JPH03104862A - レーザ蒸着装置 - Google Patents
レーザ蒸着装置Info
- Publication number
- JPH03104862A JPH03104862A JP24065689A JP24065689A JPH03104862A JP H03104862 A JPH03104862 A JP H03104862A JP 24065689 A JP24065689 A JP 24065689A JP 24065689 A JP24065689 A JP 24065689A JP H03104862 A JPH03104862 A JP H03104862A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、各種の金属、合金、セラミックス、半導体
からなる基板の表面に、炭素、金属、半導体等の導電性
材料を蒸発させ蒸着する、レーザ蒸着装置に関するもの
である。
からなる基板の表面に、炭素、金属、半導体等の導電性
材料を蒸発させ蒸着する、レーザ蒸着装置に関するもの
である。
［従来の技術］
第５図に従来のレーザ蒸着装置を示す。真空チャンバー
１に設置した軸回転しているリング状の蒸着用試料３に
レーザ光７を集光照射することにより蒸着用試料３を蒸
発させ、蒸発粒子を金属等の試料基板４に堆積させるレ
ーザ蒸着装置によって、基板材料と密着性に優れた蒸着
膜が得られ基板材料の耐摩耗性、耐食性、耐熱性等を向
上させることができる。これらの技術に関しては特公昭
６２−２３０号公報に記載されている。
１に設置した軸回転しているリング状の蒸着用試料３に
レーザ光７を集光照射することにより蒸着用試料３を蒸
発させ、蒸発粒子を金属等の試料基板４に堆積させるレ
ーザ蒸着装置によって、基板材料と密着性に優れた蒸着
膜が得られ基板材料の耐摩耗性、耐食性、耐熱性等を向
上させることができる。これらの技術に関しては特公昭
６２−２３０号公報に記載されている。
さらに第６図に示すように、最適組成の被覆層の形成、
緻密で強度特性の優れた被覆層の形成、被覆層と基板と
の密着性を向上するために、上記装置にイオンビームを
照射するためイオンガス１３を有するものが公知である
（特開昭６２− １７０４７４号公報）。
緻密で強度特性の優れた被覆層の形成、被覆層と基板と
の密着性を向上するために、上記装置にイオンビームを
照射するためイオンガス１３を有するものが公知である
（特開昭６２− １７０４７４号公報）。
［発明が解決しようとする課題］
従来のレーザ蒸着装置では蒸着用材料の加熱蒸発エネル
ギー源として高価なレーザ光のみを利用しているため運
転コストや設備コストが高くつきその産業上の利用は限
られている。
ギー源として高価なレーザ光のみを利用しているため運
転コストや設備コストが高くつきその産業上の利用は限
られている。
また熱伝導度、蒸発温度の高い材料の蒸着を行なう場合
、蒸着用材料のレーザ光の被肪射部で熱伝導によるエネ
ルギーロスが大きく、蒸発温度まで」二かり難いため、
蒸着用材料の蒸発量が少なく蒸着速度か低いという問題
があった。この対策として蒸着用材料に照射するレーザ
エネ．ルギーを大きくして蒸発量を多くすることが考え
られるが、レーザエネルギーを大きくすると、レーザ蒸
着装置内に設置されているレーザ光学部品のレーザ光吸
収量が増すために光学部品が過熱され、破損する問題が
発生する。特に光学部品の蒸発粒子の付着等で汚れたい
る場合は、破損することが多い。
、蒸着用材料のレーザ光の被肪射部で熱伝導によるエネ
ルギーロスが大きく、蒸発温度まで」二かり難いため、
蒸着用材料の蒸発量が少なく蒸着速度か低いという問題
があった。この対策として蒸着用材料に照射するレーザ
エネ．ルギーを大きくして蒸発量を多くすることが考え
られるが、レーザエネルギーを大きくすると、レーザ蒸
着装置内に設置されているレーザ光学部品のレーザ光吸
収量が増すために光学部品が過熱され、破損する問題が
発生する。特に光学部品の蒸発粒子の付着等で汚れたい
る場合は、破損することが多い。
またダイヤモンドに近い特性を有し、特に平坦かつ潤滑
性に優れ耐摩耗保護膜として期待されている硬質炭素膜
をグラファイトを用いて形成する場合、従来のレーザ蒸
着装置では、蒸発粒子が蒸肴用材料と同しグラファイト
構造のクラスター状で試料基板に飛来し蒸着するため、
蒸着用材料と同質の膜が形成され、硬質な非晶貿炭素膜
の形成は不可能であった。
