JPH09104970A - 部品を耐摩耗性皮膜でプラズマ促進高真空蒸着する方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品を耐摩耗性皮膜でプラズマを使って高真
空蒸着する。 【解決手段】 加熱とコンディショニングのプロセス工
程を備え、プラズマ工程のうちのコンディショニングで
は加熱を行う。加熱のために保護ガスを使用し、少なく
とも０.０１バールの圧力でこれを循環させる。放射加
熱を使用する現在の技術レベルの方法よりも大きな利点
が得られる。この方法を実施するための装置は、ブロア
（３）と保護シールド（８）とガス流制御シート（９）
とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ促進物理
的蒸着により、高真空下で部品に耐摩耗性皮膜をデポジ
ット（堆積）する方法と装置に関する。この方法を実行
するには、本発明に基づく特定タイプの装置が必要であ
る。

【０００２】

【従来の技術】過去３０年間にわたって、物理的蒸着の
ための多くの方法が提案され、これらの方法のうちの多
くが、広く実施されている（表面コーティングおよびテ
クノロジー、第３７巻（１９８９年）４８３ページで発
表された、イー・ベルクマンおよびイー・モールの「プ
ラズマ促進ＰＶＤコーティング技術」を参照）。

【０００３】これら方法のすべては、３つのプロセス工
程、すなわち、コンディショニング工程とデポジット工
程とデコンディショニング工程の組み合わせからなって
いる。コンディショニングとは、多くの場合、数回のコ
ンディショニング工程、すなわちクリーニング工程と、
高真空にする工程と、加熱工程と、プラズマエッチング
工程とから成っている。

【０００４】デコンディショニング工程は、多くの場
合、冷却工程と、高真空から除く工程と、保存工程から
成っている。この工程シーケンスは、高真空下で、部品
を耐摩耗性皮膜でプラズマ促進物理的蒸着するほとんど
すべての方法で使用されている。例外は、部品が感熱性
である場合であり、この場合、加熱工程はスキップす
る。部品を、６５０°Ｋより高い温度に、損傷を与える
ことなく加熱することができない場合、この部品は、感
熱性部品であると見なされる。

【０００５】部品を、耐摩耗性皮膜でプラズマ促進物理
的蒸着をするための方法のコンディショニングの、現在
の技術レベルについては、ドイツ特許出願第3936550号
および同第104998号明細書に記載されている。これら２
つの特許出願では、高真空とし、放射加熱することが推
奨されている。放射加熱の場合、熱は、加熱器から被加
熱部品に対して、赤外線フォトンのビームとして流れ
る。加熱器は面状であり、その温度は、被加熱部品の温
度よりも高温である。設定温度は、部品がコンディショ
ニング工程中に到達しなければならない温度である。プ
ラズマエッチングの異なる種類は本発明の要旨を構成す
るものでないので、これについては説明しない。

【０００６】現在使用されているすべてのプラズマエッ
チング方法は、高真空下で実行されるが、これらの方法
は、おおまかに言って、真空方法と考えることができ
る。

【０００７】物理的蒸着方法は、時間的に固定された３
つのプロセスのシーケンスと考えることができる。この
３つのプロセスとは、ソースと称される適当な装置内で
皮膜を形成する材料成分を蒸発するプロセスと、皮膜、
適当な場合には、部品に対するガス状成分を形成する成
分を輸送するプロセスと、部品の表面上のこれらの成分
を、必要な性質を備える皮膜に変換するプロセスであ
る。今日では上記ソースの種々の形態が知られており、
実際に使用されている（上記イー・ベルクマンおよびイ
ー・モールの引用論文を参照）。

【０００８】耐摩耗性皮膜の物理的蒸着を行う場合、こ
の方法は、スパッタリングまたはアーク蒸発のいずれか
に基づく。皮膜を形成するための蒸発した成分は、自由
分子流または静電または電磁的に制御された分子流によ
り、部品へ輸送される。これにより、皮膜を形成する材
料の成分の質量流れが形成される。

【０００９】次のような輸送構造が実現されているが、
その構成は、所定の機器および上記ソースの構成に固有
となっている。平らな部品に面する平らなソース。これ
は、ほとんどの部品が複雑な形状となっている場合、摩
耗保護用皮膜には適していない。主として、負荷ロック
システムで使用されている。

【００１０】シリンダ上に設けられた平らなソースと、
シリンダの中心に設けられた部品に対する放射状質量
流。

【００１１】中心に設けられた移動する点状ソースまた
はロッド状ソースと、シリンダ表面上の部品に向かう放
射状質量流。

【００１２】中心または底部に設けられた点状ソース
と、球体のセグメントに取り付けられた基板への放射状
流れ。

【００１３】平らなソースが蒸発設備となっている場
合、皮膜を形成する材料成分は、延長表面から放出さ
れ、この表面は平らとなっている。点状ソースとは、皮
膜を形成する材料成分が、一般に０.００１〜０.００３
ｍの延長部が容器表面と比較して極めて小さくなってい
る表面から放出される場合の蒸発設備のことである。ロ
ッドソースとは、皮膜を形成する材料の成分が１本のロ
ッドから放出される蒸発設備のことである。

