JPH07507600A - Layer deposition method and apparatus - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 層堆積方法および装置 本発明は請求の範囲第1項の前提部分に記載の方法、請求の範囲第23項の前提 部分に記載のコーティング装置および請求の範囲第22項ないしは第39項に記 載の前記方法ないしは前記装置の使用に関するものである。[Detailed description of the invention] Layer deposition method and apparatus The present invention relates to the method described in the preamble of claim 1, and the premise of claim 23. The coating device according to the section and the coating apparatus according to claims 22 to 39 The invention relates to the use of the method or device described above.
特に硬質材料層、例えば、チタンおよびIVb属の他の金属の炭化物および窒化 物の層をイオンブレーティングにより堆積することが知られている。然しなから 、イオンブレーティングプロセスの際にコーティングすべきワークは、概ね30 0°Cを越える比較的強い温度負荷を受ける。ずっと以前から上述の種類の硬質 材料層を反応性プロセスを用いて、低温にて堆積させることを可能にする方法の 開発が試みられている。それについては原理的にはカソードスパッタリングによ る堆積が提供される。然しなから、現在まで300°Cより低い温度でカソード スパッタリングにより上述の層を、その層に通常求められる要求、特に耐摩耗性 に関する要求を満たすように堆積させることには成功していない。Especially hard material layers, such as carbides and nitrides of titanium and other metals of group IVb. It is known to deposit layers of materials by ion blasting. Of course , the workpiece to be coated during the ion blating process is approximately 30 Subject to relatively strong temperature loads exceeding 0°C. For a long time, hardness of the kind mentioned above of a method that allows material layers to be deposited at low temperatures using reactive processes. Development is being attempted. In principle, this can be done by cathode sputtering. Deposition is provided. However, until now, cathodes at temperatures lower than 300°C The above-mentioned layers can be produced by sputtering to meet the usual requirements of the layer, especially its wear resistance. No success has been achieved in depositing materials that meet these requirements.
そのために、例えばいわゆるハイブリッド方法が知られており、この方法では固 体の一部が、同一出願人のEP−A−0306612号公報およびEP−A−0 432090号公報から知られているように、カソードスパッタリングに加えて アーク放電内で蒸発される。然しなから、その場合に必要とされる出力密度では 、ワークを冷却することなく300°Cより低い所望の低温水準に達することは できない。更に、このハイブリッド方法は技術的に比較的複雑であるので、シリ ーズ部品のコーティングの場合に使用することは報われないことが多い。For this purpose, for example, so-called hybrid methods are known, in which A part of the body is disclosed in EP-A-0306612 and EP-A-0 of the same applicant. As is known from publication no. 432090, in addition to cathode sputtering Evaporated within the arc discharge. However, the power density required in that case is , it is impossible to reach the desired low temperature level below 300°C without cooling the workpiece. Can not. Furthermore, this hybrid method is technically relatively complex, so It is often not profitable to use it in the case of coating high-temperature parts.
更にそのために、開放された磁場構成を有するカソードスパッタリング源、いわ ゆる「アンバランスド マグネトロン」が使用されている。この処理の重要な欠 点として出力収率が小さいことを考慮しなければならない。投入出力の約lO% しかスパッタリングには利用されない。残りの90%は利用されないが、然しな から、コストを生かして冷却水に移行する。開放された磁場構造を有する装置で は、プラズマエネルギの半分以上は固体のスパッタリングにてはなく、ワーク近 傍におけるプラズマの発生に使用され、それにより更に熱的な問題ももたらす。Furthermore, for this purpose a cathode sputtering source with an open magnetic field configuration, so-called A loose ``unbalanced magnetron'' is used. An important flaw in this process is One point that must be taken into account is that the output yield is small. Approximately 1O% of input output It is only used for sputtering. The remaining 90% is not used, but From there, we will shift to cooling water to take advantage of the cost. A device with an open magnetic field structure In this case, more than half of the plasma energy is not in the sputtering of the solid but in the vicinity of the workpiece. It is used to generate plasma in the surrounding area, which also poses thermal problems.
従って、この方法は現在では低温での反応性コーティングにはまったく使用され ない。Therefore, this method is currently not used at all for reactive coatings at low temperatures. do not have.
更に、種々の補助イオン化装置をカソードスパッタリング方法と組み合わせるこ とが知られている。DE−A−3503397号公報からは、硬質材料層の堆積 のために固体を磁場支援されるカソードスパッタリング源、いわゆるマグネトロ ンを用いてスパッタリングし、その場合にワークをマグネトロンの領域に配置し 、それに対して後方に電子銃を設けることか知られている。ワークとマグネトロ ンの間の領域にはアノードバーか設けられており、このアノードバーは電子銃か らもたらされる電子をマグネトロンプラズマ放電の領域へ引き込む。それにより この領域におけるプラズマ密度か増加する。Additionally, various auxiliary ionization devices can be combined with cathode sputtering methods. is known. From DE-A-3503397, the deposition of a hard material layer For solid state magnetic field assisted cathode sputtering sources, the so-called magnetro sputtering using a magnetron, in which case the workpiece is placed in the area of the magnetron. In contrast, it is known to install an electron gun at the rear. work and magnetro An anode bar is provided in the area between the electron guns. electrons brought by the magnetron into the region of the magnetron plasma discharge. Thereby The plasma density in this region increases.
DE−A−3503398号公報によれば、ワークとマグネトロン間に第1の電 極が設けられ、ワークの他方の側に第2の電極が設けられる。その場合に第2の 電極は、マグネトロン−プラズマ放電の領域でプラズマ密度を増大させるために 、電子放射器として使用上述の2つの方法ではワークが著しく加熱されるので、 ワークまたはその横断面が、カソードスパッタリング源またはマグネトロンのス パッタリング面に比べて小さい場合にしが使用できない。これに関してはDE− A−4011515号公報にも記載されている。According to DE-A-3503398, a first electric current is connected between the workpiece and the magnetron. A pole is provided and a second electrode is provided on the other side of the workpiece. In that case the second The electrodes are used to increase the plasma density in the region of the magnetron-plasma discharge. , used as an electron radiator In the above two methods, the workpiece is heated considerably, so If the workpiece or its cross section is exposed to a cathode sputtering source or magnetron sputtering source, It cannot be used if it is small compared to the puttering surface. Regarding this, DE- It is also described in A-4011515.
最後に述べた制限により、この種の装置は経済的に利用することができない。そ れは更にもたらされるコーティングを装置へのワークの装填に依存するようにし 、それはこの種の方法を通常のように使用する場合にはローンコーティングとし てのワークの改良には使用できない。The last-mentioned limitations do not allow this type of device to be used economically. So This further makes the resulting coating dependent on the loading of the workpiece into the equipment. , it is common to use this type of method as a lawn coating. It cannot be used to improve other workpieces.