性に優れ耐摩耗保護膜として期待されている硬質炭素膜
をグラファイトを用いて形成する場合、従来のレーザ蒸
着装置では、蒸発粒子が蒸肴用材料と同しグラファイト
構造のクラスター状で試料基板に飛来し蒸着するため、
蒸着用材料と同質の膜が形成され、硬質な非晶貿炭素膜
の形成は不可能であった。
本発明はこのような従来技術の問題点を解消し、低出力
のレーザ光で蒸着速度を大きくできると共に、硬質の非
品質炭素膜を形成することが可能なレーザ蒸着装置を提
供することを目的とする。
のレーザ光で蒸着速度を大きくできると共に、硬質の非
品質炭素膜を形成することが可能なレーザ蒸着装置を提
供することを目的とする。
［課題を解決するための千段コ
この目的を達成するための本発明に係るレーザ蒸着装置
は、真空チャンバー内て軸回転する蒸着用試料と、レー
ザ光を導入しかつ該蒸着用試料に集光照射する光学部品
と、前記蒸着用試料に対向して配置されその表面に蒸着
による被覆層か形成される試料基板と、必要あらばイオ
ンガスとで構成されるレーザ蒸着装置において、真空チ
ャンバー及び真空チャンバー内に設けた陽極と前記蒸着
用材料に接続された陰極電源を有することを特徴とする
。
は、真空チャンバー内て軸回転する蒸着用試料と、レー
ザ光を導入しかつ該蒸着用試料に集光照射する光学部品
と、前記蒸着用試料に対向して配置されその表面に蒸着
による被覆層か形成される試料基板と、必要あらばイオ
ンガスとで構成されるレーザ蒸着装置において、真空チ
ャンバー及び真空チャンバー内に設けた陽極と前記蒸着
用材料に接続された陰極電源を有することを特徴とする
。
［作用］
この発明において、負電圧を印加されている蒸着用材料
からは、レーザ加熱により発生する蒸発粒子と熱電子が
発生するため、安定した真空アーク放電を容易に誘起さ
せることができ、レーザ光による加熱の他に、放電によ
り蒸発粒子の発生量を増加させることができる。このた
めレーザ出力を高めることなく蒸着速度を大きくできる
。
からは、レーザ加熱により発生する蒸発粒子と熱電子が
発生するため、安定した真空アーク放電を容易に誘起さ
せることができ、レーザ光による加熱の他に、放電によ
り蒸発粒子の発生量を増加させることができる。このた
めレーザ出力を高めることなく蒸着速度を大きくできる
。
また硬質炭素膜の形成においては、前記グラファイト構
造のクラクター状の蒸発粒子が放電によって活性化され
破壊されるため、グラファイト構造粒子の試料基板への
付着を減らすことができかつ水素を含むイオンを照射す
ることで、試料基板上に蒸着していく炭素膜の結晶を水
素を含むイオンの物理的エネルギーと化学的エネルギー
により非晶質化させることができるので、硬質な膜を形
成することが可能となる。
造のクラクター状の蒸発粒子が放電によって活性化され
破壊されるため、グラファイト構造粒子の試料基板への
付着を減らすことができかつ水素を含むイオンを照射す
ることで、試料基板上に蒸着していく炭素膜の結晶を水
素を含むイオンの物理的エネルギーと化学的エネルギー
により非晶質化させることができるので、硬質な膜を形
成することが可能となる。
［実施例］
第１図は、本発明の一実施例を示す。真空チャンハ−１
内に陰椅電源２を接続された例えば軸回転しているリン
グ状の導電性の材料からなる蒸着用材料３か設置されて
いる。また蒸着用材料３の周辺で蒸着用材料３のレーザ
照射部に面している位置に陽極５か配置されている。レ
ーザ発振器６から発振されたレーザ光７は、平面鏡８に
よって水平方向に曲げられ透過窓９を通過し真空チャン
バー１内に導入され凹面鏡ＩＯによって反射集光され、
軸回転しているリング状の蒸着用材料３の外周面に接線
方向に照射する。凹面鏡１０は蒸着用材料３のレーザ照
射部付近で焦点が結ばれるように焦点位置および配置を
選定する。蒸着用材料３は集光したレーザ光の照射によ
り被照射部が加熱され蒸発を開始する。この状態では、
蒸着用材料３のレーザ照射部より、熱電子放出による僅
かな電流が流れる。例えば陰極電源２の電圧をあるいし
きい値に上げるとレーザ被照射部より電子の放出が急増
し放電が開始されるとともに、蒸発粒子量か急増する。
内に陰椅電源２を接続された例えば軸回転しているリン
グ状の導電性の材料からなる蒸着用材料３か設置されて
いる。また蒸着用材料３の周辺で蒸着用材料３のレーザ
照射部に面している位置に陽極５か配置されている。レ
ーザ発振器６から発振されたレーザ光７は、平面鏡８に
