JP2002167659A - 炭化クロム薄膜の成膜方法および成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金型、工具に用いる超硬合金、工具鋼の基板
表面に炭化クロムの薄膜を施して耐摩耗性、密着性、耐
食性、耐熱性にすぐれた基板を提供する。 【解決手段】 ドーナツ状ハース８ａの円環部分８ｂ内
にクロム蒸発材料１０を充填した回転可能な坩堝８と電
子銃１２とからなる蒸発源６と、この蒸発源６の上下方
向に回転する円盤状プレート４２の外周部分に有する複
数の基板ホルダー５０に取り付けた基板Ｔと、を配置し
た真空槽２内にて、基板Ｔをクリーニングしたのち、上
記基板Ｔを回転させ、さらに坩堝８を回転させながら、
電子銃１２からの電子ビーム１４の照射によって上記ク
ロム蒸発材料１０を蒸発させるとともに、炭化水素系反
応ガスを導入して上記回転している複数の基板Ｔ上に炭
化クロムの薄膜を成膜する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、炭化クロム（Ｃ
ｒＣ）薄膜の成膜方法および成膜装置に係り、詳しくは
切削工具材料等に用いる母材表面に被覆して高密着性、
耐摩耗性、高耐食性、高耐熱性等を付与することのでき
る炭化クロム薄膜の成膜方法および成膜装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】切削工具鋼、合金工具鋼、超硬合金等の
母材を保護し、耐食性、耐熱性、耐摩耗性等の性質を増
大させるために、これら母材の表面にセラミックコーテ
ィングとして、ＴｉＮ、 ｉＣ、ＴｉＣＮ、ＡｌＴｉ
Ｎ、ＣｒＮ、あるいはＤＬＣ（ダイヤモンド状炭素）等
の薄膜を被覆することがこれまでに広く行われている。
そして、上記した母材に要求される耐熱性、密着性、硬
度等の物性に応じて上記のコーティング膜が選択して被
覆されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】母材表面に上記のよう
な薄膜を形成するに当たっては、種々の成膜装置が知ら
れている。なかでも高真空アーク放電型イオンプレーテ
ィング装置（以下、この装置をＡＤＩＰ装置という）が
広く用いられている。しかし、このＡＤＩＰ装置によっ
て、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ等の薄膜を形成すること
はできるが、ＡｌＴｉＮ、ＣｒＮ、ＤＬＣ等の薄膜の成
膜は困難とされている。

【０００４】ＡＤＩＰ装置によって鉄系材料表面に形成
されるＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ等の薄膜は、大気雰囲
気中での耐熱温度が４５０℃程度と低いため、切削工具
用母材へのコーティング膜としては、切削速度、送りと
もに高負荷の方向では不適当である。同様に、高温で使
用される金型等への表面皮膜としても不適当である。さ
らに、これらの薄膜は、たとえ成膜表面に欠陥がなくて
も、湿度とその成膜条件によっては下地基板の錆が発生
するという問題が指摘されている。

【０００５】ＡＤＩＰ装置によるイオン化は、蒸発源の
蒸気圧を利用して蒸発材料を粒子化しイオン化するもの
である。ＡｌＴｉＮのような二元系窒化物は、一定蒸気
圧になる蒸発源温度に差のある材料では高融点側のみの
材料が優先的にイオン化されるので得られる薄膜の物性
制御性が悪い。また、ＡＤＩＰで発生させるイオンは蒸
発源イオン化によるイオンであるため、導入ガスのイオ
ン化効率が低い。このため、ＣｒＮやＡｌＮなどのガス
イオン化律速物質であって、反応ガスイオン律速で成膜
される物質は実用上成膜が困難である。さらに、ＤＬＣ
においては、電子ビーム蒸発でグラファイトを蒸発さ
せ、アーク放電を発生させると、Ｃ６０等のフラーレン
に代表される固まり状（クラスター化）となるため、高
品質のＤＬＣは得られないのである。このように、特に
高密着性、高耐食性を有するＣｒＮ膜、高耐熱性を有す
るＡｌＴｉＮ膜等の形成は困難であり、従って、ＡＤＩ
Ｐ装置による薄膜形成は限られた用途の母材にしか実施
されていない。

