(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工体を反応的に処理する方法であって、プラズマ・ビーム（１）が真空排気された受容器内（１０）で作られ、ビーム軸（Ａ）に沿ってプラズマ密度の最高の領域に関連して被加工体がラジアル方向に向けて配置され、新鮮な反応気体（Ｒ）が受容器（１０）に導入され、消費され、受容器より排気されるよう構成され、同時に処理すべき被加工体表面が、縦方向に伸張された回転面に沿って分配され、プラズマ・ビームの周りに配置される方法であって、前記回転面を前記ビーム軸より半径方向に距離を置いて配置し、かつ前記ビーム軸に直交する面（Ｅ）におけるプラズマ密度が前記ビーム軸におけるのプラズマ密度の最大値（ｍａｘ）の多くても２０％となる位置に配置することを特徴とする、被加工体を反応的に処理する方法。
【請求項２】
処理が被膜の堆積であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
プラズマ・ビーム（１）が、アーク放電として、また好ましくは電流アーク放電として、形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
回転面（Ｆ）として円筒面（２４）が選択されることを特徴とする、請求項１〜３に記載の方法。
【請求項５】
軸に直交する面（Ｅ）内には、同面の内の考察された面（Ｅ）上におけるプラズマ密度の最大値（ｍａｘ）の多くても１０％となるプラズマ密度領域内の面上に前記回転面が存在することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
被加工体がリング状に軸（Ａ）の周りに、不動に配置されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
被加工体が回転面（Ｆ）に沿って回転（ωA ）、ないしは外套線（Ｍ）に関して回転（ωＭ ）し、ないしは受容器内に事実上ビーム軸（Ａ）に平行な気体流
路（Ｇ）が準備されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
プラズマ密度分布が事実上軸に平行な磁場によって制御されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
プラズマ・ビームが、出口オリフィス（１８）を有する陰極チャンバ（１２）による熱陰極放電によって電流アークとして形成され、被加工体が、回転面（Ｆ・２４）に沿い、陽極から１１５ｃｍの間隔を有する点と、出口オリフィスから１０ｃｍ離れた点との間に配置されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
被加工体が、ポテンシャルからポテンシャルへの態様に、または、調節可能な電気ポテンシャル中に、置かれていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
プラズマ・ビーム（１）が熱陰極または冷陰極を用いたアーク放電で形成されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
受容器（１０）内の圧力が１０Ｐａと１０5 Ｐａの間（両限界値を含む）で選択されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
プラズマ・ビームの電気放電電力が単位面積当り、予め与えられたコーティング可能面につき、最低１０Ｗ／ｃｍ2 に選ばれていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
ｃＢＮ被膜、α−Ａｌ2 Ｏ3 またはＣ3 Ｎ4 被膜、またはダイヤモンド被膜のような準安定な被膜を堆積させるための方法である、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法の使用。
【請求項１５】