よって水平方向に曲げられ透過窓９を通過し真空チャン
バー１内に導入され凹面鏡ＩＯによって反射集光され、
軸回転しているリング状の蒸着用材料３の外周面に接線
方向に照射する。凹面鏡１０は蒸着用材料３のレーザ照
射部付近で焦点が結ばれるように焦点位置および配置を
選定する。蒸着用材料３は集光したレーザ光の照射によ
り被照射部が加熱され蒸発を開始する。この状態では、
蒸着用材料３のレーザ照射部より、熱電子放出による僅
かな電流が流れる。例えば陰極電源２の電圧をあるいし
きい値に上げるとレーザ被照射部より電子の放出が急増
し放電が開始されるとともに、蒸発粒子量か急増する。
その後陰極電源２で放電電流を調節し、蒸発粒子発生量
を調節する。蒸発粒子は、試料基板４の方向に飛び出し
、試料基板４上に込着し堆禎する。試料基板４の前には
可動シャッタＩＩを設置し、蒸発の開始時に蒸着用材料
３の表面に付着している不純物の試料基板４への蒸着を
防ぎ、また蒸着時間を任意に調節するようにする。
を調節する。蒸発粒子は、試料基板４の方向に飛び出し
、試料基板４上に込着し堆禎する。試料基板４の前には
可動シャッタＩＩを設置し、蒸発の開始時に蒸着用材料
３の表面に付着している不純物の試料基板４への蒸着を
防ぎ、また蒸着時間を任意に調節するようにする。
なお、放電させるため陰極電源２にパルス状の電圧を印
加させたり、陽極５の電圧を調節したり、レーサ光７の
出力を調節することで、放電させることができる。
加させたり、陽極５の電圧を調節したり、レーサ光７の
出力を調節することで、放電させることができる。
また、放電のための電極の配置として、第１図に示した
蒸着用材料３の近くに陽８ｉ５を配置する方法の他、第
２図に示す試料基板４の近くに陽極５を配置する方法、
第３図に示す試料基板４を陽極とする方法、第４図に示
す真空チャンバー１と蒸着用材料３の間に電圧を印加す
る方法のいずれでも放電が可能である。
蒸着用材料３の近くに陽８ｉ５を配置する方法の他、第
２図に示す試料基板４の近くに陽極５を配置する方法、
第３図に示す試料基板４を陽極とする方法、第４図に示
す真空チャンバー１と蒸着用材料３の間に電圧を印加す
る方法のいずれでも放電が可能である。
方、この装置で硬質炭素膜を形成する場合、蒸着用材料
３としてグラファイトを用いレーザ光７の照射と放電に
より蒸発させ、陰極電源ｌ２によって負電圧を印加され
ている試料基板４に蒸着させる。この時イオンガンｌ３
により水素を含むイオンを試料基板４の蒸着面に照射す
る。
３としてグラファイトを用いレーザ光７の照射と放電に
より蒸発させ、陰極電源ｌ２によって負電圧を印加され
ている試料基板４に蒸着させる。この時イオンガンｌ３
により水素を含むイオンを試料基板４の蒸着面に照射す
る。
以上がこの発明の一実施例をなすレーザ蒸着装置の構成
およびその作動であるが、次に上記実施例における具体
例を以下に示す。
およびその作動であるが、次に上記実施例における具体
例を以下に示す。
？料基板４としてＳｉ、超硬合金、Ｍｏなどを用い、蒸
着用材料３としてリング状の純度９９．５〜９９．９９
ｋのグラファイトを用いた。真空チャンバー１をｌ Ｘ
１０−″Ｔｏｒｒ以下の圧力に排気しておき、陽桶５
に約２００ｖの電圧を印加しておく。陰極電源２が接続
されているリング状の蒸着用材料３を数ｒｐｍ程度の回
転数で回転させながら蒸着用材料３の外周面に６００Ｗ
〜ＩＫＷのｃｔｖｃｏ■レーザ光７を接線方向から照射
し蒸発させる。陰極電圧を数１００ Ｖに上げ放電を開
始させその後、数Ｖに下げ蒸着用材料３に０．ｌＡの電
流を供給し放電を持続させ、蒸着用材料から約１３ｃｍ
ｌｌｉれた位置に設置した試料基板４上に蒸着した。
着用材料３としてリング状の純度９９．５〜９９．９９
ｋのグラファイトを用いた。真空チャンバー１をｌ Ｘ
１０−″Ｔｏｒｒ以下の圧力に排気しておき、陽桶５
に約２００ｖの電圧を印加しておく。陰極電源２が接続
されているリング状の蒸着用材料３を数ｒｐｍ程度の回
転数で回転させながら蒸着用材料３の外周面に６００Ｗ
〜ＩＫＷのｃｔｖｃｏ■レーザ光７を接線方向から照射
し蒸発させる。陰極電圧を数１００ Ｖに上げ放電を開
始させその後、数Ｖに下げ蒸着用材料３に０．ｌＡの電
流を供給し放電を持続させ、蒸着用材料から約１３ｃｍ
ｌｌｉれた位置に設置した試料基板４上に蒸着した。
この放電を利用するレーザ蒸着装置によりグラファイト
の蒸着か１２００入／＋ｎｉｎの高速ででき、従来の放
電を利用しない場合のグラファイトの蒸着速度が、数ｌ
