07-10 |
| EP0549545A2 (en) | 1993-06-30 |
| EP0549545A3 (en) | 1993-07-28 |
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