DE−A−4011515号公報によればワークとマグネトロンの間に電極の対 が設けられており、そこにホットカソードとして形成された電極か電子を放出す る。それによりマグネトロン放電プラズマのプラズマ密度が増大される。その場 合に硬質材料層でなく、金属または金属合金層か堆積され、スパッタリング源プ ラズマのプラズマ密度が局所的に増大することによりワークの温度負荷が比較的 大きくなる。According to DE-A-4011515, a pair of electrodes is provided between the workpiece and the magnetron. is provided with an electrode formed as a hot cathode or an electrode that emits electrons. Ru. This increases the plasma density of the magnetron discharge plasma. the spot If a metal or metal alloy layer is deposited instead of a hard material layer, the sputtering source The temperature load on the workpiece is relatively reduced due to the local increase in the plasma density of the plasma. growing.
同様にUS−A−4389299号公報にも、熱的に放出される電子を用いてマ グネトロンプラズマのプラズマ密度を増大させることが提案されている。Similarly, US-A-4389299 also describes a method using thermally emitted electrons. It has been proposed to increase the plasma density of gnetron plasmas.
従来技術に関する他の文献として、EP−A−0328257号公報、DE−A −3503397号公韓、DE−A−4115616号公報、EP−A−028 2835号公報、DE−A−3426795号公報を挙げる。Other documents related to the prior art include EP-A-0328257, DE-A -3503397 Kohan, DE-A-4115616, EP-A-028 2835 and DE-A-3426795.
EP−A−0328257号公報からは、層を交互に金属モードと反応モードに おいて、各々カソードスパッタリングにて形成することにより、光学的なワーク に光学層を堆積形成することか知られている。そのために光学的なワークは約5 0Hzの比較的大きい周波数で上述の層形成源に交互に供給される。その場合に 反応モードと金属モード間で使用される比較的大きいクロック周波数を考慮して 、ワークをそれに従って急速に移動させるために、複雑な手段を講じなければな らない。これはまた、上述の2つの層モードを分離するために各々の源間に任意 に短い間隙を挿入できないことにもよる。加工雰囲気内でワークか移動されるに もかかわらず、かつガス拡散プロセスにもかかわらず、局所的に主として金属モ ード条件と、それから分離された、局所的に主として反応モード条件を保証する ように配慮しなければならない。From EP-A-0328257, the layers are alternately in metallic mode and in reactive mode. The optical workpiece is formed by cathode sputtering. It is known to form optical layers by depositing them. For this purpose, the optical workpiece is approximately 5 A relatively high frequency of 0 Hz is alternately supplied to the above-mentioned layer formation source. In that case Considering the relatively large clock frequency used between reaction mode and metal mode , complex measures have to be taken to move the workpiece rapidly accordingly. No. This also creates an arbitrary connection between each source to separate the two layer modes mentioned above. This is also due to the inability to insert short gaps in the When the workpiece is moved in the processing atmosphere Despite this, and despite the gas diffusion process, locally mainly metal moieties ensure mode conditions and locally predominantly reaction mode conditions separated therefrom. care must be taken.
本発明の課題は、300 ’Cより低い低温においてシリーズ部品上にも硬質材 料を経済的に堆積させることができ、それが化学量論、密度および付着に関して イオンブレーティングにより堆積された層と少なくとも同等であり、かつ上述の 欠点、例えばEP−A−0328257号公報に記載の処理に関する欠点を克服 した、冒頭で述へた種類の方法を提供することである。The problem of the present invention is to prevent hard materials from forming on series parts at low temperatures below 300'C. material can be deposited economically and that is at least equivalent to a layer deposited by ion blasting and as described above. Overcoming the drawbacks, e.g. with respect to the treatment described in EP-A-0328257 The object of the present invention is to provide a method of the kind mentioned at the outset.
これは、請求の範囲第1幌の特徴部分に記載された上述の方法により解決される 。This problem is solved by the method described above in the characteristic part of the first hood of the claim. .
それによれば、コーティングすべきワーク表面が交互にカソードスパッタリング と、カソードスパッタリングにほぼ関与しない他のプラズマ放電を受ける。他の プラズマ放電は明らかにその直前にコーティングされた表面を均一化しかつ圧縮 するためであって、かつカソードスパッタリングのプラズマ密度は他のプラズマ 放電により高められたとしても、それほと高められてはいないので、ワークの温 度負荷も必要とされる最大値を超えることはない。他のプラズマ放電では、まず 形成された層成分の本来の後処理が行われ、層材料の著しい変化はもはや行われ ない。According to it, the workpiece surface to be coated is alternately cathode sputtered. and undergoes other plasma discharges that have little involvement in cathode sputtering. other The plasma discharge apparently homogenizes and compresses the previously coated surface. This is because the plasma density of cathode sputtering is higher than that of other plasmas. Even if the temperature is increased by the discharge, it is not increased that much, so the temperature of the workpiece is The degree load will not exceed the required maximum value. In other plasma discharges, first The actual post-processing of the formed layer components has taken place and no significant changes in the layer materials can take place anymore. do not have.
請求の範囲第2項の文言によれば、最も簡単な方法てコーティングすべき表面か ワークの旋回または回転移動によりカソードスパッタリングに、そして他のプラ ズマ放電に交互に向けられる。According to the wording of claim 2, the surface to be coated can be coated in the simplest way. Rotating or rotating the workpiece for cathode sputtering and other plastics. Directed alternately to the Zuma discharge.
請求の範囲第3項に記載の文言によれば、その場合に重要なことは、特に表面が 湾曲している場合に、他のプラズマ放電を最適に利用するために、他のプラズマ 放電に向けられた、コーティングすべき表面に接する接線平面がほぼその中央領 域において、他の放電の放電路に接する接線に対してほぼ平行になることであっ て、その場合に上述の表面に沿って上述の放電のほぼ均一なプラズマ密度分布が 充分に利用される。According to the wording of claim 3, what is important in that case is that in particular the surface In order to optimally utilize other plasma discharges when curved, other plasma The tangential plane to the surface to be coated, directed towards the discharge, lies approximately in its central region. In the area, it should be almost parallel to the tangent line that touches the discharge path of other discharges. In that case, there is a nearly uniform plasma density distribution of the above-mentioned discharge along the above-mentioned surface. fully utilized.
特にシリーズ製品をコーティングするために更に、請求の範囲第4項の文言に記 載のように行うことが提案されている。In particular for coating series products, it is further specified in the wording of claim 4. It is proposed to do as described above.
その場合に好ましい方法は、請求の範囲第5項の文言に示すような特徴を有し、 その場合に「旋回動作」という表現は、ワークに関して変位した回転軸線を中心 とする回転運動であり、「回転動作」というのはワークのそれ自体の回転運動で ある。In that case, a preferred method has the characteristics as indicated in the wording of claim 5, In that case, the expression "swivel motion" means It is a rotational movement in which the workpiece is rotated by itself. be.
請求の範囲第6項の文言によれば、他のプラズマ放電がビーム放電として形成さ れることにより、カソードスパッタリングの他のプラズマ放電の影響領域の分離 が更に形成される。According to the wording of claim 6, the other plasma discharge is formed as a beam discharge. By separating the affected area of cathode sputtering and other plasma discharges is further formed.
本発明による方法のきわめて好ましい実施例では、すなわち請求の範囲第7項の 文言によれば、その化学量論を含む堆積された層材料に関して、層は大体におい てカソードスパッタリングで堆積される。その場合に堆積された層材料は他のプ ラズマ放電により後処理され、特に圧縮される。In a highly preferred embodiment of the method according to the invention, i.e. According to the wording, with respect to the deposited layer material, including its stoichiometry, the layer has an approximate odor. Deposited by cathode sputtering. The layer material deposited in that case It is post-treated and especially compressed by means of a plasma discharge.