表面処理のために、反応性の化学結合としてのフリー・ラディカルの結合を実現させるための方法である、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法の使用。
【請求項１６】
真空処理装置であって、構成要素に、プラズマ・ビーム生成手段（３，５；１４，２０）と、反応気体（Ｒ）貯蔵器に結ばれた気体導入手段（２９）と、作成手段を通じて作成されたプラズマ・ビーム（１）の軸（Ａ）からラジアル方向に離れて軸方向に延びる被加工体ホルダー手段（２４）と、気体吸引手段（２６）とを備え、被加工体ホルダー手段（２４）が、プラズマ・ビーム（１）の軸（Ａ）と同軸の回転面（Ｆ）に配置され、前記回転面を前記ビーム軸より半径方向に距離を置いて配置し、かつ前記ビーム軸に直交する面（Ｅ）におけるプラズマ密度が前記ビーム軸におけるのプラズマ密度の最大値（ｍａｘ）の多くても２０％となる位置に配置することを特徴とする、真空処理装置。
【請求項１７】
回転面（Ｆ）が円筒面（２４）であることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
作成手段がアーク放電であり、そのアーク放電が熱陰極または冷陰極で作られていることを特徴とする、請求項１６または１７に記載の装置。
【請求項１９】
軸に平行な磁場（Ｈ）を作る手段（３２）が、少なくとも１つの事実上のプラズマ・ビーム（１）の幅に沿って設けられていることを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
被加工体ホルダー手段（２４）が、電気的なポテンシャルからポテンシャルへの態様で操作されているか、または、調節可能な直流または交流または交流＋直流電源に接続されていることを特徴とする、請求項１６〜１９のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
回転面の軸方向の延びが、陽極の前約１５ｃｍの位置と、熱陰極放電用陰極チャンバのオリフィスの後約１０ｃｍの位置との間に延びていることを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
回転面上の大円の最小半径（ｒ）が、プラズマ・ビーム（１）のプラズマ密度領域にあり、そこのプラズマ密度が、個々の考察大円（Ｅ）上の最大プラズマ密度の多くても１０％であることを特徴とする、請求項１６〜２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
ｃＢＮ被膜、α−Ａｌ2 Ｏ３ 皮膜、Ｃ３Ｎ４ 被膜、およびダイヤモンド被膜のうちのいずれかを堆積させるための装置である、請求項１６〜２２のいずれかに記載の装置の使用。
【請求項２４】
表面処理のためのフリー・ラディカルの化学結合を実現させるための、請求項１６〜２２のいずれかに記載の装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被加工体を反応的に処理する方法、この方法を用いた真空処理装置、および、その方法、装置の使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記の種類の方法はスイス特許ＣＨ−ＰＳ６６４７６８により既知であって、それによればプラズマ・ビームとして、熱陰極を用いた低圧アーク放電が採用され、その際、被加工体は事実上ビーム軸に平行に、またその軸に関して放射状に置かれ、その結果最高のプラズマ密度の外側でビーム軸に沿って配列されることになる。
【０００３】
反応気体は、ビーム軸に関して直径方向に被加工体に向かって吹き込み噴射される。吹き込まれた反応気体はプラズマ中で被膜コートすべき被加工体の表面上で反応し、反応生成物が被加工体表面上にフィルム状に堆積される。反応せずに残った未反応の反応気体や気体状の反応生成物もまた、通常、アルゴンのような不活性ガスからなる作業気体とともに受容器より吸引される。
【０００４】
短所としては、冒頭で述べたような構成では、きれいな準安定な被膜を広い表面にわたって堆積させることができないという点にある。
【０００５】