【０００６】この発明は、上記に鑑みて、ＣｒＮ膜が有
する高密着性と高耐食性およびＡｌＴｉＮ膜が有する高
耐熱性などの性能を全て具有する炭化クロム（ＣｒＣ）
膜の成膜を達成することのできる成膜方法および成膜装
置を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の炭化ク
ロム薄膜の成膜方法は、ドーナツ状ハース内に蒸発材料
を充填して回転可能な坩堝と電子銃とからなる蒸発源
と、この蒸発源の上下方向に回転する円盤状プレートの
外周部分に有する複数の基板ホルダーに取り付けた基板
と、を配置した真空槽内にて、基板のボンバード処理を
行ったのち、上記基板を回転させ、さらに坩堝を回転さ
せながら、電子銃から照射される電子ビームの衝撃によ
って上記坩堝ハース内の蒸発材料を蒸発させ、反応ガス
を導入して上記回転する基板上に炭化クロムの薄膜を形
成することを特徴とする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、上記請求項１の
成膜方法において、蒸発材料が昇華性を有する１〜３ｍ
ｍ径の顆粒状の金属クロムであること、請求項３に記載
の発明は、上記請求項１において、反応ガスが分子中に
１〜４個の炭素を有する炭化水素系ガスであることを特
徴とする。

【０００９】請求項４に記載の発明は、排気手段によっ
て内部が排気される真空槽内の下方近くに配置され、ド
ーナツ状ハース内に蒸発材料を充填した回転する坩堝と
電子銃とを備えた蒸発源と、上記蒸発源の上下方向に回
転するように公転機構を介して真空槽内の一方の側壁寄
りに取り付けた円盤状プレートの外周部分に等間隔に有
する多数の基板ホルダーに取り付けた基板と、上記蒸発
源の上方で、電子銃から照射される電子ビームの照射範
囲の近傍に配置される熱電子放出フィラメントと、上記
熱電子放出フィラメントの上方に配置されるイオン化電
極と、上記真空槽内に反応ガスを導入する少なくとも１
つの反応ガス導入管と、上記蒸発源の下方に配置される
基板加熱用ヒーターと、を備えている炭化クロム薄膜の
成膜装置である。

【００１０】請求項５に記載の発明は、上記請求項４の
成膜装置において、蒸発物質が昇華性を有する１〜３ｍ
ｍ径の顆粒状の金属クロムであること、請求項６に記載
の発明は、上記請求項４において、上記反応ガス導入管
は電子銃からの電子ビーム照射範囲外であって、その先
端部を上記基板方向に向けて少なくとも１つ配置するこ
とを特徴とし、さらに請求項７に記載の発明は、上記請
求項４の成膜装置において、反応ガスが分子中に１〜４
個の炭素を有する炭化水素系ガスであることを特徴とす
るものである。

【００１１】上記請求項１に記載の発明によれば、真空
排気された真空槽内にて電子銃からの電子ビームの衝撃
によって坩堝内の金属クロムを蒸発させる。この蒸発粒
子が熱電子放出フィラメントから放出される熱電子の衝
撃によってイオン化され、イオン化電極によって加速さ
れて基板に衝突する。同時に反応ガスとして真空槽内に
導入される炭化水素系ガスもイオン化されて基板に向か
い、クロムと化学的に反応して基板上に密着性のよい炭
化クロム（ＣｒＣ）皮膜を形成するのである。

【００１２】上記の炭化クロム（ＣｒＣ）皮膜の形成に
おいて、金属クロムが充填されている坩堝を回転させて
使用するので、電子ビームによる金属クロムの蒸発時に
均一で広い蒸発面を維持して多量のクロムを蒸発させる
ことができ、回転している複数の基板に均一な膜厚の炭
化クロム皮膜を形成することができる。また、蒸発材料
としての昇華性金属クロムを１〜３ｍｍ径の顆粒状とし
て用いることで、電子ビームの衝撃による蒸発を効果的
に行うことができる。また、金属クロムの消耗分の供給
が簡単に行える。