そのために好ましくは請求の範囲第8項に示すように、他のプラズマ放電はほぼ 不活性ガス内、例えばアルゴン内の放電として行われ、その場合に中性ガス雰囲 気と反応ガス雰囲気との絶対的な分離は必要ない。然しなから、反応ガス雰囲気 をほぼカソードスパッタリング源、好ましくはマグネトロンの領域に設け、かつ 他のブラズマ放電、特にアーク放電は中性ガス雰囲気内で駆動することが推奨さ れる。For this purpose, preferably, as indicated in claim 8, the other plasma discharge is approximately carried out as a discharge in an inert gas, for example argon, in which case a neutral gas atmosphere Absolute separation between the gas and the reactant gas atmosphere is not required. However, the reaction gas atmosphere approximately in the area of the cathode sputtering source, preferably the magnetron, and Other plasma discharges, especially arc discharges, are recommended to be operated in a neutral gas atmosphere. It will be done.
その場合に請求の範囲第9項の文言に示すように請求められる層特性を得るため に堆積された層の後処理は、大きな確率で、主として不活性ガスのイオンによる イオンシューテイングにより行われる。In order to obtain the claimed layer properties as indicated in the wording of claim 9 in that case. The post-treatment of the layer deposited on the This is done by ion shooting.
請求の範囲第1θ項の文言によれば、設けられている他のプラズマ放電の作用は 、ワークの電位を他の放電のプラズマポテンシャルに関してネガティブに選択す ること、好ましくは+IOVよりも少なく、好ましくは最大で+5v、特に好ま しくは最大で一5v、好ましくは一5vと一300Vの間、代表的には約−15 0Vに選択することにより、最適化される。これは、アースに対して約+20V の他のプラズマ放電のプラズマポテンシャルに基づいている。According to the wording of claim 1θ, the action of the other plasma discharge provided is , the potential of the workpiece is chosen to be negative with respect to the plasma potential of the other discharges. preferably less than +IOV, preferably at most +5v, particularly preferred or up to -5V, preferably between -5V and -300V, typically about -15V. Optimization is achieved by selecting 0V. This is approximately +20V relative to ground. is based on the plasma potential of other plasma discharges.
更に、上述の現象により、カソードスパッタリングおよび他のプラズマ放電にお けるワークの急速な交換停止が不要になるので、本発明方法の好ましい実施例に おいて、請求の範囲第11項の文言によれば、この交換周波数は最大で30Hz 、好ましくは最大で1OHz、好ましくは更にIHzより低く、代表的には約0 .1Hzである。それによりワークホルダおよびワーク駆動のための構造的なコ ストの著しい削減が得られ、それはカソードスパッタリングと他のプラズマ放電 区間間のきわめて低速の交換移動が実現できることにより行われる。Furthermore, the above-mentioned phenomena make it difficult for cathode sputtering and other plasma discharges. In a preferred embodiment of the method of the present invention, there is no need to stop for rapid replacement of workpieces. According to the wording of claim 11, this exchange frequency is at most 30Hz. , preferably at most 1 OHZ, preferably even below IHz, typically about 0 .. It is 1Hz. This results in structural components for the workholder and workpiece drive. A significant reduction in the cost of cathode sputtering and other plasma discharges is obtained. This is done by being able to achieve extremely slow exchange movement between sections.
特許請求の範囲第12項に示す方法では、ビームを調節することにより、他のプ ラズマ放電側のワーク表°面か暴露されるプラズマ密度を、後処理プロセスに関 して最適にし、かつまた他のプロセス段階、すなわち加熱またはエツチングのた めに調節することが可能になる。In the method set forth in claim 12, by adjusting the beam, other beams can be The plasma density to which the work surface on the plasma discharge side is exposed should be adjusted in relation to the post-treatment process. for optimization and also for other process steps, i.e. heating or etching. It becomes possible to adjust it to suit your needs.
請求の範囲第13項の文言によれば、上述の目的のために好ましくはワークにお ける電位も調節可能に形成されているので、異なる表面処理プロセスと後処理プ ロセスを実施すること、および最適化することが可能になる。According to the wording of claim 13, for the above-mentioned purpose preferably the workpiece is The applied potential is also adjustable, allowing for different surface treatment and post-treatment processes. processes can be implemented and optimized.
請求の範囲第14項ないし第15項に記載の閉ループ制御により、この種の制御 を設けない場合には非安定になる作業点においても、すなわちカソードスパッタ リング源のスパッタリングされる表面が公知のように汚染される作業点において も、反応性のカソードスパッタリングプロセスの最適な安定化が達成される。This type of control can be achieved by the closed loop control according to claims 14 to 15. Even at work points that would otherwise be unstable, i.e. cathode sputtering At the point of operation where the surface to be sputtered of the ring source is contaminated as is known Also, optimal stabilization of the reactive cathode sputtering process is achieved.
反応ガス供給ならびに上述の閉ループ制御の好ましい実施例は、2つ或いは多数 のカソードスパッタリング源が設けられている場合に、請求の範囲第16項ない し第17項により定義される。Preferred embodiments of the reactant gas supply as well as the closed loop control described above include two or multiple Claim 16 does not apply if a cathode sputtering source of and is defined by Section 17.
請求の範囲第18項の文言に示すように、ワークをカソードスパッタリングに対 してシールドすることができることにより、すでに説明したように、更に、他の プラズマ放電によってのみワーク表面を選択的に処理すること、例えばエツチン グすることが可能になる。As shown in the wording of claim 18, the workpiece is subjected to cathode sputtering. As already explained, furthermore, by being able to shield other Selective treatment of the workpiece surface only by plasma discharge, e.g. etching It becomes possible to
その場合に層堆積の例えば前段に設けられたこの種のプロセスステップにおいて 、作動ガスとして例えばアルゴンなどの希ガスのみを導入することができる。同 時に、シールドにより、カソードスパッタリング源を自由にスパッタリングする ことができる。その場合公知のように、層堆積のために後にスパッタリングされ るカソードスパッタリングのターゲットは、例えば標準雰囲気で発生する酸化物 層を清掃される。In such a process step, which is provided, for example, before layer deposition, , only a rare gas such as argon can be introduced as the working gas. same Sometimes a shield allows the cathode sputtering source to sputter freely. be able to. In that case, as is known, sputtering is subsequently performed for layer deposition. The target for cathode sputtering is, for example, an oxide that occurs in a standard atmosphere. The layers are cleaned.
請求の範囲第19項に記載のように、他のプラズマ放電側のワーク表面の所定箇 所における他のプラズマ放電を変化させること、かつ/またはワークの電位を変 化させることにより、該表面をエツチングまたは加熱することができる。その場 合に、例えば放電々流の増大および/またはプラズマビームを変化させることに より、プラズマ密度を変化させることができる。As described in claim 19, a predetermined portion of the work surface on the other plasma discharge side altering other plasma discharges at the location and/or altering the potential of the workpiece. The surface can be etched or heated by etching or heating the surface. the spot For example, increasing the electrical discharge current and/or changing the plasma beam Therefore, the plasma density can be changed.