ダイヤモンド被膜の堆積に特定した場合、ダイヤモンド被膜の堆積に必要と推測されるのは、１つには、スイス特許ＣＨ６６４７６８による場合よりもっと高いプラズマ密度を採用することであるということが、米国出願Ｎｏ．７５７６９４に対応するドイツ出願ＤＥ４０２９２７０から知られており、そうすることによって、同時により広い被加工体表面を、あるいはより多数の被加工体を同時に均一に被膜コートすることが可能になる。
【０００６】
このことは、上記文献によれば、複数の個々のプラズマ・ビームが互いに並んで形成され、それにより空間的に配分された一様に高密度なプラズマが実現されることによって達成される。
【０００７】
この文献には被加工体を、集束する１つのプラズマ・ビームに関して、最大プラズマ密度の約５０％の範囲に配置すべきことが例に基づいて記されている。より広い面にわたって同じ品質の被膜を再現可能に実現することは、非常に難しいということがわかっている。
【０００８】
以下に次の参考文献を掲げておく。
▲１▼  ＷＯ，Ａ，９２  ２０４６４（セルステック社）。
【０００９】
▲２▼  第３９回米国真空協会全国シンポジウム、米国イリノイ州、シカゴ、１９９２年１１月９〜１３日、第１１巻第４号ｐｔ．１、ＩＳＳＮ  ０７３４−２１０１、真空の科学・技術誌Ａ（真空、表面、フィルム）、米国、１９９３年７月〜８月、１４８６〜１４９０頁。
【００１０】
▲３▼  バードス・Ｌ等「細いチューブの内壁コーティングに適用されたラジオ周波数プラズマ・ジェット」１４８７頁。
【００１１】
▲４▼  ＧＢ，Ａ，２１７６８０８（バルツァース高真空）。
▲５▼  ＥＰ，Ａ，０４７８９０９（バルツァース高真空）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、より広い被加工体表面ないし多数の被加工体を同時に、つまり、大規模技術的、経済的に、そして再現可能に均等に処理すること、特に被膜コーティング処理をすることができ、作成困難な準安定な被膜、特にダイヤモンド、ｃＢＮ、α−Ａｌ2 Ｏ3 あるいはＣ3 Ｎ4 被膜の堆積に完全に適した、冒頭に述べた類の処理方法を確立することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的のために冒頭に触れた方法は、請求項１の特徴部分に基づいて傑出したものになる。特に低密度プラズマの使用ないしは低圧アーク放電使用は、請求項１に示した原理により、前述の一般的な被膜コーティング処理を主とする前述の一般的な処理法に加え、前述のダイヤモンド、ｃＢＮ、α−Ａｌ2 Ｏ3 あるいはＣ3 Ｎ4 の被膜のような、先に述べた作成困難な準安定な被膜の装着をも、驚くべき素晴らしい方法で、大規模技術的、経済的に可能にする。
【００１４】
「準安定」なる表現は後ほど、「無機化学教科書」、ホレマン−ヴィーベルク、ヴァルター・ド・グルイター、ベルリン、ニューヨーク、１９７６年第８１−９０版１８３頁の定義により明らかにする。
【００１５】
請求項２〜１３には本発明による方法の推奨変形実施形態が、請求項１６〜２２には本発明による装置が詳細に記載され、請求項１４、１５、２３、２４には上記方法または上記装置の推奨使用例が示されている。
【００１６】
被加工体が均一に配分されたプラズマの、プラズマ密度の高い領域（あるいは少なくとも最高プラズマ密度の５０％の領域）に配置されているＤＥ４０２９２７０による方法に対し、本発明によれば、狭い通路に極度に高い密度のプラズマを発生させるのに際して、特に好ましくは大電流アークを用い、そのアークの比較的広い範囲にわたり十分に高いプラズマ密度を得ることができ、そこに完全にダイヤモンド被膜を堆積させることができる。この場合、特に大電流アーク中ではプラズマ密度が極度に高くなるので、ダイヤモンド堆積用基板のところのプラズマ密度は大電流アーク中心部の最高プラズマ密度の数％に達するだけである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