Ｏλ／ｍｉｎであったことと比較し、１桁以上高い蒸着
速度で蒸着できた。また放電電流値を上げると、蒸発粒
子の発生量を上げることができる。一方、従来の装置で
、蒸着速度を上げるため？ーザ光７の出力を１２００Ｗ
に上げたところ、レーザ光の透過窓９が破損した。これ
は透過窓９に付着した蒸発粒子が高出力レーザ光を吸収
し加熱されたためである。この時の蒸着速度は約１００
Ａ／ｍｉｎ程度であった。このため従来の装置では、こ
れ以上の蒸着速度は望めなかった。
の蒸着か１２００入／＋ｎｉｎの高速ででき、従来の放
電を利用しない場合のグラファイトの蒸着速度が、数ｌ
Ｏλ／ｍｉｎであったことと比較し、１桁以上高い蒸着
速度で蒸着できた。また放電電流値を上げると、蒸発粒
子の発生量を上げることができる。一方、従来の装置で
、蒸着速度を上げるため？ーザ光７の出力を１２００Ｗ
に上げたところ、レーザ光の透過窓９が破損した。これ
は透過窓９に付着した蒸発粒子が高出力レーザ光を吸収
し加熱されたためである。この時の蒸着速度は約１００
Ａ／ｍｉｎ程度であった。このため従来の装置では、こ
れ以上の蒸着速度は望めなかった。
なお、この発明は蒸着用材料３として、導電性のセラミ
ックス、金属または、半導体等の導電性材料のいずれを
も用いることが可能である。また硬質炭素膜を形成する
ため、試料基板４に陰極電源１２により約２００ｖの負
電圧を印加し、前記実施例と同し条件でグラファイト製
の蒸着用材料３を蒸発させ、試料基板４に蒸着すると同
時にイオンガン１３に１１■ガスを約１３ｓｅｃＭ導入
し、イオン加速電圧Ｉ ＫＶで試料基板の蒸着面に水素
イオンを照射した。このときの圧力は４ Ｘ １０−’
Ｔｏｒｒであった。なお、イオンカンｌ３にＩ１２ガス
の他に八『を約０．８５ＣＣＭ以−ヒ導入すると、水素
イオンを安定した状態で照射できる。
ックス、金属または、半導体等の導電性材料のいずれを
も用いることが可能である。また硬質炭素膜を形成する
ため、試料基板４に陰極電源１２により約２００ｖの負
電圧を印加し、前記実施例と同し条件でグラファイト製
の蒸着用材料３を蒸発させ、試料基板４に蒸着すると同
時にイオンガン１３に１１■ガスを約１３ｓｅｃＭ導入
し、イオン加速電圧Ｉ ＫＶで試料基板の蒸着面に水素
イオンを照射した。このときの圧力は４ Ｘ １０−’
Ｔｏｒｒであった。なお、イオンカンｌ３にＩ１２ガス
の他に八『を約０．８５ＣＣＭ以−ヒ導入すると、水素
イオンを安定した状態で照射できる。
この方沃によりビッカース硬度で４０００レベルの硬質
膜が形成された。また超硬合金上での膜付着力はダイヤ
モンド引掻き法で２４０ｋｇ／ｍｍ２の高い値を示し、
摩擦係数が０．１以下のなめらかで潤滑性に優れた膜が
形成された。一方、膜結晶性においてはラマン分光分析
の結果、蒸着用材料から放電させず水素イオンのみを試
料基板に照射し蒸着した膜は、１：ｌｌＯＯＣＯｌ−’
１５００ｃｍ−’にピークをもつグラファイト成分
を含んだ柔らかい非晶質炭素膜であったが、放電を併用
したこの発明による装置で形成した膜は硬質な非品質炭
素に特有の１５００ｃｍ−’付近に見られるブロードな
ピークが見られ、放電による蒸着速度の向上の他、膜結
晶性の改善効果が確認された。
膜が形成された。また超硬合金上での膜付着力はダイヤ
モンド引掻き法で２４０ｋｇ／ｍｍ２の高い値を示し、
摩擦係数が０．１以下のなめらかで潤滑性に優れた膜が
形成された。一方、膜結晶性においてはラマン分光分析
の結果、蒸着用材料から放電させず水素イオンのみを試
料基板に照射し蒸着した膜は、１：ｌｌＯＯＣＯｌ−’
１５００ｃｍ−’にピークをもつグラファイト成分
を含んだ柔らかい非晶質炭素膜であったが、放電を併用
したこの発明による装置で形成した膜は硬質な非品質炭
素に特有の１５００ｃｍ−’付近に見られるブロードな
ピークが見られ、放電による蒸着速度の向上の他、膜結
晶性の改善効果が確認された。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明の装置は従来のものと比較
し、低出力のレーザ光で蒸着速度を大きくできるために
、蒸着処理速度が向上される他運転コストおよび装置の
価格を低く押えられ、さらに光学部品の耐久性が向上す
る。また硬質で膜付着力、潤滑性、平坦性に優れた非品
質炭素膜を形成することかてきる。
し、低出力のレーザ光で蒸着速度を大きくできるために
、蒸着処理速度が向上される他運転コストおよび装置の