特に、ワーク表面の領域において他のプラズマ放電のプラズマ密度を選択するこ とにより、既述のように、他のプラズマ放電のビーム制御によっても、かつ/ま たはその出力制御によっても行うことができ、かつ請求の範囲第20項の文言に よれば、ワークの電位の選択により300°Cより低いワークの温度が得られ、 それにもかかわらず特許請求の範囲第22項の文言に示すように、少なくともほ ぼ、かつこの種の層に要請される特性、例えば摩耗特性に関して、イオンブレー ティング方法により堆積された層と同様な硬質材料層が堆積される。In particular, it is important to select the plasma density of other plasma discharges in the region of the workpiece surface. Therefore, as mentioned above, it can also be done by beam control of other plasma discharges and/or or by its output control, and according to the wording of claim 20. According to, by selecting the potential of the workpiece, a workpiece temperature lower than 300°C can be obtained, Nevertheless, as shown in the wording of claim 22, at least However, in terms of the properties required for this type of layer, such as wear properties, ion braking A layer of hard material similar to that deposited by the heating method is deposited.
本発明によるコーティング装置は、請求の範囲第23項の文言によれば、請求の 範囲第24項から第36項に記載の好ましい実施例を特徴としている。According to the wording of claim 23, the coating device according to the invention Featured in the preferred embodiments set forth in the range items 24 to 36.
次に添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、好ましい構造例を用いて本発明方法の原理または本発明のコーティング 装置の原理を基本的な処理シーケンスの形式て略示する側面図と上面図であり、 図2は、考察するワーク表面を図1に示すカソードスパッタリングモードから他 のプラズマ処理モードへ移動させる好ましい方法、ないしはそれに関して本発明 による装置において実施される好ましい方法を略示するものであり、 図3は、図1と図2の処理において、カソードスパッタリング領域と他のプラズ マ放電の領域をワークに関して、かつカソードスパッタリングに関してワークを 制御してシールドすることにより実施される種々のプロセスモードを原理的に示 すものであり、図4は、本発明による処理装置の概略的な縦断側面図であり、図 5は、好ましくは更に手段が設けられる、図4の装置を示すものである。FIG. 1 illustrates the principle of the method of the invention or the coating of the invention using preferred construction examples. 1 is a side view and a top view schematically illustrating the principle of the device in the form of a basic processing sequence; Figure 2 shows that the workpiece surface to be considered is different from the cathode sputtering mode shown in Figure 1. A preferred method of moving to a plasma processing mode or the present invention relating thereto 1 schematically illustrates a preferred method carried out in an apparatus according to FIG. 3 shows the cathode sputtering region and other plasma in the process of FIGS. 1 and 2. The area of the macer discharge is related to the workpiece, and the area of the cathode sputtering is related to the workpiece. Demonstrates in principle the various process modes carried out by controlling and shielding FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional side view of the processing apparatus according to the present invention, and FIG. 5 shows the device of FIG. 4, preferably provided with further means.
本発明方法の概略および原理を示す図1では、1はカソードスパッタリング源、 特にマグネトロン源のスパッタリングされる面、すなわちターゲットを示してい る。In FIG. 1 showing the outline and principle of the method of the present invention, 1 is a cathode sputtering source; In particular, it shows the sputtered surface of the magnetron source, i.e. the target. Ru.
カソードスパッタリング源lから離れて他のプラズマ放電区間3か設けられてい る。他のプラズマ放電区間3は、電源5で略示するように、最も一般的な考察方 法ではDC駆動、マイクロ波領域までのAC駆動、或いはDCと重畳されたAC で駆動される。図1には、他のプラズマ放電は2つの電極間で、すなわち容量的 に発生されるものとして図示されているが、この他のプラズマ放電はここで考察 される最も一般的な場合では任意の公知の方法で発生させることができる。Another plasma discharge section 3 is provided apart from the cathode sputtering source 1. Ru. The other plasma discharge section 3 is the most common consideration, as schematically indicated by the power source 5. The method uses DC drive, AC drive up to the microwave range, or AC superimposed on DC. is driven by. In Figure 1, other plasma discharges occur between two electrodes, i.e. capacitively other plasma discharges are discussed here. In the most common case, it can be generated by any known method.
ワーク7は、本発明によれば、そのコーティングすべき表面をカソードスパッタ リング源lと、区間3において付加的に設けられたプラズマ放電とに交互に暴露 される。これは図1では両方向矢印Sて略示されている。According to the invention, the workpiece 7 has its surface to be coated cathode sputtered. Alternate exposure to ring source I and additionally provided plasma discharge in section 3 be done. This is indicated schematically in FIG. 1 by the double-headed arrow S.
図1には更に、点線で、真空反応容器9が図示されている。FIG. 1 also shows a vacuum reaction vessel 9 in dotted lines.
イオン化すべきガス、例えばアルゴンが、タンク12から制御弁11を介して反 応容器9内に導入される。更に、好ましくはカソードスパッタリング源lの領域 で、ガス導入装置13により反応ガスないしは反応混合ガスがタンク装置15か ら弁装置17により制御または調節されて導入される。それにより少なくとも主 にカソードスパッタリング源lの領域において反応性のコーティングプロセスか 行われ、他のプラズマ放電区間3の領域では堆積された層が「改良」される。The gas to be ionized, for example argon, is reacted from the tank 12 via the control valve 11. It is introduced into the reaction vessel 9. Furthermore, preferably the area of the cathode sputtering source l Then, the reaction gas or reaction mixture gas is transferred to the tank device 15 by the gas introduction device 13. is introduced in a controlled or regulated manner by a valve device 17. At least the main A reactive coating process in the area of cathode sputtering source is carried out and the deposited layer is "improved" in the region of the other plasma discharge section 3.
好ましい実施例において、カソードスパッタリングプロセスは閉ループ制御され る。その場合に好ましくは測定される制御量Xのセンサとしてプラズマ放出モニ タの検出ヘッドが使用され、特にカソードスパッタリング源lの直接の領域に配 置される。その出力信号は、プラズマ放電モニタで解析されて(図示せず)、微 分ユニット21でガイド信号Wと比較される。操作量として好ましくは反応容器 9に供給される反応性ガスの材料流、ないしはその混合比が、弁装fl17によ り調節される。これは場合によっては制御器23を介して行われる。In a preferred embodiment, the cathode sputtering process is closed-loop controlled. Ru. In that case, preferably a plasma emission monitor is used as a sensor for the controlled variable X to be measured. A detector head is used, specifically placed in the immediate area of the cathode sputtering source. be placed. The output signal is analyzed by a plasma discharge monitor (not shown) and It is compared with the guide signal W in the minute unit 21. Preferably a reaction vessel as a manipulated variable The material flow of the reactive gas supplied to 9 or its mixing ratio is controlled by the valve system fl17. is adjusted accordingly. This may take place via the controller 23.
