JP3584593B2 - Carbide manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カーバイド、すなわち、炭素と金属との化合物の製造方法に関し、特に、簡素化されたカーバイドの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
カーバイド(Carbide)とは、一般に炭素と金属との化合物を言い、工具や機械の可動部にカーバイドの膜をコーティングすることにより、工具や機械の耐久性や耐磨耗性を飛躍的に向上させることができる。
図3は、従来のカーバイド製造装置の構成を示す断面図である。グラファイトと金属との混合物よりなるターゲット21の外周にアースシールド20が配され、ターゲット21の上面に対向して基板22が配されている。ターゲット21とアースシールド20とには、直流電源27が接続されるとともに、アースシールド20は、正極性側であり接地28に接続されている。なお、図3の装置は、図示されていない真空容器に収納され、アルゴンガスが封入されている。
【0003】
図3において、直流電源27を駆動させると、アースシールド20の縁端部20A付近のアルゴン粒子24が正極性にイオン化された粒子25になる。この粒子25は負極性電位にあるターゲット21へ引かれ、ターゲット21の上面に当たる。それによって、ターゲット21からスパッター粒子26が弾き飛ばされる。スパッター粒子26は、粒子25とは逆の方向へ動き、基板22の下面に当たり膜29となって基板22に付着する。スパッター粒子26は、ターゲット21の含む炭素原子と金属原子とが化合した粒子、すなわち、カーバイド粒子である。ターゲット21に含まれる金属の種類を変えることによって、種々のカーバイドの膜29を形成することができる。ターゲット21に混合させる金属を、例えば、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)とすると、それぞれTiC、ZrC、HfC、VC、NbC、TaC、MoC、WCの膜29が基板22に形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の製造方法では、ターゲットの製造に手間がかかるという問題があった。
すなわち、ターゲットは、グラファイトの粉末と金属の粉末とをよく混合した後、加熱しながら加圧成形するという手間が必要であった。カーバイドの製造工程をできるだけ簡素化し、カーバイドの成膜コストを下げたいという要望があった。
【0005】
この発明の目的は、カーバイドの製造工程を簡素化することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の方法によれば、真空容器内にグラファイトよりなる電極と金属よりなる電極とを間隙を介して配し、前記間隙に希ガスを流した状態でピンチプラズマを発生させ、このピンチプラズマによってカーバイドを基板上に成膜させる。ピンチプラズマは、電流が流れることによって形成された磁界のために細く収縮され、高密度、高圧力になったプラズマである。発明者らは、このピンチプラズマによって、一方の電極であるグラファイト材と、他方の電極である金属材とが分解し、炭素原子と金属原子が再結合することによってカーバイドができ、基板上に成膜することを発見した。この方法によれば、従来のようにターゲットを一旦作らねばならないという手間が省ける。すなわち、グラファイ製の電極と金属製の電極とを用意すればよく、ピンチプラズマの発生という一度の製造工程だけで済む。
【0007】
かかる方法において、前記金属は、チタン,ジルコニウム,ハフニウム,バナジウム,ニオブ,タンタル,モリブデン,タングステンからなる群から選ばれたものとすることにより、前記金属と炭素との化合物、すなわち、TiC,ZrC,HfC,VC,NbC,TaC,MoCあるいはWCの膜が基板上に形成される。
【0008】
【発明の実施の形態】
この発明の方法は、真空容器内にグラファイトよりなる電極と金属よりなる電極とを間隙を介して配し、前記間隙に希ガスを流した状態でピンチプラズマを発生させ、このピンチプラズマによってカーバイドを基板上に成膜させる方法である。
【0009】
以下、この発明の方法を実施例に基づいて説明する。図1は、ピンチプラズマの発生装置の動作を説明する断面図であり、それぞれ(A)はガス吹き付け時、(B)は円筒状プラズマ発生時、(C)はピンチプラズマ発生時の状況を示す。図1における電極1、2は対をなし、図示されていない真空容器に収納されている。電極1はガス吹き出し側のもので、上部にガス導入系9が接続され、ガス通路1Aを介してガス30をバルブ4に導いている。さらに、バルブ4の出口(下側)には円筒状のガス通路1Bが配され、下方にガス30を吹き出している。一方、電極2はガス30の流れを受けている。電極1、2は、投入スイッチ11を介して電源10に接続されている。