【００１４】現在の技術の下による方法では、部品を冷
却するのにも放射を使用する。耐摩耗性皮膜で、部品に
プラズマ促進高真空物理的蒸着を行う現在の技術レベル
での方法は、熱流と質量流が平行か、または熱流と質量
流とが放射状かのいずれかによる輸送形態を使用し、放
射状手段は、同じシリンダの径方向にある。

【００１５】これらの輸送形態に限定する理由は、明ら
かであると思われる。高真空下では、フォトンのビーム
状をした熱流のみならず、分子流の形態の皮膜を形成す
る成分の質量流は、方向が定められた流れとなってい
る。従って、部品を双方の流れに対して同じように均一
に暴露できるようにするには、熱流および質量流の平行
方向と放射状方向とを、シーケンシャルに組み合わせる
ことが必要である。高真空下における熱輸送は、フォト
ンに限られているので、現技術レベルは放射加熱に限定
される。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】放射加熱を利用するこ
とにより、これら方法を実際に適用した場合、多くの欠
点が生じる。放射表面から部品の中心部までの熱輸送
は、部品の表面仕上げに大きく依存しているので、この
熱輸送は不良となり、温度分布が不均一となることを避
けることができない。すなわち、影部分により、過度に
低温となる部品もあれば、集中的な照射によって、過熱
状態となる部品もある。放射に関連する熱流が、加熱器
と被加熱部品との間の温度差に極めて大きく依存してい
るという事実から、これら問題が生じている。

【００１７】熱流量は、この温度差の４乗に比例する。
図１は、現技術レベルのコンディショニングによる装置
の異なる領域における異なる重量の３つの部品の温度変
化を示す。

【００１８】曲線（ａ）は、ツイストドリルによって測
定された曲線であり、このツイストドリルは、軸線を中
心として回転するキーバー（矢筒）に装填された外周部
が、スピンドル状に部品キャリアの半分の高さに固定さ
れた６ｍｍ径のＨ２高速スチールによって製造されたも
のである。

【００１９】曲線（ｂ）は、ミリングカッターによって
製造されたもので、このミリングカッターは、スピンド
ル上に部品キャリアの半分の高さに固定されているが、
ホルダープレート上に自立している径１５０ｍｍ、長さ
２００ｍｍのカッターである。

【００２０】曲線（ｃ）は、部品キャリアの中心に座着
された径３００ｍｍの成形パンチによって測定されたも
のである。

【００２１】加熱器の温度は、３つのすべての実験で同
じであった。すなわち１２７０°Ｋであった。３つのす
べての部品の目標温度は７７０°Ｋであった。ミリング
カッターは、２.５時間後にこの目標温度に達した。ツ
イストドリルの温度は、この時間までに焼き戻し温度、
すなわち８１０°Ｋを大幅に越え、ドリルは軟化し、ス
クラップとなった。パンチはその目標温度には達しなか
った。

【００２２】このように、その後、コーティング工程中
にパンチは指定温度よりも低い温度となっていたことに
より、プラズマによる皮膜の付着に悪影響が及んだ。こ
の実験では、部品の目標温度を大幅に越える加熱器温度
を選択した。このように、軽量部品および加熱器に近い
ほうの部品は、目標温度を越え、加熱器の温度に接近し
たが、大重量部品および加熱器から遠い部品は、目標温
度を大幅に下回ったままであった。加熱器温度と目標温
度との温度差を小さく設定すると、熱流は極めて少量と
なり、加熱時間は過度に長くなる。

【００２３】これらの問題により、現在のところ、ジョ
ブ塗布装置を使ったプラズマによる物理的蒸着による大
重量部品の、利益を生じ得るようなコーティングは不可
能である。また、これらの問題により、混合されたバッ
チをアレンジする大きな技能が、かかる機器のオペレー
タに求められる。熱流および質量流の平行方向または放
射状の配置の影響により、皮膜以外の部品が、同じよう
に不均一に加熱されることとなる。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、少なく
ともコンディショニングとコーティングのプロセス工程
を備え、プロセス工程のコーティングが加熱を含み、部
品を耐摩耗性皮膜でプラズマ促進高真空蒸着するための
方法であって、チャンバーを閉じた後の工程のシーケン
スが、低真空を発生する工程と、先の工程で生じた低真
空よりも高い減圧力の保護ガスの雰囲気を形成する工程
と、加熱工程とを有することを特徴とする、プラズマ促
進高真空蒸着方法にある。

【００２５】現在の技術のレベルのコーティングプロセ
スの問題は、エネルギーキャリアとして、フォトンガス
の代わりにガスの原子または分子を使用することによっ
て解決できる。

【００２６】これを行うには、加熱器から部品へガスを
流さなければならない。このような原理は、何世紀も製
パン業界で知られており、過去２０年間、家庭のパン焼
き窯に導入されていた。放射タイプの窯は、同じかまた
は同様のサイズの数個のパンしか焼けず、対流式窯は、
ビスケットおよびケーキを同時に焼くのに適している。
蒸着プロセスの高真空度は、ガス密度が低く、このこと
は、ガスによる加熱を極めて非効率的にしてしまう。こ
の問題は、本発明による新規な方法によって克服され
る。

【００２７】まず、コーティングすべき部品を入れたチ
ャンバーを低真空となるようにポンピングし、次に、加
熱によるコンディショニングに使用される保護ガスを充
填して低真空度とする。加熱が完了したときに限り、チ
ャンバーを高真空とし、プラズマエッチングのコンディ
ショニング工程または高真空蒸着のいずれかにより、コ
ーティングプロセスを続行する。原則として、目標温度
で部品と反応しないガスを保護ガスとして使用できる。

【００２８】貴ガス、窒素または水素の混合物が良好で
あることが証明されており、特に、窒素またはヘリウム
が主成分である混合物が適する。更に、熱流が質量流に
対してほぼ直交するような構成であると、特に良好な結
果が得られることを発見した。ほとんどの形状の部品に
対して、加熱および冷却をより均一とすることが可能で
ある。特許請求の範囲に記載の方法により、コーティン
グよりも加熱のほうが均一となるということは欠点とな
らない。

【００２９】保護ガスを用いた加熱は、電気エネルギー
を使用し、加熱器とブロアから成り、ブロアは、保護ガ
スを加熱器から部品へ送り、再度加熱器へ戻す。炉の設
計技術では、２つの実現変形例が知られている。外部加
熱の場合、ブロアは、チャンバーから部品との接触によ
って冷却されたガスを吸引し、このガスを加熱器に吹き
付け、加熱器からガスは再びチャンバーを温暖するよう
に流れる。入口および出口の取り付け状態は、熱流量を
決定する。内部加熱の場合、チャンバー内に内蔵された
シートにより、コンディショニングスペースと加熱器ス
ペースとを分離する。ブロアは部品との接触により冷却
された保護ガスを、コンディショニング空間から吸引
し、これを加熱器空間内の加熱器上に吹き付け、次に、
加熱器からコンディショニング空間は戻す。いずれの空
間も、同じ１つのチャンバーの一部となっている。

【００３０】いずれの変形例も、現技術レベルの焼結炉
である。これらの変形例は、物理的蒸着により、高真空
下で部品に耐摩耗性皮膜をデポジットする方法に匹敵す
るようには見えないので、恐らく耐摩耗性皮膜を部品に
高真空蒸着に使用するのに、これまで全く提案されてい
ない。

【００３１】保護ガスにより外部加熱をする場合、耐摩
耗性皮膜で部品をプラズマ促進高真空蒸着するための方
法で連続して生じる微細なダストが、バルブシート（弁
座）に部分的に付着し、チャンバーが高真空操作にすぐ
に不適当なものとなってしまう。

【００３２】内部加熱モータの場合、チャンバー内で作
動するようなモータを使用するが、その理由は、効率的
なブロアの高速回転速度に合った高真空回転型フィード
スルーを設計することが不可能であるように見えるから
である。低速回転ブロアは、制御されたガス流を発生し
ない。しかし、真空チャンバー内で作動するこのモータ
は、多量のガスを放出するので、このモータは、耐摩耗
性皮膜を部品にプラズマ促進高真空蒸着する方法に使用
することはできない。

【００３３】従って、本発明の別の目的は、耐摩耗性皮
膜を、部品にプラズマ促進高真空蒸着するプロセスにお
ける保護ガス加熱のための好ましい装置である磁気伝達
装置にリンクされたブロアを提供することにある。冷却
に対しても、同様に考察することが有効である。この場
合、この加熱器は、ガス／ガスまたはガス／水ー熱交換
機と置換しなければならない。

【００３４】従って、本発明の更に別の目的は、高真空
容器の壁を、ガス／水熱交換機として使用することにあ
る。本発明の別の一部は、移動自在なガス流制御シート
を使用することにある。

【００３５】この方法を実施するための装置は、ガス流
を発生するための手段、好ましくはブロアを含んでいな
ければならず、このブロアは、好ましい実施例では磁気
クラッチを介して駆動される。この装置は、ガス流制御
シートを備え、この制御シートは、好ましい実施例では
熱流バリアとしても働く。この制御シートは、冷却中で
なくて加熱中に別のガス流を発生するように移動でき
る。加熱器をブロアに接近させて位置決めすると、プロ
セスの効率が増すことが判っている。