然しなから、カソードスパッタリングプロセスは他の方法でも、例えば電気的セ ンサを用いて或いは測定される制御量の記録装置として結晶層厚測定装置を用い て、スパッタリング率を測定することにより制御することができる。反応ガスの 調節の代わりに、或いはそれに加えてスパッタリング源の電気的な駆動電圧、特 にまたマグネトロン源の磁場発生を調節することもてきる。However, the cathode sputtering process can also be used in other ways, e.g. Using a crystal layer thickness measuring device as a recording device for the controlled variable measured using a sensor or as a recording device for the controlled variable measured It can be controlled by measuring the sputtering rate. of reactive gas Alternatively or in addition to adjusting the electrical drive voltage of the sputtering source, It is also possible to adjust the magnetic field generation of the magnetron source.
図1には制御可能なマスクなどのシールド装置25が一点鎖線で図示されている 。シールド装置により(制御されて)反応容器9内でカソードスパッタリング源 lを有する空間領域を、他のプラズマ放電区間3を有する空間領域からシールド するすることかできる。In FIG. 1, a controllable shielding device 25, such as a mask, is shown in dashed lines. . A cathode sputtering source within the reaction vessel 9 (controlled) by a shielding device. Shielding the spatial region with 1 from other spatial regions with plasma discharge section 3 I can do what I want.
これは本発明の好ましい実施例に設けられている。This is provided in the preferred embodiment of the invention.
こうして特に図3に示すように、ワーク7が他のプラズマ放電3の領域内で位置 決めされている場合に、シールド25を閉鎖することかでき、かつ、カソードス パッタリング源1、好ましくはマグネトロンは自由にスパッタリングすることが できる。同時に他のプラズマ放電3に暴露されるワークの表面7をエツチングし 、加熱し或いは原則的にプラズマ表面処理することができる。そのために図1の 電源5により他のプラズマ放電区間の出力、例えば放電々流が調節され、かつ/ または磁場Bにより制御された他のプラズマ放電3のビームと、それに伴って制 御された出力密度分布か得られるように、ワーク7のプラズマ放電3側の表面に おけるプラズマ密度が所望に調節される。In this way, as shown in particular in FIG. The shield 25 can be closed and the cathode The sputtering source 1, preferably a magnetron, is free to sputter. can. At the same time etching the surface 7 of the workpiece exposed to another plasma discharge 3. , heating or, in principle, plasma surface treatment. For this purpose, Figure 1 The power supply 5 regulates the output of the other plasma discharge sections, for example the discharge current, and/or or the beam of another plasma discharge 3 controlled by the magnetic field B and the corresponding control. In order to obtain a controlled power density distribution, the surface of the workpiece 7 on the plasma discharge 3 side is The plasma density at is adjusted as desired.
その場合に上述の表面において実施される処理プロセスを制御するために、更に 、図1に略示するように、ワーク7における電位φ7が所望に調節され、それに より、当業者に周知のように、イオンシューテイング密度とワーク7におけるイ オンシューテイング強度か調節される。その場合にφ73は好ましくは他のプラ ズマ族t3のプラズマポテンシャルに比べて負に選択され、好ましくは+10V より低く、好ましくは最大で+5V、特に最大で一5Vに選択され、その場合に 好ましくは一5■と一300vの間、代表的には約−150Vに選択される。In order to control the treatment process carried out in that case on the above-mentioned surface, furthermore , as schematically illustrated in FIG. 1, the potential φ7 at the workpiece 7 is adjusted as desired, and Therefore, as is well known to those skilled in the art, the ion shooting density and the impurities in the workpiece 7 are On-shooting strength can be adjusted. In that case, φ73 is preferably selected to be negative compared to the Zuma family t3 plasma potential, preferably +10V lower, preferably at most +5V, especially at most -5V, in which case Preferably it is selected to be between 15 and 300V, typically about -150V.
特に図3に示すように、例えばアルゴンなど希ガスが反応容器内に、この希ガス が上述の容器内でほぼ均一に分配されるように供線される。特に、反応ガスrは カソードスパッタリング源lの直接の領域に導入される。然しなから、図3に点 線で示すように、他のプラズマ放電3の領域においてシールド25が好ましい方 法で閉鎖されているときに、反応性プロセスを実施しようとする場合には、そこ に反応ガスを任意に噴射することも可能である。In particular, as shown in Figure 3, if a rare gas such as argon is present in the reaction vessel, is distributed substantially uniformly within the container. In particular, the reaction gas r is The cathode is introduced in the immediate area of the sputtering source l. However, the point in Figure 3 As shown by the line, the shield 25 is preferred in other areas of the plasma discharge 3. If you are attempting to carry out a reactive process when it is legally closed, It is also possible to optionally inject the reaction gas.
図から明らかなように、本発明によればコーティングすべきワーク表面は交互に カソードスパッタリング源のターゲット面工ないしは他のプラズマ放電3に暴露 される。これを図1において下方に概略的な上面図で図示されている。その場合 に、カソードスパッタリング源φ71の領域における電気的なワーク電位φ7を 、φ73で示される他のプラズマ放電の領域におけるのとは異なるように選択す ることは当然可能である。As is clear from the figure, according to the invention the workpiece surfaces to be coated are alternately Exposure to target surface treatment or other plasma discharges of cathode sputtering sources3 be done. This is illustrated below in FIG. 1 in a schematic top view. In that case , the electrical work potential φ7 in the region of the cathode sputtering source φ71 is set to , φ73 to be different from those in the other plasma discharge regions indicated by φ73. Of course it is possible.
ワーク7のコーティングすべき表面を交互に暴露することは、図2に示すように 好ましい方法で旋回動作または回転動作により実施される。そのためにワーク7 は、そのコーティングすべき表面か交互にスパッタリング源lと他のプラズマ放 電の放電路Pに向くように旋回軸線Aを中心として旋回される。それがω2で図 示されている。或いは例えばディスク状のワークなど、ワーク7aはワーク自体 の軸線Aを中心にω1のように回動されてその両表面がコーティングされる。交 換周波数としては低い周波数が効力を発揮し、それにより著しい簡略化がもたら される。効果的に使用される周波数は最大で30Hzであり、好ましくは10H zより低く、更に好ましくは最大てI Hzであり、代表的には約0.1Hzで ある。The alternate exposure of the surface to be coated of the workpiece 7 is as shown in FIG. This is preferably carried out by a pivoting or rotating movement. For that purpose work 7 The surface to be coated is alternately connected to a sputtering source and another plasma emitter. It is rotated around the rotation axis A so as to face the electric discharge path P. That is ω2 It is shown. Alternatively, the work 7a is the work itself, such as a disk-shaped work. It is rotated at ω1 around the axis A of , and both surfaces thereof are coated. Exchange Lower frequencies are more effective as conversion frequencies, resulting in significant simplification. be done. The frequency effectively used is up to 30Hz, preferably 10H z, more preferably at most I Hz, typically about 0.1 Hz. be.
コーティングすべき表面が湾曲している場合には、表面において少なくともほぼ 均一なプラズマ密度の分布を保証するために、この面に接する接線面Eが、他の プラズマ放電の放電路Pへの接線Tに対してほぼ平行になるように位置決めしな ければならない。If the surface to be coated is curved, at least approximately In order to ensure uniform plasma density distribution, the tangential plane E touching this plane is Position it so that it is almost parallel to the tangent line T to the discharge path P of the plasma discharge. Must be.