【００１３】上記請求項４に記載の発明によれば、真空
槽内において、内部にドーナッツ状水冷ハースを有し、
その円環部分に蒸発材料を充填した坩堝とその下方に電
子銃を備えて蒸発源とし、かつ上記坩堝を回転させるよ
うにしたこと、さらに真空槽内の一方の側壁近くに設け
られ、公転機構によって回転する円盤状プレートに有す
る基板ホルダーに複数の基板を取付け、この基板を上記
蒸発源の上下方向に回転するようにしたこと、などによ
って電子ビーム照射による金属クロムの蒸発時に均一で
広い蒸発面を維持して多量のクロムを蒸発させることが
でき、回転している複数の基板に均一で安定した成膜速
度で炭化クロム皮膜を形成することができるのである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の成膜方法と成膜
装置の構成について図を参照して詳細に説明する。図１
はこの発明の成膜装置の概略説明図であり、図におい
て、２は真空槽で、その下方の排気口４から図示してい
ないが、槽外の油回転ポンプ、油拡散ポンプ等の真空ポ
ンプに接続されている。これらの真空ポンプによって真
空槽２内は１０^-2〜１０^-5Ｐａ程度に排気される。この
真空槽２内の下方寄りには、銅製の坩堝８および電子銃
１２を備えた蒸発源６が配置されている。坩堝８は内側
にハース８ａを有し、このハース８ａは図２に拡大して
示すように内側が中空でその外側に幅Ｈ₁ 、Ｈ₂ が５０
ｍｍのドーナツ形状の円環部分８ｂが形成されている。
そして、このドーナッツ形状の円環部分８ｂ内に蒸発材
料１０として、昇華性の約１〜３ｍｍ径の顆粒状の金属
クロムが充填されている。また、この坩堝８は、その底
部で真空槽２外の定速坩堝回転用モータ１６に軸着１６
ａされていて、１〜１０回転／時の水平回転をするよう
になっている。

【００１５】電子銃１２は、ハース８ａの円環部分８ｂ
内に充填されている顆粒状の金属クロム１０の表面に電
子ビーム１４を照射し，衝撃するとともに、その表面を
走査して金属クロムを蒸発させる。なお、真空槽２と坩
堝８とは接地されている。この電子ビーム１４の照射範
囲は最大５０×５０ｍｍ程度であり、上記した円環部分
８ｂの幅Ｈ₁ 、Ｈ₂ と同じである。

【００１６】真空槽２の下方寄りに設けた蒸発源６の上
下方向の一方の側縁には、真空槽２外の基板回転モータ
４８の回転軸４８ａに軸止され、後述する公転機構によ
って蒸発源６の上下方向に回転する円盤状プレート４２
が配置されている。そして、この円盤状プレート４２の
外周部分には、図３に示すように等間隔に基板ないしワ
ーク（例えば工具、以下これを基板という）Ｔを支持す
る多数本（図３では３６本）の基板ホルダー５０が蒸発
源６と対面するように取り付けられている。上記で基板
ホルダーに支持された基板Ｔが回転して蒸発源６で上面
と対面するときの蒸発源６との距離は３５０ｍｍ以上が
好ましい。

【００１７】基板Ｔには真空槽２の外部に設けられたＤ
Ｃバイアス電源３６に接続され、円盤状プレート４２内
を通って基板Ｔに０〜−６００Ｖの電圧が印加される。
また、基板Ｔは蒸発源６の下方に配置されているヒータ
ー１８によって７００℃程度まで加熱できるようになっ
ている。上記のバイアス電源３６の他端は接地されてい
る。

【００１８】２０は熱電子放出フィラメントである。こ
の熱電子放出フィラメント２０は、坩堝８の上方で、電
子銃１２から照射され、坩堝ハース内の蒸発材料１０を
衝撃して蒸発させる電子ビーム１４の照射領域１４ａの
近傍に設けられている。この熱電子放出フィラメント２
０は、およそ１．０ｍｍφ程度の高融点材料、例えばタ
ングステン、モリブデンあるいはタンタルなどの熱陰極
材料から構成され、その両端は、真空槽２の外部に導出
され、例えば１０Ｖ、１００Ａの容量をもったフィラメ
ント加熱電源２２に接続されていて、直流で−５〜−６
０Ｖの負電圧にバイアスされている。このフィラメント
加熱電源２２の一方の電極と接地との間にはフィラメン
トバイアス電源２４が設けられている。このフィラメン
トバイアス電源２４は、加熱電源２２側が負に、接地側
が正になるように接続されている。