【００３６】閉鎖手段が、例えば５０〜２００ｍｍの範
囲内に配置される。装置および加熱パワーごとに、この
範囲内にすべての加熱素子を設けることは不可能であ
る。特に問題となるのは、ブロアの吸気部が接近してい
る設置である。このような配置は、磁気クラッチを使用
することによって容易となる。磁気クラッチを用いる
と、ブロアの近くに潤滑部品はなくなるので、ブロア本
体の温度を高温とできる。

【００３７】次に、特許請求の範囲に記載の方法のプロ
セス工程の好ましいシーケンスについて説明する。高真
空コーティング装置を閉じた後に、２段階機械式ポンプ
が低真空圧を発生する。このプロセス工程では、高真空
ポンプを使用しない（ここで用いる用語および定義は、
ダブリュー・プップ、エイチ・ケイ・ハートマン著、
「真空技術、その基礎および応用」、１９９１年ミュン
ヘン、カールハンザー出版社に対応する）。

【００３８】５〜１０パスカルの圧力が発生し、この圧
力に達すると、すぐにバルブが開かれ、チャンバー内に
保護ガスがブリーディングされる。５〜２０パスカルの
範囲内の十分なポンプパワーを、ポンピングユニットが
有していない場合、別の方法として、次のプロセスシー
ケンスをとることができる。１００〜１０００パスカル
の範囲の圧力しか発生しないが、この圧力は、低真空圧
力に対応し、部品が過度に高い温度に達する前に、保護
ガスによる装置のアンプルリンスを行う。双方の変形例
では、少なくとも０.０１バールの保護ガス圧力が生じ
る。

【００３９】研磨されたシャンクタイプの工具をコーテ
ィングしたい場合には、０.８〜１バールの範囲の圧力
を使用する。例えば、研磨またはホーニングされた工具
において、部品からより強力なガス除去を行いたい場
合、ヒートアップ時間をより長くして、より低圧で加工
すると有利であることを発見した。

【００４０】ターゲットの保護ガス圧力に達すると、す
ぐにブリーディングを稼働させ、強力な保護ガス流を発
生する。ブリーディングの近くに設置された加熱器を通
過するように保護ガスの流れが生じる。加熱器から部品
への熱流が発生する。この熱流の方向は、ガス流の方向
と対応している。

【００４１】ほとんど予期していなかったことに、部品
を装填した空間内での加熱中に、熱流は、高真空コーテ
ィング中に生じる質量流に対してほぼ直交状態となれば
極めて有利となることを発見した。これら２つの流れの
直交性とは、総ガス流のベクトル（１７）と総質量流の
ベクトル（１８）がほぼ直角な角度を形成することを意
味している。

【００４２】図２は、この規則をどのように利用するか
を示している。部品と渦流による流れの偏向により、ガ
ス流および熱流は、当然ながら、逆方向にも互いに局部
性（１４）を有し得る。しかし、流れラインのほとんど
（１５）およびマクロ的な流れ（１７）は、単一のユニ
ークな方法を有する。この意味については、当業者には
明らかであろう。

【００４３】プラズマ促進高真空蒸着プロセスの質量流
に対しても、同じような偏向について考慮しなければな
らない。これらのプロセスでは、質量流は蒸気ソースか
ら反対方向にほぼ向いている（１６）。蒸気の一部はイ
オン化するので、ある程度の静電的な偏向が生じる。こ
の偏向に拘わらず、当業者には、この規則の応用につい
ては明らかであろう。

【００４４】蒸気ソース、コーティングする部品の配
置、およびブロアとガス流方向シートの配置には明らか
な規則がある。これらの詳細は、選択する蒸気ソースに
依存し、次の２つの実施例によって、より詳細に説明さ
れる。平面状のマグネトロンおよび円筒形容器を選択す
る場合、蒸気ソースを円筒体の側壁に組み込み、米国特
許第4,877,505号明細書に記載されているように、部品
のためにチャンバーの中心を保留する。この場合、吹き
付け（吸引）ブロアおよび保護ガス再循環（送り）装置
のために、円筒体の面を使用しなければならない。

【００４５】欧州特許第508612号明細書に記載されてい
るような蒸気ソースとしてロッドを選択する場合、この
ロッドのまわりに部品を配置することになる。この場
合、ブロアおよび保護ガス再循環（送り）装置のため
に、長方形チャンバーの２つの横方向壁または円筒形チ
ャンバーの２つの対抗する円筒形セグメントのいずれか
を使用する。