【0010】
まず、図1(A)において、投入スイッチ11を開成した状態でバルブ4を開成すると、電極1と電極2の間の真空ギャップ中にガス30が吹き出し、ガス30が円筒状に分布するようになる。次に、図1(B)において、投入スイッチ11を閉成すると、ガス30が円筒状のプラズマ31になり電流Iが流れる。この電流Iによってプラズマ31を周回する磁束Φが発生するので、プラズマ31はローレンツ力によって半径方向内方に力を受ける。その結果、図1(C)のように細く円柱状に収縮したピンチプラズマ3が形成される。このピンチプラズマ3からは、放射光3Aが放射される。
【0011】
ピンチプラズマ3は、プラズマが高密度に収縮したものであり、一般にアークよりはその圧力が桁違いに高い。そのために、ピンチプラズマ3の周囲に1nmないし100nmという短い波長の電磁波が放射される。このピンチプラズマ3の放射光3Aは、例えば、半導体の表面加工などに応用されている。なお、図1において、ガス30を吹き出さない状態で投入スイッチ11を閉成すれば、単なるアークの発生だけになり、細く円柱状に収縮したピンチプラズマ3には決してならない。
【0012】
図2は、この発明の実施例にかかるカーバイド製造装置の構成を示す要部拡大断面図である。ピンチプラズマ3に対向する位置に基板35が配されている。また、電極1はグラファイト製とし、電極2は金属製とし、ガス通路1Bに流すガスは、アルゴンガスとする。図2において、図示されていない周囲の構成は図1と同じである。電極1、2からピンチプラズマ3によって炭素原子と金属原子とが一旦遊離し、再結合する。この再結合によってカーバイドができ、放射光3Aとともに放射されて基板35上に膜6を形成する。
【0013】
図2において、電極2の金属を、例えばチタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)とすると、それぞれTiC、ZrC、HfC、VC、NbC、TaC、MoC、WCの膜6が基板35に形成される。
【0014】
なお、図2において、ガス通路1Bに流すガスは、一般に希ガスならばよく、他と反応しなければよい。また、電極1と電極2とは、どちら側が金属であってもよい。すなわち、電極1と電極2のどちらか一方がグラファイト製、他方が金属製であればよい。
図2の装置によれば、従来のようにターゲットを一旦作らねばならないという手間が省ける。すなわち、グラファイ製の電極1と金属製の電極2とを用意すればよく、ピンチプラズマ3の発生という一度の製造工程だけで済む。
【0015】
【発明の効果】
この発明の方法は、前述のように、真空容器内でグラファイトよりなる電極と金属よりなる電極の間隙に希ガスを流した状態でピンチプラズマを発生させ、このピンチプラズマによってカーバイドを基板上に成膜させる。この方法によれば、従来のようにターゲットを一旦作らねばならないという手間が省け、ピンチプラズマの発生という一度の製造工程だけで済む。カーバイドの製造工程か簡素化されるので、カーバイドのコーティング処理コストが低減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】ピンチプラズマの発生装置の動作を説明する断面図であり、それぞれ(A)はガス吹き付け時、(B)は円筒状プラズマ発生時、(C)はピンチプラズマ発生時の状況を示す図
【図2】この発明の実施例にかかるカーバイド製造装置の構成を示す要部拡大断面図
【図3】従来のカーバイド製造装置の構成を示す断面図
【符号の説明】
1,2:電極、1A,1B:ガス通路、3:ピンチプラズマ、3A:放射光、4:バルブ、6:膜、9:ガス導入系、10:電源、11:投入スイッチ、30:ガス、31:プラズマ、35:基板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a carbide, that is, a compound of carbon and a metal, and more particularly to a method for producing a simplified carbide.
[0002]
[Prior art]
Carbide generally refers to a compound of carbon and metal. By coating a movable film of a tool or a machine with a carbide film, the durability and abrasion resistance of the tool or the machine are remarkably improved. be able to.
FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of a conventional carbide manufacturing apparatus. An earth shield 20 is arranged on the outer periphery of a
[0003]
In FIG. 3, when the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional manufacturing method as described above has a problem that it takes time to manufacture the target.
In other words, the target required time and effort to mix the graphite powder and the metal powder well and then press-mold while heating. There has been a demand to simplify the carbide manufacturing process as much as possible and to reduce the film forming cost of the carbide.
[0005]
An object of the present invention is to simplify a manufacturing process of a carbide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the method of the present invention, an electrode made of graphite and an electrode made of metal are placed in a vacuum vessel via a gap, and a pinch plasma is supplied in a state where a rare gas flows in the gap. And carbide is formed on the substrate by the pinch plasma. A pinch plasma is a plasma that has been thinly contracted due to a magnetic field formed by the flow of an electric current and has a high density and a high pressure. The inventors decompose the graphite material serving as one electrode and the metal material serving as the other electrode by the pinch plasma, and form carbon by recombining carbon atoms and metal atoms to form carbide on the substrate. Found to film. According to this method, it is possible to eliminate the need for once forming a target as in the conventional method. That is, it is only necessary to prepare a graphite electrode and a metal electrode, and only one production step of generating pinch plasma is required.
[0007]
In this method, the metal is selected from the group consisting of titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, molybdenum, and tungsten, so that a compound of the metal and carbon, that is, TiC, ZrC, A film of HfC, VC, NbC, TaC, MoC or WC is formed on the substrate.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to the method of the present invention, an electrode made of graphite and an electrode made of metal are arranged in a vacuum vessel via a gap, and a pinch plasma is generated in a state where a rare gas flows in the gap, and carbide is generated by the pinch plasma. This is a method of forming a film on a substrate.
[0009]
Hereinafter, the method of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the operation of a pinch plasma generating apparatus, wherein (A) shows a state at the time of blowing gas, (B) shows a state at the time of generating cylindrical plasma, and (C) shows a state at the time of generating a pinch plasma. . The
[0010]
First, in FIG. 1A, when the valve 4 is opened with the closing switch 11 opened, the
[0011]
The pinch plasma 3 is obtained by shrinking the plasma at a high density, and generally has an order of magnitude higher pressure than an arc. Therefore, an electromagnetic wave having a short wavelength of 1 nm to 100 nm is radiated around the pinch plasma 3. The radiation 3A of the pinch plasma 3 is applied to, for example, semiconductor surface processing. In FIG. 1, if the closing switch 11 is closed in a state in which the
[0012]
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part showing a configuration of the carbide manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention. A substrate 35 is arranged at a position facing the pinch plasma 3. The
[0013]
In FIG. 2, the metal of the
[0014]
In FIG. 2, the gas flowing through the gas passage 1B is generally a rare gas, and does not have to react with other gases. Either side of the
According to the apparatus shown in FIG. 2, it is possible to eliminate the need for once forming a target as in the conventional technique. That is, it is sufficient to prepare the
[0015]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, as described above, pinch plasma is generated in a state in which a rare gas flows in a gap between an electrode made of graphite and an electrode made of metal in a vacuum vessel, and carbide is formed on the substrate by the pinch plasma. Film. According to this method, it is not necessary to once produce a target as in the related art, and only a single manufacturing process of generating a pinch plasma is required. Since the manufacturing process of the carbide is simplified, the cost of coating the carbide is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views illustrating the operation of a pinch plasma generating apparatus, wherein FIG. 1A shows a state when gas is sprayed, FIG. 1B shows a state when cylindrical plasma is generated, and FIG. FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part showing a configuration of a carbide manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional carbide manufacturing apparatus.
1, 2: electrode, 1A, 1B: gas passage, 3: pinch plasma, 3A: emitted light, 4: bulb, 6: membrane, 9: gas introduction system, 10: power supply, 11: input switch, 30: gas, 31: plasma, 35: substrate
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Priority Applications (1)
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| JP03027396A JP3584593B2 (en) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | Carbide manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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