【００１９】上記熱電子放出フィラメント２０の上方に
は、イオン化電極２６が配置されている。このイオン化
電極２６は、高融点材料、例えばタングステン、モリブ
デン、タンタルまたはカーボンによって形成され、その
形状は、棒状または板状で、例えば２０×１００×３．
０ｍｍである。このイオン化電極２６の両端は、真空槽
２外に導出され、イオン化電極用加熱電源２８に接続さ
れていて，＋５〜＋１００Ｖの正電圧に保たれている。

【００２０】３２は反応ガスを真空槽２内に導入するた
めの反応ガス導入管であり、槽外で流量制御バルブ３２
ａに接続している。この反応ガス導入管３２を設置する
位置は、電子銃１２からの電子ビーム１４の照射幅
Ｈ₁ 、Ｈ₂ がそれぞれ最大で５０ｍｍであるので、蒸着
源の中心から５０ｍｍ×２００％＝１００ｍｍを半径と
して描いた円の外側であって、導入管の先端噴出口がハ
ース８ａの円環部分８ｂ内に充填されている顆粒状の金
属クロム１０の表面から１０〜２００ｍｍの高さ、その
方向が平坦に充填された蒸発材料の蒸発面に対して基板
側に垂直方向を向きその傾きが３０°程度であること、
即ち、蒸発材料の電子ビームによる照射範囲外であるこ
とが好ましい。

【００２１】このように反応ガス導入管３２の設置位置
を特定するのは、蒸発材料が電子ビームの衝撃によって
蒸発粒子となり、熱電子放出フィラメント２０から放出
される熱電子は、イオン化電極２６によって印加されて
いる電圧＋５〜１００Ｖにより加速され、蒸発粒子がイ
オン化される過程で反応ガスによる異常放電が発生し易
く、蒸発速度の低下が生じる恐れがあるので、その影響
を排除するためである。また、被膜を形成せんとする基
板の大きさが大きくなると、１つの反応ガス導入管から
の反応ガスの供給では不均一となる恐れがある。このた
め、基板の大きさがφ１５０ｍｍまでは反応ガス導入管
は１本、φ１５０〜３００ｍｍまでは２本、φ３００〜
４５０ｍｍまでは３本、のように基板直径が１５０ｍｍ
大きくなるごとに反応ガス導入管を増やすことが好まし
い。そして、これら複数本の反応ガス導入管を用いる場
合の設置位置は、上記した蒸発材料の電子ビームによる
照射範囲外であって、２本のときは電子ビーム進行方向
で坩堝を挟んで±７５ｍｍの位置、３本のときは電子ビ
ーム進行方向で坩堝近くに１本配置し、その位置から±
１５ｍｍの位置とすることが好ましい。なお、３４は真
空槽２内において、プラズマ発生機構に係わる部位およ
び蒸発源と基板Ｔとの間に設けた摺動可能なシャッター
である。

【００２２】この発明において炭化クロム薄膜を形成す
る基板としては、鉄系のほか超硬合金（ＷＣ）、アルミ
ナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、Ｃｒ、ＴｉＮなどが用いられる。

【００２３】次に、この発明の装置における公転機構に
ついて、図４の部分拡大図を参照して説明する。この公
転機構は、公転用ギア４６を両端に有する固定ギア４
０、円盤状プレート４２、基板回転導入板４４から構成
されている。固定ギア４０は真空槽２の一方の側壁２ａ
に固定碍子４０ａによって固定されている。この固定ギ
ア４０の両端には公転用ギア４６が取り付けられ、この
公転用ギア４６に外周部分に多数本（例えば３６本）の
基板ホルダー５０を取り付けた円盤状プレート４２がシ
ャフト５２を介して取付けられている。そして、上記円
盤状プレート４２は真空槽２外の基板回転モーター４８
の回転軸４８ａの軸端部に中心が接続されている基板回
転導入板４４の両端に固定用碍子４４ａによって固定さ
れている。

【００２４】従って、モーター４８を始動し、モーター
回転軸４８ａの回転によって基板回転導入板４４が回転
すると、それに連動して上記円盤状プレート４２が回転
し、この円盤状プレート４２の外周部分に取り付けた多
数本の基板ホルダー５０が真空槽２内の下方寄りの位置
に配置されている蒸発源の回りを等間隔を保って回転
（公転）するのである。

【００２５】上記で述べた公転機構において、固定ギア
４０の両端に設けられている公転用ギア４６を自転用ギ
アとし、上記円盤状プレート４２に自転回転を導入する
ことのできる機構をもつベアリングのような自転軸支持
機構５４を自転用ギアと円盤状プレート４２を連結して
いるシャフト５２との間に設けてやれば，モーターの始
動による基板回転導入板４４の回転に連動して円盤状プ
レート４２が公転回転するときの力を利用して円盤状プ
レート４２に設けた多数本の基板ホルダー５０の個々を
自転させることができる。

【００２６】図１に概略の構成を示すこの発明の成膜装
置による炭化クロム薄膜成膜の一例についてその概略を
説明すると、まず蒸発源６内坩堝８のドーナッツ状水冷
ハース８ａの５０ｍｍ幅円環部分８ｂ内に蒸発材料であ
る金属クロムの１〜３ｍｍ径顆粒状物１０を入れ、所要
数の基板Ｔを円盤状プレート４２の基板ホルダー５０に
取付けたのち、真空槽２内を真空排気する。その後、真
空槽２内に反応ガス導入管３２からＡｒガスを導入し、
基板Ｔに負電圧を印加してグロー放電ボンバードによる
基板Ｔのクリーニングを行った後、成膜を行う。この成
膜は、まず公転機構により基板Ｔがセットされている円
盤状プレート４２を回転させ、同時に坩堝８を回転させ
ながら坩堝８内のクロムを電子銃１２による電子ビーム
１４の照射で予備加熱したのち、熱電子放出フィラメン
ト２０に通電するとともにイオン化電極２６に正電圧を
印加し、電子銃１２を操作してクロムを蒸発させる。こ
の状態でクロム蒸発粒子がイオン化し、プラズマが形成
される。この状態で真空槽２内に炭化水素系ガスを導入
する。これにより蒸発クロムイオンは上昇し、回転して
いる基板Ｔに付着し，同時に基板Ｔ上に炭化水素ガスお
よびプラズマにより発生した炭化水素系分解物がバイア
ス電圧を印加した基板Ｔに引きつけられ、衝突する。こ
れによって、基板Ｔ表面に反応生成膜としてＣｒＣ膜が
成膜されるのである。

【００２７】上記において、金属クロムを蒸発材料とし
て用いて炭化クロム（ＣｒＣ）薄膜を成膜する場合の反
応ガスとしては、ＣＨ₄ 、Ｃ₂ Ｈ₆ 、Ｃ₂ Ｈ₂ 、Ｃ₂ Ｈ
₄ 、Ｃ₃ Ｈ₈ あるいはＣ₄ Ｈ₈ のような炭素が１〜４の
炭化水素系ガスを用いることができるが、なかでもＣ₂
Ｈ₆ ガス、Ｃ₂ Ｈ₂ ガスが好ましい。

【００２８】かくして、クロム粒子のイオンと炭素イオ
ンが反応して基板上には、微量炭素含有Ｃｒリッチ薄膜
（硬度５００〜１０００Ｈｋ）、Ｃｒ₃ Ｃ₂ 薄膜（１５
００〜２５００Ｈｋ）、Ｃｒ₇ Ｃ₃ 薄膜（１５００〜２
５００Ｈｋ）、あるいはＣｒ ₂₃Ｃ₆ 薄膜（１０００〜２
０００Ｈｋ）等の膜厚がおよそ０．１〜５０μｍの炭化
クロム薄膜を成膜させることができる。

