JPH01294861A - イオンビームミキシング法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は薄膜コーティングとイオン注入を同時操作して
中空円筒状の試料内面にイオンビームミキシングさせた
薄膜を形成するイオンビームミキシング法に関するもの
である。

〔発明の背景〕

イオンビームミキシング法は、試料表面への薄膜コーテ
ィングとイオン注入を同時に、あるいは交互に行って薄
膜を形成する方法で、特に同時に行う方法は最近、金属
などの表面に高硬度・耐摩耗性などに優れたセラミック
薄膜のＴｉＮ・Ｔ　ｉ　Ｃなどを生成するために使用さ
れている。従来、対向する２個のイオン銃を真空チャン
バに備えたイオンビームスパッタ装置において上記イオ
ンビームミキシング法を行うには、第３図と第４図の２
通りがある。なおイオンビームスパッタ装置には、真空
チャンバ８上下にイオン銃５．６、ターゲット７を取り
付けるターゲットホルダ４、試料９を取り付ける試料ホ
ルダ１０が配置され、薄膜形成時真空チャンバ８内は高
真空状態におかれる。第３図は試料に同時照射を施す場
合で、ＴｉＮ膜生成を例にすれば上部イオン銃５からア
ルゴンなどの不活性ガスのイオンビームをＴｉターゲッ
ト７に照射してＴｉ粒子をたたき出し試料９の表面にＴ
ｉのコーティング層を形成する。同時に下部イオン銃６
から試料９面に活性な窒素イオンビームを照射してイオ
ンビームミキシングする。薄膜形成初期において、試料
表面に窒素イオンビームを照射するので窒素イオンが試
料９面に注入さ九、また同イオンが付着したＴｉ粒子と
衝突して試料９内部にＴｉ粒子を押し込む効果を発生す
るので試料９表面と薄膜との境界付近にミキシングがお
こりＴｉ原子・窒素原子・試料原子の混在した新しい層
を形成する。この混合層が真空蒸着・イオンブレーティ
ング・スパッタリングなどで生成された薄膜に比べ、密
着性が数段向上した剥離し難い薄膜の形成を可能にして
いる。Ｌ、かじ、同方法ではターゲット粒子と注入イオ
ンが同じ場所に照射される必要があり、薄膜を形成でき
る試料形状が平面状に限定される。

また、第４図は（Ａ）図のコーティングと（Ｂ）図のイ
オン注入を交互に繰り返す場合で、イオンの注入角度に
おいて第３図の場合に比べ設定範囲を広くできるが、交
互照射のため試料作成時間が長くなるという欠点がある
。

従って、上記イオンビームスパッタ装置で従来法により
中空円筒状の試料内面にイオンビームミキシングさせた
薄膜を形成するには、第４図の方法を工夫して行わなけ
ればならない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、中
空円筒状の試料内面において薄膜コーティングとイオン
注入を同時操作してイオンビームミキシングされた薄膜
を形成する方法を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は、対向した２個のイオン銃を真空チャンバに備
えたイオンビームスパッタ装置において、中空円筒状の
試料内面に薄膜を形成する場合、試料を回転式試料ホル
ダに取り付けて回転させるとコーティングされる面が１
回転で１回イオン注入を行うイオン銃の方向に向くこと
に着目し、試料内面がコーティングとイオン注入が交差
して照射されるように試料の位置を設定し、コーティン
グとイオン注入される面は別々であるが、試料を回転さ
せているので回転数を速めれば、同時照射された場合と
同じイオンビームミキシングの効果を得られるという方
法である。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例を第１図の試料ホルダを使用した場合で
以下に説明する。試料ホルダは、軸中央に凹形状の空間
と試料の取り付けに使用するネジ穴及び試料を回転させ
る叩動力を伝達する軸の取り付けに使用するネジ穴を有
した試料回転軸１と、試料回転軸１に回転力を伝える駆
動伝達軸２及び回転力を発生する回転運動駆動装置３よ
り構成されている。

第２図は本発明の実施例を示すもので、対向した２個の
イオン銃５．６を真空チャンバ８に備えたイオンビーム
スパッタ装置に第１図の試料ホルダを使用して中空円筒
状の試料９の内面にセラミック薄膜のＴｉＮを生成する
場合である。薄膜形成の場となる真空チャンバ８には、
上部に薄膜コーティングに使用するイオン銃５．下部に
はイオン注入を行うイオン銃６、薄膜材料となるターゲ
ット７を取り付けるターゲットホルダ４及び上記試料ホ
ルダが配置されている。試料９は、試料ホルダの試料回
転軸１に挿入後、ネジ止メされ、：ｉり膜形成中回転運
動駆動装置３により回転される。

薄膜形成初期空チャンバ８内は高真空状態にされる。イ
オン銃５からはアルゴンインビーム、イオン銃６からは
窒素イオンビームを放射させ、ターゲット７にはＴｉを
使用する。試料９の位置を試料内面でターゲット粒子と
注入イオンが交差して照射される向きに設定する。

イオン銃５よりＴｉターゲット７にアルゴンイオンビー
ムを照射するとＴｉ粒子がはじき出されて試料９の内面
に付着する。試料９は回転しているので、Ｔｉの付着し
た部分は１８０°回転後下方からイオン銃６より窒素イ
オンビームを照射されイオン注入される。イオン注入さ
れた部分は１８ｏ°回転後Ｔｉが付着し、更に１８０°
回転後再びイオン注入される。このように付着すなわち
薄膜コーティングとイオン注入を交互に繰り返しイオン
ビームミキシングされた結果、ＴｉＮ膜が生成される。

試料９は回転されているので、回転数を速くすれば薄膜
コーティングとイオン注入の照射サイクルが速くなるの
で上記２種類の処理を同時に行った場合と同じイオンビ
ームミキシング効果すなわち試料９と薄膜との間で混合
層を形成し密着性に優れた剥離し難い薄膜の生成が行え
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、対向する２個のイオン銃を真空チャン
バに備えたイオンビームスパッタ装置において、回転す
る中空円筒状の試料内部でスパッタされたターゲット粒
子とイオン注入を行うイオンビームの照射方向を交差さ
せて薄膜を生成する方法を提供したので、薄膜コーティ
ングとイオン注入を同時操作して中空円筒試料内面にイ
オンビームミキシングされた薄膜をむらなく形成するこ
とができる。更に、同形状の試料として例えばすベリ軸
受の内表面に本発明によってＴｉＮなどのセラミック薄
膜を形成するとＴｉＮの低摩耗性により使用寿命が延長
するという効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施で使用する試料ホルダの断面図、
第２図は本発明の方法を実施するのに必要な装置例の基
本構成部を示す断面図、第３図及び第４図は従来法を実
施するのに必要な装置例の基本構成部を示す断面図であ
る。 図において、１は試料回転軸、２は駆動伝達軸、３は回
転運動腿動装置、４はターゲットホルダ、５はイオン銃
、６はイオン銃、７はターゲット、９は試料、１０は試
料ホルダである。 特許出願人の名称　日立工機株式会社 ？／Ｉ！１ 第２口 第３図 第４１！１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ターゲット粒子と注入イオンを試料表面で混合させて
   薄膜を形成する、対向した２個のイオン銃を真空チャン
   バに備えたイオンビームスパッタ装置において、中空円
   筒状試料を試料ホルダに回転自在に保持して中空円筒試
   料の内面にスパッタされたターゲット粒子を付着させ、
   前記中空円筒試料を回転させながら付着させた位置に対
   向した位置でイオンを注入させて薄膜を形成することを
   特徴としたイオンビームミキシング法。