まず、図１に基づいて本発明による基本的な進行過程を説明する。主に大電流アーク１として形成されたプラズマ・ビームは、陰極チャンバ３のダイヤフラム開口部２を出てから数ｃｍ内のある一定の範囲に急速に発散し、陽極の数ｃｍのところのくびれの部分に至るまで、事実上一定不変の形状を保持する。陽極の前のところでのアークの範囲は、陽極の幾何学的形状に依存する。それで、大電流アークの事実上均一な、長さｌの範囲は陽極の上方、ダイヤフラム開口部２の後ろの小さな領域までとなる。ビーム軸Ａに沿っての直径方向断面Ｅ内では、例として図に書込まれているように、プラズマ密度がベル状曲線型の分布をしている。それぞれの断面にはプラズマ密度が最大値を示す点がある。
【００１９】
装置の構成形態と運転状況に従い、ビームが均一になる陰極と陽極の間隔は数ｃｍになり、実際の例を示せば、例として図１に記入されているように約１５ｃｍないし約１０ｃｍとなる。図２は、実験室規模の装置による面Ｅ内においてのイオン飽和電流密度の分布を示す。４つの曲線のパラメータはアーク電流で、Ｉ1 ＞Ｉ2 ＞Ｉ3 ＞Ｉ4 の関係にある。このイオン飽和電流密度はプラズマ密度の１つの指標である。プラズマ密度はガウス曲線の形をし、外側に向かって比較的急速に低下しており、そのため半径ｒ＞５０ｍｍでのプラズマ密度は、ここではアーク中心部の最大密度の数％であることがわかる。本発明を特に好ましく実現するためには、被加工体はこのような低いプラズマ密度の範囲内に配置されるが、それは、大電流アークにおけるプラズマ密度のごく普通の揺動は、このような低いプラズマ密度の領域では全くとるに足らないものであるからである。
【００２０】
プラズマ・ビームの幅は、図２に示すようにアーク電流によって変えることができるが、しかし図３（ｂ）に示すように軸方向の磁場によっても変えることができる。
【００２１】
被加工体を低いプラズマ領域に配置することにより、プラズマ密度は図１に示す均一領域ｌに沿ってごく僅か揺動するにすぎないので、均一領域ｌの全体にわたってダイヤモンド被膜を堆積させることができるという利点が生じる。
【００２２】
被加工体ないし被膜生成基板は、プラズマ密度が、図１でＭａｘと記された最高プラズマ密度の多くても２０％，望ましくは多くても１０％、また望ましくはそれどころか多くても５％になる範囲に配置するのが望ましい。
【００２３】
この配置は、操作、特に準安定な被膜を堆積させる操作に重要なことである、プラズマ源、すなわち原子のＨの発生源を大容積に構成するのに都合がよい。大電流アークの回転対称性と均一領域ｌ内での揺動が小さいことから、多数の基板を均一かつ再生可能に処理、特に被膜コーティング処理することのできる、大きな半径ｒと長い長さｌを有する円筒面Ｆが得られる。
【００２４】
与えられたアーク電力に対して、アーク中心からの被加工体ないし被膜生成基板の間隔を正しく選択するための特性量としては、次の関係式を挙げることができる：
Ｐ／Ａ≧１０Ｗ／ｃｍ2 ，特に、≧３０Ｗ／ｃｍ2 
ここで、Ｐはアーク電力、Ａは処理面積、つまり被膜コーティング処理面積を示す。
【００２５】
ここで、処理面つまり被膜コーティング処理面とは、意図する処理、つまり被膜コーティング処理を達成することのできる、ビーム軸の周りの回転体のその面のことを指す。
【００２６】
その際基板ホルダーは、与えられた電力についてできるだけ大きな面を処理、つまり被膜コーティング処理できるようにするために、できるだけ透明にデザインされている。
【００２７】
回転面Ｆ、特に円筒面に沿う被加工体を、図１にωA で示唆されているようにビーム軸Ａの周りに公転させること、ないしは被加工体をωM で示唆されているように外套線（表面線）Ｍに関して自転させること、ないしは図１に二重矢印で示すようにビーム軸Ａに平行な１つの方向または他の方向に、取入口から気体吸収に向かう反応気体の流れを実現することがさらに有利なことである。
【００２８】
最後に言及した公転−自転ないし気体流に関する方策は、処理、つまり被膜コーティング処理の均一化に追加的な貢献をする。
【００２９】
さらに、大電流アークの幅は特に、ビーム軸Ａに平行に加えられた、図１にもＨで示されている、磁場により制御される。
【００３０】
そこで、推奨される変形実施形態は既に明らかである、すなわち、プラズマ密度は、本発明に従って被加工体ホルダーに対して指定された自転面Ｆの外套線に沿って、望ましくは１００％を超えては、また望ましくは５０％は変化しない。
【００３１】
場合によっては、特にプラズマ密度の変化がもっと大きい場合、これらのことが必要に適して異なる半径を持った保持リングの配列を通して考慮することができる。
【００３２】
軸に直交するどの面Ｅにも、考察するそれぞれの面Ｅにおける最大プラズマ密度の多くても２０％，望ましくは多くても１０％、また望ましくはそれどころか多くても５％のプラズマ密度の範囲の大円がある。
【００３３】
図３（ｂ）に本発明による付属装置を模式図的に示す。真空受容器１０の中には、プラズマ・ビーム１が発生させられており、それは望ましくは大電流アーク放電として、また望ましくは図２の場合のように熱陰極低電圧大電流アークの形で実現されるが、しかしこの場合には冷陰極はアークを採用することもできる。
【００３４】
真空受容器１０には、電子を放射する加熱陰極１４を備えた陰極チャンバ１２がフランジ付けされており、同加熱陰極には加熱電流回路に加熱電流用の、大抵の場合には調節可能な加熱電流発生源１６が接続されている。
【００３５】
陰極チャンバ１２に設けられたビーム放出オリフィス１８に対向して陽極２０が配置されている。加熱陰極１４ないし加熱電流回路と陽極との間には、調節可能な放電用電源２２が接続されている。この既知の構成については、たとえばスイス特許ＣＨ６６４７６８を参照することができる。
【００３６】
円筒面を規定する被加工体ホルダーの配列２４が示されている。半径ｒはビーム電力に依存する。ビーム電力が与えられた場合、半径は被加工体の処理、つまり被膜コーティング処理に利用すべき円筒面の毎ｃｍ2 当り、最低１０Ｗ／ｃｍ2 、望ましくは最低３０Ｗ／ｃｍ2 のプラズマ・ビーム電力が得られるように決定される。
【００３７】
被加工体ホルダーの円筒状の配列２４に沿って、処理、つまり被膜コーティング処理すべき、たとえばドリル歯、回転切削歯、フライス切削歯などの被加工体が配置され、その際（図２には示されていない）全体としての円筒状の配列２４をビーム軸Ａの周りにωＡ に対応して公転させるか、あるいは被加工体を円筒状の配列２４の外套線Ｍに関してωＭ自転させることができる。
【００３８】
工程気体をできる限り効率よく利用するため、基板ホルダーは図３（ｂ）に示すように、できる限り透明に構成し、主要面が基板取付具を通してではなく、基板自体を通して形成されるようにする。
【００３９】
図３（ｂ）に明らかなように、反応気体Ｒは陰極側２９より受容器１０に導入され、陽極側にはポンプ手段が設けられている。このような構成により、事実上軸Ａに平行に向けられた気体流は受容器を通り、円筒状の面を形成する被加工体ホルダーの配列２４に沿って供給される。被加工体は被加工体ホルダーの配列２４を越え、ポテンシャル飛びに（ポテンシャルからポテンシャルへの態様で）動かされるか、あるいは参照ポテンシャル、たとえばアース・ポテンシャル上に置かれるか、あるいは直流バイアス・ポテンシャルが交流ポテンシャル上に置かれるか、それとも混合された交流＋直流ポテンシャル上に、たとえば脈動ポテンシャル上に置かれる。これらのポテンシャルと、被加工体のためのさらに別のポテンシャル印加の可能性については、切換器２８とともに図３（ｂ）に示されている。
【００４０】
陰極チャンバ１２には既知のやり方と方法で、アルゴンのような作業気体が導管３０を通じて導入される。
【００４１】
コイル・セット３２により、事実上軸に平行に向けられた磁場Ｈがビーム領域内で得られ、それにより制御されて、ビーム１の発散ないしそのプラズマ分布を、長さ方向に沿って調節することができる。
【００４２】
図１に対する説明を振り返ってみると、ビーム軸Ａに関して半径ｒの円筒状の被加工体ホルダー配置２４は、観察面Ｅ内の最大プラズマ密度の約１％のプラズマ密度のところまで達していた。このプラズマ密度の外套線方向における揺動は１００％より小さく、また望ましくは５０％より大きくはなかった。このような構成によって、均一であるだけでなく最高品質のダイヤモンド被膜の堆積に成功した。このことは均一なアークの長さｌの全体にわたって言える。
【００４３】
長いプラズマ・ビーム生成と、また同時の、本発明にかなった低プラズマ密度領域の利用とにより、最高に経済的に多数の被加工体を、あるいはまた広い被加工体面を均一に、大規模技術的に、かつ経済的に処理、特に被膜コート処理することができることは今や明白である。
【００４４】
大電流アークの極度に高いプラズマ密度のゆえに、高品質のダイヤモンド被膜を広い面積にわたって堆積させるのにアークが適している。しかしそのように形成されたプラズマは、全く一般的に言って、製作困難な被膜、すなわち、ｃＢＮ、α−Ａｌ2 Ｏ3 あるいはＣ3 Ｎ4 の被膜のような準安定な被膜の堆積に最もよく適している。同じくこのプラズマは大量に、被加工体の表面の正常化処理やまた別の表面状態への変更化処理にも適している。
【００４５】
次に示す例のために、ダイヤモンド被膜コーティング用の図３に模式図的に示したような装置が以下のように公表され、操作された。
【００４６】
アークの長さ：５０〜９０ｃｍ
種々の被加工体ホルダーの構成：
アークの長さ方向に沿って１〜８が電気的に絶縁、支持されて、規則的に分配された取付リングを中心に集める。リングの直径はそれぞれのプラズマ電力に適合されていた。
【００４７】
気体混合：混合比  ５２．２／４７．１／０．７％のＡｒ／Ｈ2 ／ＣＨ4 
全圧力：ｐ＝８０〜２００Ｐａ
アーク電流：Ｉ＝２００〜５００Ａ
ビーム中心での軸方向磁場：５０〜２００ガウス
【００４８】
【実施例】
（実施例１）
被加工体配列の５個のリング（図３（ａ）を参照）に硬質合金製回転歯プレートが載せられて、総計多数の板状歯が処理された。
【００４９】
図４に、次に規定したように測定した、処理中の温度計を示す。温度測定は以下に示す部位で行なわれた。
【００５０】
ａ）  陽極の上約１５ｃｍに配置された、陽極側最下位のリング上の１点。
ｂ）  相互に数ｃｍ離れたリング群の中間部、したがってほぼアークの中央で、測定点はリングに沿って均等に選ばれた３点。
【００５１】
ｃ）  ビーム放出オリフィス１８から約１５〜２５ｃｍ下方に置かれた、図３（ｂ）のようなリング群の最上部。
【００５２】
上記の測定は図４において、経過ｃ）を通して示されている。温度目盛は１０°間隔で示されており、中央温度領域に約８３０°の温度平坦部があることがわかる。これは約１％の温度変化に対応しており、処理が円筒の外套線と大円に沿って均一であることを表わしている。
【００５３】
すべての基板上にダイヤモンド被膜が結晶面を突出させて析出する。
図５は、右下の図を除いて、ＲＥＭ写真による、５つのリングのそれぞれに析出したダイヤモンド被膜のきれいな結晶面の像である。
【００５４】
図６は、本発明に基づいて析出したダイヤモンド被膜のラマン・スペクトルを示すが、黒鉛成分は認められない。黒鉛成分があれば、幅広のショルダーが１５００ｃｍ-1に現われるはずである。
【００５５】
図７は、本発明に基づいて硬質合金上に作成されたダイヤモンド被膜にＸ−線を斜め照射した場合のＸ−線回折スペクトルを示し、大きな「ピーク」はすべて、与えられた結晶学的方向についてのダイヤモンド被膜に対応しており、小さなものは硬質合金基板に由来している。
【００５６】
図７においては、（１１１）面の信号は完全には再現されておらず、実際は図７による最大振幅の約４倍に達していた。
【００５７】
被膜コーティング面に対する、つまり図３（ｂ）による被加工体ホルダー円筒部２４の面に対するアーク電力の関係は本発明による工程に対する特性量であり、上記の例においては４７〜５４Ｗ／ｃｍ2 に達した。
【００５８】
（実施例２）
実施例１の回転歯の代わりに直径８ｍｍのシャンク型の切削歯を、ビームの長さ方向の広がりｌに関して中心に位置付けられた４個のリングの上に数ｃｍの間隔をもって配置した。リング１個当りに多数のフライス削り歯を、先端を中心Ａに向けて放射状に配置した。フライス削り歯の先端から長さ４０ｍｍのところに、厚みを僅かに減少させてダイヤモンド被膜を成長させた。シャンク型の切削歯も本発明による方法で、ある決まった歯長にわたって多数の個体をまとめて被膜コートできることは明らかである。
【００５９】
（実施例３）
実施例１に示した方法により、硬質合金板を追加の冷却装置をプラズマ・アークの側に設けることなく、すなわち、たった６０ｍｍの半径のところに、アーク電流を４００Ａとして配置した。高温のため黒い、石炭色の膜が堆積するだけで、ダイヤモンド被膜は堆積されない。
【００６０】
実施例１と実施例２に関連して、被加工体はプラズマ流から最も大きく離して配置することもでき、その際、プラズマ電力は大きくするか、被膜コーティングの速度を小さくする。
【００６１】
たとえば、ｃＢＮあるいはα−Ａｌ2 Ｏ3 あるいはＣ3 Ｎ4 のようなさらに製作困難な準安定相の場合でも、本発明により被膜を堆積させることができる。ｃＢＮを堆積させるための気体としては、たとえば、ＢＣｌ3 （塩化臭素）、Ｂ2 Ｈ6 （ダイボロン）、Ｂ3 Ｎ3 Ｈ6 （ボラジン）が、またはＮ−担体としては、Ｎ2 またはＮＨ3 が用いられ、またＡｌ2 Ｏ3 に対してはたとえば、ＡｌＣｌ3 またはトリメチルアルミニウムが用いられる。しかしながら、ＢまたはＡｌは、たとえば電子ビームによる気化または熱気化のような物理的な手法によっても、同じようにうまく反応室に導入することができる。
【００６２】
したがって、原則的には、大電流アーク放電の拡散範囲、すなわち、プラズマ密度がビーム中心部のプラズマ密度の２０％以下である範囲が、極度に硬い被膜、特に、ダイヤモンド、ｃＢＮ、α−Ａｌ2 Ｏ3 およびＣ3 Ｎ4 の被膜のような、普通の条件下では製作困難な準安定な相からなる被膜の堆積に適していることがわかった。長いアーク長に沿ってこの関係において、均一の条件の支配するところにより、さらに、大電流アーク放電の最適利用の下に最適数の被加工体を同時に被膜コート処理することができるようになる。
【００６３】
特に、ある領域における基板の配列から、非常に小さいプラズマ密度は、プラズマ密度の外観形状（図２参照）は非常に平坦なので、ラジアル方向位置に関するプラズマ密度の依存度は小さいという利点を有する。
【００６４】
以上述べたところでは、大電流アークの関係は、熱陰極低電圧放電または冷陰極放電として作り出されたが、ここに提出された本発明の意味内で、プラズマ・ジェットをプラズマ・ビームとして採用することもできる。プラズマ・ジェットの実現に関しては、ほんの一例として、電気化学協会雑誌、第１３７巻、第２号、１９９０年４月、７１７〜７２２頁が知られている。
【図面の簡単な説明】
【図１】大電流アークとそれに関連した本発明による被膜コートすべき被加工体の配置とを示した模式図である。
【図２】図１におけるビーム断面上のイオン飽和電流密度分布を異なる放電電流に関連して例示した相関図である。
【図３】本発明に基づいて採用された被加工体ホルダーの推奨形態（ａ）と、それを備えた本発明に基づく装置（ｂ）の模式図である。
【図４】図３による被加工体ホルダーに沿った特定の点で行なわれた実施例１に従って本発明に基づくダイヤモンド被膜コーティングの過程におけるダイヤモンド被膜コーティング時間にわたっての５つの典型的な温度経過を示した相関図である。
【図５】実施例１によって同時に装着されたダイヤモンド被膜コートの結晶面を、図３の被加工体ホルダーの異なる位置に関してＲＥＭ写真を用いて示した写真図である。
【図６】実施例１により装着されたダイヤモンド被膜のラマン・スペクトルを示した相関図である。
【図７】超硬合金基板上の装着ダイヤモンド被膜のＸ−線回折スペクトルを示した相関図である。
【符号の説明】
１：大電流アーク
２：ダイヤフラム開口部
３：陰極チャンバ
【図１】
0004115545.tif 000002
【図２】
0004115545.tif 000003
【図３】
0004115545.tif 000004
【図４】
0004115545.tif 000005
【図５】
0004115545.tif 000006
【図６】
0004115545.tif 000007
【図７】
0004115545.tif 000008