【００２９】また、これらの組成の炭化クロム膜は、そ
れらの中に１５重量％以下の水素を含有するものを得る
ことができる。これは、Ｃｒと炭化水素反応性ガスによ
る成膜操作の際に炭化水素ガスが分解したときに生ずる
水素が導入されて得られるものである。

【００３０】この発明の成膜法においては、上記した微
量炭素含有Ｃｒリッチ薄膜、Ｃｒ₃Ｃ₂ 薄膜、Ｃｒ₇ Ｃ
₃ 薄膜、あるいはＣｒ₂₃Ｃ₆ 薄膜のうちの１種の炭化ク
ロム薄膜だけでなく、成膜操作において上記した反応ガ
スとアルゴンガスを用いることと、Ｃｒに対する炭化水
素系ガスの導入量をゼロから徐々に増やすことによっ
て、基板上にＣｒ膜、ＣｒとＣの組成比の異なる数段階
のＣｒリッチのＣｒＣ膜を形成したのちに、Ｃｒ
₃ Ｃ₂ 、Ｃｒ₇ Ｃ₃ 、あるいはＣｒ₂₃Ｃ₆ のような炭化
クロム薄膜という傾斜組成構造の多層膜を得ることがで
きる。これらの場合、それぞれの膜厚としては、０．０
２〜１μｍが好ましい。

【００３１】上記した何れの炭化クロム薄膜の成膜の場
合でも、成膜終了後は、形成された薄膜と基板との密着
性や膜の歪みをなくすためにアニーリング処理を行うこ
とが好ましい。この処理によって、基板への成膜中に膜
中に蓄積する水素を除去して、より結晶性を向上させる
ことができる。このアニーリング処理は、真空槽内で１
×１０^-1Ｐａ程度の炭化水素系ガスの雰囲気中、２００
〜７００℃の範囲内で行うことが好ましい。

【００３２】上記したこの発明の成膜装置によれば、幅
約５０ｍｍのドーナツ状水冷ハースの円環部分内に蒸発
材料を充填した坩堝を回転させるようにしたことによっ
て、蒸発材料の蒸発表面積を広くするとともに、均一な
蒸発面を維持でき、長時間にわたって安定して基板への
成膜を行うことができる。このため、同じ量のＣｒ蒸発
材料を充填した坩堝を用いても、従来の固定坩堝では１
００ｇ程度のＣｒの蒸発が限度であったものが、この発
明の回転坩堝においては５００ｇ程度の多量のＣｒの蒸
発が可能である。従って、基板を回転する坩堝の上下方
向に回転基板として複数個配置しても安定して均一膜厚
の成膜を行うことができるのである。

【００３３】実際に、Ｃｒ蒸発材を充填した両坩堝を用
いて電子ビーム照射によるＣｒ蒸発を行って、成膜時間
と成膜速度との関係を見たところ、図５の結果を得、固
定坩堝では安定成膜が蒸発開始から僅か１０分であるの
に対し、この発明の回転坩堝においては安定成膜が約９
０分に亘って行われることが認められた。従って短時間
で成膜膜厚をより大きくすることができ、しかも、得ら
れた炭化クロム薄膜は、耐酸化特性が８００℃以上と高
いこと、クロム自体が酸化によって不動態被膜を形成す
るため耐食性がよいこと、炭素と鉄系材料との拡散がお
こりやすいため、鉄系材料に対する密着性が期待でき、
１０μｍ以上の膜厚でも剥離が発生しない、などの特徴
を有するのである。

【００３４】

【実施例】以下、この発明の成膜装置による成膜法の一
実施例について説明する。

【００３５】実施例１〜４ まず図１の装置において、円盤状プレート４２の外周部
分に取り付けられている３６個の基板ホルダー５０、５
０・・・のうち、図３のように６個の基板ホルダー５
０、５０・・・に基板ＴをＲ−１〜Ｒ−６としてセット
した。また、真空槽２内下方の坩堝８のハース６ａの円
環部分８ｂ（幅５０ｍｍ）内には蒸発材料１０として１
〜３ｍｍ径程度の顆粒状の金属クロムが充填されてい
る。そして、この坩堝６は真空槽２外の定速坩堝回転モ
ーター１６に軸部１６ａにて連結しており、１〜１０回
転／時で水平に回転できるようになっている。さらに、
反応ガス導入管３２はその先端を基板の方向に向けて電
子ビーム照射範囲外の位置に１本配置した。

【００３６】上記のように真空槽２内に各部材，蒸発材
料をセットしたのち、図示していないが真空槽２の下部
の排気口４に接続している油回転ポンプ、油拡散ポンプ
等の真空ポンプによって６．７×１０^-3Ｐａ程度まで排
気した。次いで、真空排気を継続しながら、ヒーター１
８で基板Ｔを３００℃程度まで加熱した。これと同時に
坩堝８を３回転／時で回転させながら出力２ｋＷの電子
銃１２を起動して電子ビーム１４により照射範囲３０×
５０ｍｍで坩堝８中のクロム蒸発材１０の予備加熱を１
時間行った。

【００３７】その後、電子銃を止め、反応ガス導入管３
２からＡｒガスを導入し、真空槽２内の圧力を２．７×
１０^-1Ｐａ程度にし、バイアス電源３６により基板Ｔに
負の電圧−５００〜１０００Ｖを印加してグロー放電を
起こさせて、約２０分間基板表面のクリーニングを行っ
た。

【００３８】次に、Ａｒガスの導入を止め、６．７×１
０^-3Ｐａ程度まで高真空排気を行ったのち、坩堝８を３
回転／時で回転させながら、出力２ｋＷの電子銃１２で
照射範囲３０×５０ｍｍの電子ビーム１４によりクロム
蒸発材１０を３分間予備加熱した。

【００３９】次いで、反応ガスとして実施例１〜３はエ
タン（Ｃ₂ Ｈ₆ ）ガス、実施例４ではアセチレン（Ｃ₂
Ｈ₂ ）ガスを用い、表１に示す成膜条件にてそれぞれの
成膜を行った。成膜終了後、各電源をオフとし、坩堝の
回転を止め、６．７×１０^-3Ｐａ程度の高真空排気にて
冷却を行い、２００℃以下になったところで炭化クロム
膜を成膜した基板を取り出した。

【００４０】

【表１】

【００４１】上記実施例で得られた炭化クロム膜がＣｒ
リッチ、Ｃｒ₃ Ｃ₂ 、Ｃｒ₇ Ｃ₃ 、Ｃｒ₂₃Ｃ₆ の何れで
あるかをＸ線回折にて調べたところ、図６の結果が得ら
れ、反応ガスとして実施例１〜３はＣ₂ Ｈ₆ ガス、実施
例４はＣ₂ Ｈ₂ ガスを用い、電子銃出力や反応ガス圧力
等の条件を同じくし、イオン化電極の通電条件を変える
だけで実施例１の薄膜はＣｒ₇ Ｃ₃ 、実施例２の薄膜は
Ｃｒ₂₃Ｃ₆ 、実施例３の薄膜はＣｒリッチ膜、実施例４
の薄膜はＣｒ₃ Ｃ₂ であることが認められた。

【００４２】実施例５ 上記実施例１〜４と同じように各部材、蒸発材料をセッ
トした真空槽内でグロー放電による基板クリーニング、
蒸発材の予備加熱を行ったのち、イオン化電極２０Ｖで
２５Ａ、フィラメントバイアス−２０Ｖで１０〜３０
Ａ、熱電子放出フィラメント１０Ｖで６０Ａ、そして基
板バイアス−２００Ｖの一定した条件で、Ｃ₂ Ｈ₆ ガス
を用い、反応ガス導入圧力、成膜時間を のように設定して炭化クロム薄膜の成膜を行ったとこ
ろ、基板上に（１）でＣｒ膜、次いで（２）〜（５）で
４段階のＣｒリッチ炭化クロム膜、最後に（６）でＣｒ
₇ Ｃ₃ 膜、というＣｒに対してＣ₂ Ｈ₆ ガスの比を０か
ら始めて連続的に増加させることでＣｒとＣの傾斜組成
構造を有するＣｒ₇ Ｃ₃ 膜を成膜することができた。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、真空槽内において、内部にドーナッツ状水冷ハース
を有し、その円環部分に蒸発材料を充填した坩堝とその
下方に電子銃を備えて蒸発源とし、かつ上記坩堝を回転
させるようにしたこと、さらに真空槽内の一方の側壁近
くに設けられ、公転機構によって回転する円盤状プレー
トに有する基板ホルダーに複数の基板を取付け、この基
板を上記蒸発源の上下方向に回転するようにしたこと、
などによって電子ビーム照射による金属クロムの蒸発時
に均一で広い蒸発面を維持して多量のクロムを蒸発させ
ることができ、回転している複数の基板に均一で安定し
た成膜速度で炭化クロム皮膜を形成することができるの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の成膜装置の概略説明図である。