【００４６】完全に満足できるという答えはみつかって
いないが、直交する流れを用いた改善による予期しない
効果が得られる理由は、次のとおりである。コーティン
グすべき部品も構成するシャンクタイプの工具は、質量
流に対して回転軸線が直交するように装填される。熱流
が、平行または放射状となる場合、部品の熱の取り込み
は、熱流に露出している円筒形の半分の面に限定され
る。加熱が最適にチューニングされていれば、この半面
の表面は、すぐに目標温度に達する。この表面から工具
全体に拡散するシャンクタイプの工具の形状により、直
交する熱流は、円筒形面全体に取り込まれ、この円筒形
面は、最適にチューニングされた加熱では即座に目標温
度に達する。このような単純なモデルの有効性の枠内で
は、平行または放射状の流れと比較した場合、直交流に
対する加熱時間は半分となる。部品が目標温度に達する
と、コンディショニング工程の加熱を終了する。加熱器
へのエネルギー入力を停止し、その後、ブロアの駆動を
停止する。

【００４７】現在使用されているプラズマエッチング工
程のいずれも、高真空下で実施されている（上記引用し
たイー・ベルクマンおよびイー・モルの論文参照）。こ
れらの状況下では、ブロアを停止した後に、ブリーディ
ングガスの入口を閉じ、高真空ポンピング装置により、
チャンバーを高真空となるようにポンピングする。高真
空ポンピング装置は、通常３ステージタイプのものであ
る。

【００４８】現在の技術レベルの方法と比較した際の特
許請求の範囲に記載の重要な利点は、所定の高真空ポン
プ装置を用いた場合、高真空に達するまでの時間がかな
り短くなるということである。現在の技術レベルの方法
では、コンディショニング工程の加熱をスタートする前
に、装置をまず高真空状態となるようにポンピングす
る。この場合、低温またはウォームアップチャンバー内
に高真空を発生しなければならない。通常の高真空蒸発
方法では、チャンバーを水により４５℃までウォームア
ップする。壁のうちのこのコンディショニングのための
設備は重要である（通常、装置のコストの１０〜２０％
である）。

【００４９】しかし、この方法は、耐摩耗性皮膜による
プラズマ促進高真空コーティング用装置は、他の高真空
コーティング装置と異なる方法で作動される。デポジッ
トされる皮膜の厚さは、バッチごとに２〜１０マイクロ
メータの範囲の比較的大きい値となっている。これらの
部品は、通常シャンクタイプまたは複雑な形状であるの
で、部品の皮膜の厚さは、バッチ当たり６〜３０マイク
ロメータの壁にデポジットされた皮膜の厚さと対応す
る。

【００５０】現在の技術レベルの方法による高真空デポ
ジットプロセスの通常の応用では、平らな部品に０.１
マイクロメータをデポジットしている。高真空装置にお
けるポンプダウンは、２つの異なる方法で決定される
（引用した、プップおよびハートマン共著論文参照）。
低真空までのポンプダウンは、チャンバーの容積を満た
しているガスを除くことにより達成される。低真空から
高真空へ移行するには、壁および表面に吸着されている
ガスを除去しなければならない。壁には大きない皮膜が
累積しているので、耐摩耗性皮膜をプラズマにより高真
空蒸着するための装置に固有の問題が生じる。

【００５１】ガス脱着の運動力学は、アーレニウスの法
則によって決まり、経済的な稼働をするには、このよう
な応用例は、高温度下でファイン真空から高真空まで移
行しなければならない。このような事実は、他の部品の
高真空コーティング方法から類推される現在の技術レベ
ルの方法で見落とされていたものである。

【００５２】低真空から高真空まで移行するのに、高温
度を選択することは本発明の要旨であり、このような選
択により保護ガス下で加熱工程を実行するプロセスで固
有な別の問題が解決される。

【００５３】本発明の装置について詳細に説明する個所
で、より詳細に説明するように、このプロセスのための
チャンバーでは、チャンバーの壁と部品との間の保護シ
ールドが設けられている。このような条件により、ガス
でカバーされた表面が多数となり、高温下で低真空から
高真空へ移行する方法を見いださない場合、本発明の要
旨である装置の経済的な稼働に不利となる。高真空が達
成されると、所定のプラズマエッチング方法が実行さ
れ、次に、選択された高真空蒸着プロセスが実行され
る。

【００５４】図１は、３つの異なる部品の加熱、および
現在の技術レベルとの比較を示し、これらの結果につい
ては、既に説明したとおりである。曲線（ｄ）は、基板
キャリアの高さの半分で、回転プレートの周辺に取り付
けられた直径６ｍｍのツイストドリルを用いて測定され
たものであり、曲線（ｅ）は、直径１５０ｍｍ、長さ２
００ｍｍのエンドミルによる結果を示し、このエンドミ
ルも、基板キャリアの周辺に載せられたものであるが、
キャリアプレートに自立している。曲線（ｆ）は、基板
キャリアの中心に装填された直径３００ｍｍの成形用パ
ンチで測定されたものであり、加熱器の温度は、３つの
すべてのケースで同一、すなわち１１７０°Ｋであっ
た。部品の目標温度は、７７０°Ｋであった。ほとんど
の重部品でも、４０分後に目標温度に達した。過熱した
部品はなかった。

【００５５】高真空蒸着プロセスの後に、部品に対して
更にコンディショニング工程の冷却を行う。冷却は、コ
ンディショニング工程の１つであり、部品は、コーティ
ング工程後の温度から、別の目標温度すなわち通気温度
に変えられる。

【００５６】本発明のプロセスでは、このコーティング
工程における熱輸送のために再び保護ガスを使用する。
この目的のため、０.５〜１バールの間の圧力となるよ
うに、チャンバーを保護ガスで再び満たす。その後、ブ
ロアを毎分少なくとも５００回転の回転速度、好ましく
は２０００〜２５００回転の回転速度とする。この速度
は、加熱に好ましい回転速度である。

【００５７】ガス流制御装置における変化は、チャンバ
ーの壁に沿った流れの向きを決める。その結果、チャン
バーの壁は、ガスを、チャンバーの壁冷却水に近い温度
までガスで冷却する。このようにして冷却されたガス
は、ブロアにより部品上を通過するように吹き付けまた
は吸引される。この間、ガスは部品を冷却し、熱を取
る。

【００５８】このプロセス工程の間のチャンバー冷却水
の過熱を防止するため、次のように、時間の少なくとも
一部でブロアの回転速度を調節する。すなわち、温度セ
ンサがチャンバーの冷却水の温度を連続的に測定し、そ
れに対応する信号、すなわち実際の値を調節ユニットへ
送る。この調節ユニットは、信号と温度のスレッショル
ドに対応する設定値とを比較する。このスレッショルド
温度は、チャンバーの水冷ユニットの構造によって決ま
る。このスレッショルド温度は６０〜９５℃の範囲内で
ある。

【００５９】信号がスレッショルド値に達すると、調節
ユニットがブロアの回転速度を減少する。信号が５０℃
に対応する値だけスレッショルド値よりも低ければ、調
節ユニットはブロアの回転速度を増加させ、信号が再び
スレッショルド値または設定最大回転速度に達するまで
増加を続ける。部品が通気温度に達すると、チャンバー
は窒素ブリードバルブを開け、その後、通気バルブを開
けるか、または単に通気バルブを開けるだけで、チャン
バーを大気圧に戻す。

【００６０】図３は、本発明の好ましい実施例を示す。
真空容器（１）は、直径６００ｍｍ、高さ８００ｍｍの
円筒形チャンバー（２１）である。高さと直径の関係
は、通常コーティングすべき部品の大きさと量を表す。
チャンバーの壁には、数個の長方形陰極アーク蒸発器
（１３）が取り付けられる。陰極アーク蒸発器は、ドイ
ツ特許第126040号明細書に記載されているような現在の
技術レベルの構造の外部取り付けタイプのものである。

【００６１】部品（１２）は、プラズマ促進高真空物理
蒸着によってコーティングすべき部品である。部品を支
持するホルダーは、フィードスルー（２３）を備える支
持プレート（１１）と、この支持プレートのための駆動
装置（図示せず）から成っている。基板ホルダーに関す
る詳細は、米国特許第4,485,759号明細書から理解でき
よう。

【００６２】この容器は、ポンピングポート（２）を通
して排気される。バルブ（５）を通して、１０容積％の
水素と９０容積％の窒素の混合物である保護ガスと共に
Ｈｅが送られる。プラズマ促進高真空蒸着プロセスのた
めの保護ガスおよび反応性ガスの吸引ダクトは（６）で
示されている。チャンバーの蓋には、軸流ブロア（３）
が設けられており、このブロア（３）は、軸（１９）お
よび磁気クラッチ（４）によりモータ（２０）に接続さ
れている。図４には、磁気クラッチの詳細が示されてい
る。ブロアのすぐ近くには加熱素子が配置されている。
この加熱素子は、保護ガスがブロアによって吸引される
前に、保護ガスを加熱するようになっている。好ましい
実施例では、空間内のチャンバーの頂部に加熱素子を設
置することが可能となっており、これら加熱素子のファ
ンまでの距離は、３０〜３００ｍｍの範囲である。

【００６３】ガス制御シート（９）および（８）は、部
品によって加熱または冷却されたガスをチャンバーの底
部から再びチャンバーの頂部へ向ける。図示した実施例
では、下方のガス制御シートは、径が５５０ｍｍ、厚さ
が２ｍｍの単なるダンベル形状をした容器シリンダ面で
あった。２つの垂直シートは、断面に長方形の開口部を
備えたシリンダであり、ここに蒸発器がチャンバーの壁
に嵌合されている。図示した実施例では、これらの径
は、それぞれ５５０ｍｍおよび５１０ｍｍであった。

【００６４】保護シート（８）は、３枚のシートの積層
体から成っている。従って、上記チャンバーは、部品と
チャンバーの壁の間に合計５枚の保護シートを備えてい
た。ガス流制御シート（８）のうちの１つは、シート
（８）と（９）によって形成されたチャンネル（２５）
を、保護ガス流にたいして開閉する２つの位置に移動で
きる。この移動は、シャットオフ装置（２６）によって
達成され、このシャットオフ装置は、レバー（２７）に
接続された線形フィードスルー（１０）にリンクされて
おり、レバー（２７）の動作はコンディショニング工程
の加熱時から高真空までの移行中、または高真空からデ
コンディショニング工程の冷却までの間、またはこれら
２つの移行時の間の任意の時間に、シート（８）の運動
を生じさせる。

【００６５】当然ながら、チェイン駆動または空気圧シ
リンダのような他の設計も当然ながら同様に適する。

【００６６】上下運動を、トラップの回転または開閉す
る運動と同じような他の運動に置換できる。コンディシ
ョニング工程の加熱中に、ガス制御シートは加熱チャン
ネル（２５）を通るシート（８）と（９）との間の保護
ガスの好ましい流れを生じるように位置決めされてい
る。デコンディショニング工程の冷却中に、２つのガス
制御シートはチャンバー壁（２１）とガス制御シート
（８）によって形成される冷却チャンネル（２４）を保
護ガス流が通過するようにさせる位置に位置する。この
冷却チャンネル（２４）には、チャンバー壁８２１）と
保護ガスとの間の熱交換を高めるための冷却フィン（２
２）を設けることができる。

【００６７】図３には、磁気クラッチの好ましい実施例
が示されている。チャンバーフランジ（３６）には、２
つのロールベアリング（２７）を支持するクロスビーム
（３８）を備えたポットが接続されている。このポット
は、クラッチの被動部品を含む。ベアリングはブロアシ
ャフト（１９）を支持し、このシャフトは、これに強固
にリンクされたプレート（３３）を支持し、プレート
（３３）は、３ｍｍを越えず、０.２ｍｍよりも大きい
ギャップだけチャンバーフランジ表面から分離してい
る。

【００６８】このプレートの周辺部は、リング（３
１）、すなわち被動リングに接続されている。このリン
グは、軸方向に磁化される永久磁石材料、または適当な
構造のヨークに取り付けられた永久磁石材料から成るバ
ーおよびフィンから成っている。チャンバーフランジの
反対側は、シール（３７）を介してポット（３４）に接
続されており、このポットは、クラッチの駆動部品を支
持している。

【００６９】このポットには、少なくとも１つのロール
ベアリング（２９）が設けられており、このベアリング
の内側リングは、図示していないモータのシャフト（２
８）にリベット締めされるか、またはこのシャフトと一
体になっている。このシャフトは、軟鉄またはニッケル
またはコバルト合金のような他の適当な強磁性材料で製
造されたヨークを支持している。このヨークは、被動リ
ング（３１）と同じように設計された永久磁化材料（３
０）のリングにリンクされており、全体のアセンブリの
設計は、クラッチの駆動部品と被動部品との間の引き寄
せ力を最大にするように行われる。

【００７０】好ましい実施例では、ヨークおよび永久磁
石材料の形状は、フランジとプレート（３３）との間の
ギャップが０.２〜３ｍｍとなり、フランジの厚さが、
磁気回路の総エアギャップとほぼ対応するように決定さ
れている。フランジの機械的設計では、膜（３９）の厚
さが２ｍｍを越えないようにしなければならない。この
ような薄膜は、１バールの圧力に耐えるように適当に支
持されなければならない。

【００７１】本発明の好ましい実施例では、稀土類とコ
バルトまたは鉄との合金である永久磁石材料から製造さ
れたリングを使用する。本発明の別の実施例では、モリ
ブデン、鉄およびホウ素のような元素から実質的に製造
された合金を使用する。ポット（３４）は、厚さが、２
ｍｍを越えないステンレススチール（３９）で製造され
た膜によって閉じられている。

【図面の簡単な説明】

【図１】現在の技術レベルのコンディショニングによる
装置の異なる領域における異なる重量の３つの部品の温
度変化を示す。

【図２】本発明の蒸着装置の１実施例を示す図である。

【図３】磁気クラッチの好ましい実施例を示す。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ ポンピングポート ３ 軸流ブロア ４ 磁気クラッチ ５ バルブ ６ 吸引ダクト ８、９ 保護シート １０ フィードスルー １１ 支持プレート １２ 部品 １３ 蒸発器 １９ 軸線 ２０ モータ ２１ 円筒形チャンバー ２２ 冷却フィン ２３ フィードスルー ２４ 冷却チャンネル ２５ 加熱チャンネル ２６ シャットオフ装置 ２７ レバー ２９ ロールベアリング ３０ 永久磁化材料 ３１ 被動リング ３３ プレート ３４ ポット ３６ フランジ ３８ クロスビーム ３９ 膜