図4に、本発明による装置の縦断面を略示する。図4において、図1から図3を 参照して説明した機能ユニットと変数には、同一符号か付されている。FIG. 4 schematically shows a longitudinal section through the device according to the invention. In Figure 4, Figures 1 to 3 are Functional units and variables that have been referenced and explained are given the same reference numerals.
中心軸線Zを中心にほぼ円筒状に構成された、真空ポンプ用の排気スリーブ27 を有する真空処理容器9の外側面に、2つ或いはそれ以上のカソードスパッタリ ング源lが、電気的に絶縁されて取り付けられている。その場合に、好ましくは 、磁場支援されるスパッタリング源は一般にマグネトロン源の概念で知られてい るものである。同様に公知のようにスパッタリング源はアノードリング29に包 囲されており、かつ、各々スパッタリングすべき固体のターゲットプレート31 を育している。Exhaust sleeve 27 for a vacuum pump, having a substantially cylindrical shape centered on the central axis Z Two or more cathode sputters are placed on the outer surface of the vacuum processing chamber 9 having A sounding source l is mounted in an electrically isolated manner. In that case, preferably , magnetic field assisted sputtering sources are generally known by the concept of magnetron sources. It is something that Similarly, as is known, the sputtering source is enclosed in an anode ring 29. solid target plates 31 that are surrounded and each to be sputtered; is nurturing.
当業者には周知であって、ここでは図示しないか、効果的に使用されるマグネト ロンスパッタリング源においてトンネル状の磁場か静的または動的に、スパッタ リングすべきターゲット表面の上方で発生する。それにより、概略的にPLIで 示すように、カソードスパッタリング源プラズマのプラズマ密度が著しく増大さ れる。反応ガスr用のガス導入装置13が、スパッタリングすべきターゲット表 面の領域に直接設けられている。これは、図4では見やすくするために、マグネ トロン1の右だけに図示されている。好ましくは、これは、ターゲット周辺を一 周する少なくとも1つのバイプルーブ33により形成され、ターゲット表面側に ガス用の流出開口部を有し、この開口部を通して、好ましくは約45°の角度に て、反応ガスがターゲット31の表面へ吹き付けられる。Magnets well known to those skilled in the art and not shown or used effectively Sputtering is performed statically or dynamically in a tunnel-like magnetic field in a Ron sputtering source. Occurs above the target surface to be ringed. As a result, roughly PLI As shown, the plasma density of the cathode sputtering source plasma increases significantly. It will be done. The gas introduction device 13 for the reaction gas r is connected to the target table to be sputtered. located directly in the area of the surface. This is shown in Figure 4 for ease of viewing. It is shown only on the right side of TRON 1. Preferably, this It is formed by at least one bi-probe 33 surrounding the target surface side. having an outflow opening for the gas, through which the gas is preferably at an angle of approximately 45°; Then, the reaction gas is blown onto the surface of the target 31.
中心軸線Zに対して同軸にイオン化チャンバ35が設けられており、このイオン 化チャンバは、マスク37を介して反応容器9の内部空間と連通している。好ま しくは、マスク37は反応容器9の壁に関しても、イオン化チャンバ35の壁に 関しても絶縁体39により電気的に絶縁されている。同様に電気的に絶縁されて 、イオン化チャンバ35内に電子放出カソードとしてヒータ電流端子43を存す るホットカソード41が設けられている。上述の軸線Zに対して同軸に、マスク 37の開口部に対向して、反応容器9内にアノード45か反応容器9の壁に関し て絶縁されて取り付けられている。公知のようにして、イオン化チャンバ35と アノード45間に、他のプラズマ放電3としての低電圧プラズマ放電が、マスク 37を通してプラズマビームの形状で発生される。An ionization chamber 35 is provided coaxially with respect to the central axis Z, and this ionization chamber 35 The reaction chamber communicates with the interior space of the reaction vessel 9 via the mask 37. Like In other words, the mask 37 is applied to the walls of the ionization chamber 35 as well as to the walls of the reaction vessel 9. It is also electrically insulated by the insulator 39. similarly electrically isolated , a heater current terminal 43 is present in the ionization chamber 35 as an electron emitting cathode. A hot cathode 41 is provided. Coaxially to the above-mentioned axis Z, the mask An anode 45 is placed in the reaction vessel 9 opposite to the opening of the reaction vessel 37. It is insulated and installed. In a known manner, an ionization chamber 35 and Between the anodes 45 a low voltage plasma discharge as another plasma discharge 3 is applied to the mask. 37 in the form of a plasma beam.
この種の低電圧アーク蒸発区間の構造については、例えばスイス特許公報第63 1743号に詳細に記載されている。Regarding the construction of a low-voltage arc evaporation section of this kind, for example Swiss Patent Publication No. 63 1743 in detail.
アルゴンなどのイオン化すべきガス用の、他のガス導入口11がイオン化チャン バ35に設けられている。更に、軸線Zに対して同軸に1つ或いは複数のコイル 47か設けられており、このコイルにより反応容器9内にほぼ軸方向の磁場が発 生される。コイル47により結合される磁場を変化させることにより、他の放電 3のプラズマビームのビームが調節される。Another gas inlet 11 for the gas to be ionized, such as argon, is connected to the ionization chamber. It is provided on the bar 35. Furthermore, one or more coils are arranged coaxially with respect to the axis Z. 47 is provided, and this coil generates a nearly axial magnetic field within the reaction vessel 9. be born. By changing the magnetic field coupled by the coil 47, other discharges can be generated. The beam of the plasma beam No. 3 is adjusted.
アノード45の周囲には、ワーク用の支持装置49が設けられている。支持装置 には支持リング51が設けられている。この支持リングは中心軸線Zを中心とし てローラ53上を回転する。モータ54により、リング51の周面に分配された ローラ53の少なくとも1つが駆動される。リング51上には軸線Zに対して平 行に立設された複数の回転スタンド55が、電気的に絶縁されて、回転可能に支 持されている。そのために、駆動ローラ57が、反応容器9の壁に固定的に取り 付けられ軸線Zに対して同軸に設けられた円筒部分59と係合している。それに より回転スタンド55は自らの軸を中心としてω55で示すように回転し、同時 に、リング51により中心軸線Zを中心としての51で示すように回転する。A workpiece support device 49 is provided around the anode 45 . support device A support ring 51 is provided. This support ring is centered on the central axis Z. and rotates on the roller 53. distributed over the circumferential surface of the ring 51 by the motor 54 At least one of the rollers 53 is driven. On the ring 51, there is a A plurality of rotary stands 55 erected in rows are electrically insulated and rotatably supported. held. For this purpose, the drive roller 57 is fixedly attached to the wall of the reaction vessel 9. It engages with a cylindrical portion 59 which is attached and coaxially disposed with respect to the axis Z. in addition Therefore, the rotating stand 55 rotates around its own axis as shown by ω55, and at the same time Then, the ring 51 rotates about the central axis Z as shown by 51.
ツリー状に形成された回転スタンド55には、複数の張り出した支持体61か設 けられており、それにワーク7が吊り下げられ或いは載置されて保持されている 。こうしてワーク7は、回転運動ω55により、各々のカソードスパッタリング 源lの領域と他のプラズマ族に3の領域に交互に旋回され、それと同時に回転運 動ω51により1つのカソードスパッタリング源1から次のカソードスパッタリ ング源へ移送される。更に、符号65と63はカソードスパッタリング源lを駆 動する、或いはアノード45に関する電子放出カソードに電位を印加するための 電源である。A tree-shaped rotating stand 55 is provided with a plurality of projecting supports 61. The workpiece 7 is suspended or placed on it and held. . In this way, the workpiece 7 is rotated by the rotational movement ω55, so that each cathode sputtering The source 1 region and other plasma groups are rotated alternately into the 3 region, and at the same time rotational movement is performed. Due to the movement ω51, one cathode sputtering source 1 to the next cathode sputtering transferred to the source. Further, numerals 65 and 63 drive the cathode sputtering source l. for moving or applying a potential to the electron-emitting cathode with respect to the anode 45. It is a power source.
更に調節可能な電源67か設けられている。電源67により、例えばモータ54 の駆動軸と、ローラ53と、リング51と、回転スタンド55どを介してワーク 7の電位が調節される。Additionally, an adjustable power source 67 is provided. For example, the motor 54 The workpiece is moved through the drive shaft, roller 53, ring 51, rotary stand 55, etc. 7 is adjusted.
図5には、図4に示す装置が再び図示されている。然しなから、図5では図面を 見やすくするために図4には図示されていない、他の好ましい手段が図示されて いる。各カソードスパッタリング源1に対して測定値検出器70、好ましくはプ ラズマ放出モニタの検出ヘッドか設けられている。これは概略的に符号72で示 すように、他のプラズマ放電3の放射に対して相当する形状に形成され、かつ配 置されたシールドにより遮閉が行われる。各測定値検出器の出力信号は評価され た後に、所定の目標値またはガイド値、図5によれば同一の値Wと比較され、比 較結果が制御偏差Δとして各々カソードスパッタリング源1に対して設けられた アクチュエータ、好ましくは各々反応ガス供給部内に制御弁により形成されたア クチュエータ74へ供給される。In FIG. 5, the device shown in FIG. 4 is illustrated again. However, in Figure 5, the drawing is Other preferred means not shown in FIG. 4 for clarity are shown. There is. For each cathode sputtering source 1 a measurement value detector 70, preferably a prism A detection head for a plasma emission monitor is provided. This is indicated schematically at 72. It is formed in a shape corresponding to the radiation of other plasma discharges 3 and arranged so that Shielding is performed by the placed shield. The output signal of each measured value detector is evaluated. After that, it is compared with a predetermined target value or guide value, the same value W according to FIG. The calibration results were set as control deviation Δ for each cathode sputtering source 1. The actuators preferably each have an actuator formed by a control valve in the reactant gas supply. is supplied to the actuator 74.
それにより各カソードスパッタリング源1においてコーティングプロセスが個別 に効果的に制御される。従って、特に電気的に不良の或いは絶縁しない層でワー クをコーティングする場合に、源からスパッタされた固体の反応生成物として反 応ガスを用いて、閉ループ制御なしでは安定化されないであろう作業点、すなわ ちスパッタされたターゲット表面が上述の不良または導電性でない反応生成物に より汚染されて、コーティングプロセスは、完全に中断されない場合には、いわ ゆる[アーキング(arcing)」により支配できなくなる、その作業点も調 節することが可能になる。This allows the coating process to be performed individually in each cathode sputtering source 1. be effectively controlled. Therefore, especially when working with electrically poor or non-insulating layers, The reaction product is a solid reaction product that is sputtered from the source when coating a liquid. Using reactive gases, work points that would not be stabilized without closed-loop control, i.e. If the sputtered target surface becomes contaminated with the above-mentioned defective or non-conductive reaction products, If more contaminated, the coating process will be completely interrupted, so to speak. The work points that can no longer be controlled due to loose [arcing] are also investigated. It becomes possible to make a clause.
更に好ましくは、各カソードスパッタリング源lとワーク支持体装置49の移動 路との間に制御移動されるシールド74か、例えば上方と下方のガイド内で走行 するように設けられている。駆動装置76により各シールド74は、ターゲット 表面およびガス導入パイプ33とワーク支持体49との間に導入され、かつ、こ の領域から引き戻され、そのとき、該当するワークがカソードスパッタリングに 暴露される。More preferably, each cathode sputtering source 1 and the workpiece support device 49 are moved. The shield 74 is moved in a controlled manner between the road and the road, e.g. It is set up to do so. Each shield 74 is moved by a drive device 76 to a target. Introduced between the surface and the gas introduction pipe 33 and the workpiece support 49, and this When the workpiece is pulled back from the area, the corresponding workpiece is cathode sputtered. be exposed.
上述の方法と効果的に使用される装置は、特に、工具なとのワークを硬石、特に 窒化チタンから成る、或いはまた硬石として知られる層である窒化物層、炭化物 層または窒素酸化物層もしくはそれとタンタル、チタン、ハフニウム、ジルコン またはアルミニウムとの混合物でコーティングするのに適している。その場合に 固体としては好ましくはチタンなどの金属相がスパッタされ、その場合にサブ窒 化、サブ酸化、或いはサブ炭化化合物をカソードスパッタリングすることは全く 可能である。The above-described method and the equipment effectively used are particularly useful for cutting tools and workpieces into hard stones, especially Nitride layer, carbide layer consisting of titanium nitride, or also known as anhydrite layer or nitrogen oxide layer or with tantalum, titanium, hafnium, zircon Or suitable for coating with mixtures with aluminum. In that case As a solid, preferably a metallic phase such as titanium is sputtered, in which case a sub-nitrogen phase is sputtered. Cathode sputtering of oxidation, sub-oxidation, or sub-carburization compounds is completely unnecessary. It is possible.
次に、ドリルをコーティングすることについて、図4および図5を用いて説明し たような装置における処理を示す。Next, coating the drill will be explained using FIGS. 4 and 5. This figure shows the processing in such a device.
1、加熱 真空反応容器9は、2 X 10−’mbarまて排気される。ワーク支持体の 駆動装置か起動し、ホットカソードか150Aの加熱電流で加熱される。スリー ブllを介して、アルゴンが3 X I O−3mbarの圧力まで導入され、 続いて低電圧アーク放電3が点火される。その放電々流は60Aに調節される。1.Heating The vacuum reaction vessel 9 is evacuated to 2 x 10-' mbar. work support The drive device is activated and the hot cathode is heated with a heating current of 150A. Three argon is introduced through the bull to a pressure of 3 × I O-3 mbar, Subsequently, a low voltage arc discharge 3 is ignited. Its discharge current is adjusted to 60A.
その後、アルゴンの圧力は25×lO−’mbarに減圧され、回転するワーク が約12分間プラズマ加熱される。ユニット67によりワークの電位が例えば接 地された反応容器壁に対して調節される。Afterwards, the argon pressure was reduced to 25×1O-’mbar and the rotating workpiece was is plasma heated for about 12 minutes. The unit 67 sets the potential of the workpiece, e.g. Adjusted for grounded reaction vessel walls.
2、エツチング 反応容器内のアルゴン圧力は3 X I O−2mbarに増圧され、コイル4 7により放t3のプラズマビームか特に収束される。アーク放電3の放電々流か 70Aに増加される。電源67によりワークの電位を約−200Vに低下させる ことにより、ワーク方向へのイオン加速電圧が増加されて、ワーク表面がエツチ ングされる。このエツチングプロセスの間マスク74は好ましくは閉鎖されてい るので、反応容器9の中央のチャンバ部分内でエツチングプロセスが行われ、同 時にカソードスパッタリング源lのターゲット表面は自由にスパッタリングする ことができる。2. Etching The argon pressure inside the reaction vessel was increased to 3 × I O-2 mbar, and the coil 4 7, the plasma beam of radiation t3 is particularly focused. Is it the discharge flow of arc discharge 3? Increased to 70A. Lower the potential of the workpiece to approximately -200V using the power supply 67. As a result, the ion acceleration voltage toward the workpiece is increased, and the workpiece surface is etched. will be processed. Mask 74 is preferably closed during this etching process. Therefore, the etching process is carried out in the central chamber part of the reaction vessel 9. Sometimes the target surface of the cathode sputtering source sputters freely. be able to.
3、コーティング アルゴン圧力は18 、 10 ””mbarに増圧され、プラズマ放電3の放 電ビームはコイル47内のコイル電流の減少によりデフォーカスされる。放電3 の放電々流は更に約50Aに戻される。カソードスパッタリング源lがオンにな っている場合には、シールド74が引き戻されて、ワークはω55に示すように 回転することにより交互に各々カソードスパッタリング源1と他の放電3の中央 プラズマビームに暴露される。3. Coating The argon pressure was increased to 18,10" mbar, and the plasma discharge 3 was discharged. The electric beam is defocused by decreasing the coil current in coil 47. discharge 3 The discharge current is further returned to about 50A. The cathode sputtering source is turned on. , the shield 74 is pulled back and the workpiece is moved as shown in ω55. By rotating the center of each cathode sputtering source 1 and the other discharge 3 alternately Exposure to plasma beam.
本発明方法と本発明装置によれば、硬質材料層が形成され、この硬質材料層はイ オンブレーティングにより形成された層とほぼ同一の要請を満たす。According to the method and apparatus of the present invention, a hard material layer is formed, and this hard material layer is It satisfies almost the same requirements as the layer formed by onblating.
3、のどころで上述した処理に従って、図5に示す装置を用いて高速度w4H3 sからなる6mmドリルがTiNでコーティングされた。図5に示す装置に設け られている16のツリーの回転速度ω55は約0.1Hzであった。3. High speed w4H3 using the device shown in FIG. 5 according to the process described above. A 6 mm drill consisting of S was coated with TiN. Provided in the device shown in Figure 5 The rotation speed ω55 of the 16 trees shown was approximately 0.1 Hz.
次に示す表に、コーティングプロセスパラメータを変化させて、穴あけテストの 結果が「穴数」にまとめられている。穴あけテストとして品質保証のための標準 テストが使用された。それにより「穴数」の記載はドリルの相対的な品質基準で ある。The following table shows the results of drilling tests by varying the coating process parameters. The results are summarized in the number of holes. Standard for quality assurance as drilling test test was used. Therefore, the "number of holes" is a relative quality standard of the drill. be.
表に示す試験についてのコメント 第1番: 90Aのアーク電流による低電圧中心放電(NZE)によるスパッタリング。基 板電流は第8番の4倍。それによりスパッタリング温度がより高い(310℃) 。ワークの中心プラズマ密度が高いことにより金色に輝くコンパクトな層が得ら れる。穴あけテストの際の成績は例えば第8倍の場合よりもずっと良好である。Comments on the tests shown in the table Number 1: Sputtering by low voltage central discharge (NZE) with an arc current of 90A. base The plate current is four times that of No. 8. Therefore, the sputtering temperature is higher (310℃) . Due to the high plasma density at the center of the workpiece, a compact layer with a golden glow can be obtained. It will be done. The performance during drilling tests is much better than, for example, with the 8x.
第2番と第3番: より小さいNZE−プラズマ流−電流密度によるスパッタリング。No. 2 and No. 3: Sputtering with smaller NZE-plasma flow-current density.
ワークにおけるイオンシューテイングとそれよる基盤温度は小さい。Ion shooting in the workpiece and the resulting base temperature are small.
然しなから、層はなおコンパクトで輝いている。しかも、穴あけテストの際の成 績は第1番よりもよい。However, the layers are still compact and shiny. Moreover, the performance during the drilling test The score is better than No. 1.
第4番: 基板電流を小さくすることによりコーティング温度を低下、穴あけ成績の目だっ た減少なし。Number 4: By reducing the substrate current, the coating temperature is lowered and the drilling performance is improved. No decrease.
第5番: より高いコイル電流(IOA)でアルゴンのイオン化度が増大し、それにより基 板におけるNZEプラズマ密度(基板電流)が高くなる。穴あけ成績はややよい が、温度は第6番のバッチに比較して著しく高い。Number 5: Higher coil current (IOA) increases the degree of ionization of argon, thereby The NZE plasma density (substrate current) at the plate increases. Drilling results are somewhat good. However, the temperature is significantly higher compared to batch number 6.
第6番: 最も低いコーティング温度で良好な穴あけ結果。磁場−アーク電流の最適な組合 せ。層はコンパクトでゴールド。Number 6: Good drilling results at the lowest coating temperatures. Optimal combination of magnetic field and arc current height. The layers are compact and gold.
第7番: 実際にはコイル電流なしで試料におけるNZEプラズマ密度は満足のゆくもので はなく、それによってより粗い層構造と穴あけ成績の悪化がもたらされた。Number 7: In fact, the NZE plasma density in the sample without coil current is satisfactory. This resulted in a coarser layer structure and poorer drilling performance.
第8番。Number 8.
純粋に反応性スパッタリング(低電圧中心放電なし)。達成可能な最も低い温度 (3X8kWによる)、然しなから、穴あけ結果はコーディングされていないド リルと同様である。粗い、茎形状の構造を有するマットでブラウンの層。Purely reactive sputtering (no low voltage center discharge). lowest temperature achievable (by 3X8kW), however, the drilling results are not coded. Similar to Lil. Matte, brown layers with a coarse, stalk-shaped structure.
第9番。Number 9.
12kWのスパッタリング出力により堆積率は著しく増大。然しなから、第6番 のバッチのパラメータでは、Arイオンによる充分な、イオンシューテイングを 保証するためには、ワークにおけるプラズマ密度は小さ過ぎる。層は余りコンパ クトでなく、穴あけ成績は著しく悪化。The deposition rate increases significantly with a sputtering power of 12 kW. However, number 6 With the batch parameters of The plasma density at the workpiece is too small to be guaranteed. Layers are too compact However, the drilling performance deteriorated significantly.
第1O番。No. 1 O.
45AのNZEプラズマ流−電流密度で初めて、3X12kWスパツタリング出 力においてワークにおけるArイオンシューテイングは、コンパクトな層の堆積 を可能にするために充分になった。穴あけ成績は良好であるが、温度は300° Cを越える。NZE plasma flow of 45A - 3X12kW sputtering output for the first time with current density Ar ion shooting in the workpiece in force results in compact layer deposition became sufficient to make it possible. The drilling results are good, but the temperature is 300° Exceed C.
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