【図２】回転坩堝の態様を示す説明図である。

【図３】円盤状プレート外周の基板ホルダー配置の一例
を示す説明図である。

【図４】公転機構の説明図である。

【図５】成膜時間と成膜速度との関係を示す説明図であ
る。

【図６】この発明によって得られる炭化クロム膜の組成
を特定するＸ線回折線図である。

【符号の説明】

Ｔ 基板 ２ 真空槽 ６ 蒸発源 ８ 坩堝 ８ａ ハース ８ｂ 円環部分 １０ Ｃｒ蒸発材料 １２ 電子銃 １４ 電子ビーム ２０ 熱電子放出フィラメント ２６ イオン化電極 ３２ 反応ガス導入管 ４２ 円盤状プレート ４４ 基板回転導入板 ４８ 基板回転モーター ５０ 基板ホルダー

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドーナツ状ハース内に蒸発材料を充填し
   て回転可能な坩堝と電子銃とからなる蒸発源と、この蒸
   発源の上下方向に回転する円盤状プレートの外周部分に
   有する複数の基板ホルダーに取り付けた基板と、を配置
   した真空槽内にて、基板のボンバード処理を行ったの
   ち、上記基板を回転させ、さらに坩堝を回転させなが
   ら、電子銃から照射される電子ビームの衝撃によって上
   記坩堝ハース内の蒸発材料を蒸発させ、反応ガスを導入
   して上記回転する基板上に炭化クロムの薄膜を形成する
   ことを特徴とする炭化クロム薄膜の成膜方法。
2. 【請求項２】 蒸発材料が昇華性を有する１〜３ｍｍ径
   の顆粒状の金属クロムであることを特徴とする請求項１
   に記載の炭化クロム薄膜の成膜方法。
3. 【請求項３】 反応ガスが分子中に１〜４個の炭素を有
   する炭化水素系ガスであることを特徴とする請求項１に
   記載の炭化クロム薄膜の成膜方法。
4. 【請求項４】 排気手段によって内部が排気される真空
   槽内の下方近くに配置され、ドーナツ状ハース内に蒸発
   材料を充填した回転する坩堝と電子銃とを備えた蒸発源
   と、上記蒸発源の上下方向に回転するように公転機構を
   介して真空槽内の一方の側壁寄りに取り付けた円盤状プ
   レートの外周部分に等間隔に有する多数の基板ホルダー
   に取り付けた基板と、上記蒸発源の上方で、電子銃から
   照射される電子ビームの照射範囲の近傍に配置される熱
   電子放出フィラメントと、上記熱電子放出フィラメント
   の上方に配置されるイオン化電極と、上記真空槽内に反
   応ガスを導入する少なくとも１つの反応ガス導入管と、
   上記蒸発源の下方に配置される基板加熱用ヒーターと、
   を備えていることを特徴とする炭化クロム薄膜の成膜装
   置。
5. 【請求項５】 蒸発材料が昇華性を有する１〜３ｍｍ径
   の顆粒状の金属クロムであることを特徴とする請求項４
   に記載の炭化クロム薄膜の成膜装置。
6. 【請求項６】 上記反応ガス導入管は、電子銃からの電
   子ビーム照射範囲外であって、その先端部を上記基板方
   向に向けて少なくとも１つ配置することを特徴とする請
   求項４に記載の炭化クロム薄膜の成膜装置。
7. 【請求項７】 反応ガスが分子中に１〜４個の炭素を有
   する炭化水素系ガスであることを特徴とする請求項４に
   記載の炭化クロム薄膜の成膜装置。