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくともコンディショニングとコーテ
   ィングのプロセス工程を有し、プロセス工程のコーティ
   ングが加熱を含み、部品を耐摩耗性皮膜でプラズマ促進
   高真空蒸着するための方法であって、 チャンバーを閉じた後の工程のシーケンスが、 低真空を発生する工程と、 先の工程で生じた低真空よりも高い減圧力の保護ガスの
   雰囲気を形成する工程と、 加熱工程とを有することを特徴とする、プラズマ促進高
   真空蒸着方法。
2. 【請求項２】 コンディショニング工程の加熱の際の熱
   輸送のために、保護ガスを使用することを特徴とする、
   請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 プロセス工程の高真空蒸着の後に、デコ
   ンディショニング工程の冷却を含む請求項１記載の方法
   であって、 コンディショニング工程の冷却時の熱輸送のために、保
   護ガスを使用することを特徴とする方法。
4. 【請求項４】 熱流と質量流が、互いにほぼ直交してい
   ることを特徴とする、請求項１〜３いずれかに記載の方
   法。
5. 【請求項５】 ブロアを用いて、保護ガスの循環を行う
   ことを特徴とする、請求項１〜３いずれかに記載の方
   法。
6. 【請求項６】 コンディショニング工程の加熱の後に、
   低真空による別のコンディショニング工程を実行する
   か、またはコンディショニング工程の加熱の後に、チャ
   ンバー内を高真空とすることを特徴とする、請求項１記
   載の方法。
7. 【請求項７】 保護ガスの雰囲気の圧力が、０.０１バ
   ールよりも高いことを特徴とする、請求項１〜３のいず
   れかに記載の方法。
8. 【請求項８】 保護ガスがヘリウムまたは窒素であるこ
   とを特徴とする、請求項１、２、３、５または７のいず
   れかに記載の方法。
9. 【請求項９】 コンディショニング工程の加熱中に、保
   護ガスを繰り返して再生することを特徴とする、請求項
   １、２、３、５、７または８のいずれかに記載の方法。
10. 【請求項１０】 毎分５００回転を越える速度で、ブロ
    アを回転させることを特徴とする、請求項１、２、３ま
    たは５のいずれかに記載の方法。
11. 【請求項１１】 毎分２０００回転を越える速度で、ブ
    ロアを回転させることを特徴とする、請求項１、２、
    ３、５または１０のいずれかに記載の方法。
12. 【請求項１２】 少なくとも高真空チャンバーと、蒸発
    ソースと、基板ホルダーとから成り、かつガス流を発生
    するための装置を含むことを特徴とする部品を耐摩耗性
    皮膜でプラズマ促進高真空蒸着する装置。
13. 【請求項１３】 ブロアを含むことを特徴とする、請求
    項１２記載の装置。
14. 【請求項１４】 チャンバー壁（２）とコーティングす
    べき部品との間のスペース内に、少なくとも１つまたは
    数個の保護シールドが配置されていることを特徴とす
    る、請求項１３記載の装置。
15. 【請求項１５】 ガス流制御シートが設けられているこ
    とを特徴とする、請求項１２または１３記載の装置。
16. 【請求項１６】 保護シールドの少なくとも一部が、ガ
    ス流制御シートも形成することを特徴とする、請求項１
    ４または１５記載の装置。
17. 【請求項１７】 ガス流制御シートの位置を変えること
    ができるようになっていることを特徴とする、請求項１
    ２、１３、１５または１６のいずれかに記載の装置。
18. 【請求項１８】 磁気クラッチにより駆動モータにブロ
    アがリンクされており、クラッチの被動部品は、高真空
    チャンバー壁により駆動部品から分離されていることを
    特徴とする、請求項１２または１３記載の装置。
19. 【請求項１９】 ブロアに隣接した空間内に、加熱素子
    が配置されていることを特徴とする、請求項１２または
    １３記載の装置。
20. 【請求項２０】 チャンバー壁を、専ら保護ガスの冷却
    に使用するようになっていることを特徴とする、請求項
    １２、１３、１５または１７のいずれかに記載の装置。
21. 【請求項２１】 駆動および被動サブアセンブリを備え
    る、請求項１８記載の装置であって、 ステンレススチールから製造された膜により、２つのサ
    ブアセンブリの一方を真空状態を維持するように閉じて
    あることを特徴とする装置。
22. 【請求項２２】 膜厚が２ｍｍを越えないことを特徴と
    する、請求項２１記載の装置。