価格を低く押えられ、さらに光学部品の耐久性が向上す
る。また硬質で膜付着力、潤滑性、平坦性に優れた非品
質炭素膜を形成することかてきる。
第１図は本発明の一実施例を示すレーザ蒸着装置の概略
図を示す。第２図、第３図、第４図は第１図と異なる放
電電極を配置した本発明のレーザ蒸着装置の他の実施例
、第５図および第６図は従来のレーザ蒸着装置を示す。 １・・・真空チャンバー、２・・・陰極電源、３・・・
蒸着用材料、４・・・試料基板、５・・・陽極、６・・
・レーザ発振器、７・・・レーザ光、８・・・平面鏡、
９・・・透過窓、ｌＯ・・・凹而鏡、ｌ１・・・可動シ
ャッタ、１２・・・陰極電源、ｌ３・・・イオンガン。
図を示す。第２図、第３図、第４図は第１図と異なる放
電電極を配置した本発明のレーザ蒸着装置の他の実施例
、第５図および第６図は従来のレーザ蒸着装置を示す。 １・・・真空チャンバー、２・・・陰極電源、３・・・
蒸着用材料、４・・・試料基板、５・・・陽極、６・・
・レーザ発振器、７・・・レーザ光、８・・・平面鏡、
９・・・透過窓、ｌＯ・・・凹而鏡、ｌ１・・・可動シ
ャッタ、１２・・・陰極電源、ｌ３・・・イオンガン。
Claims (1)
- １．真空チャンバー内で軸回転する蒸着用試料と、レー
ザ光を導入しかつ該蒸着用試料に集光照射する光学部品
と、前記蒸着用試料に対向して配置されその表面に蒸着
による被覆層が形成される試料基板と、必要あらばイオ
ンガスとで構成されるレーザ蒸着装置において、真空チ
ャンバー及び真空チャンバー内に設けた陽極と前記蒸着
用材料に接続された陰極電源を有することを特徴とする
レーザ蒸着装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1240656A JPH064913B2 (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | レーザ蒸着装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1240656A JPH064913B2 (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | レーザ蒸着装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03104862A true JPH03104862A (ja) | 1991-05-01 |
| JPH064913B2 JPH064913B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=17062739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1240656A Expired - Lifetime JPH064913B2 (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | レーザ蒸着装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH064913B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023011732A1 (en) * | 2021-08-06 | 2023-02-09 | MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Optical element and reaction chamber |
-
1989
- 1989-09-19 JP JP1240656A patent/JPH064913B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023011732A1 (en) * | 2021-08-06 | 2023-02-09 | MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Optical element and reaction chamber |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH064913B2 (ja) | 1994-01-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |