JPH0372154B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は試料（主としてドリルや切削工具類
等）表面にスパツタリング蒸着とイオン注入を繰
り返し実施することにより、試料表面に任意の合
金層を任意の厚みで形成するイオンミキシング装
置の改良に関するものである。

（従来の技術） イオンミキシングによる試料の表面改質は、イ
オン注入と真空蒸着を併用することにより試料の
表面に試料の原子と蒸着金属原子、及び注入イオ
ンの混合層を形成し、最表面に新物質（例えば
TiN，BNetc）を形成する手法である。

従来は例えば特開昭60−141869号に記載されて
いるように、試料（ストリツプスチール）表面に
金属原子を蒸着するために蒸着金属物質を電子ビ
ームや加熱コイルを用いて加熱蒸発させ別配置さ
れたイオン源からイオン注入を行いイオンミキシ
ングを行つており、従来手法では蒸着金属加熱用
とイオン注入用の電源を別配置する必要があつた
ため、真空槽が大きくなり膜形成装置が大がかり
になり、装置の価格が高くなるという欠点があつ
た。

第３図に従来のイオンミキシング装置の構成例
を示す。真空ポンプ１にて真空引き（通常10^-6〜
10^-7Torr）された真空チヤンバー２の内に該チ
ヤンバー２外の回転駆動機構によつて回転する試
料ホルダー３を設置し、該試料ホルダー３に密着
するように試料４を固定する。イオン注入は、電
源装置６により制御され真空チヤンバー２内の下
方に試料４と対峙して設けられたイオン源５から
試料４に向かつてイオンを加速して成される。一
方試料４の表面への金属原子の蒸着は同じく真空
チヤンバー２内の下方に設けられた電子ビーム発
生装置７より電子ビーム偏向用電磁石８を用いて
蒸着金属１０の表面に電子ビームを照射して蒸着
金属１０の表面を加熱して試料４に向つて金属原
子を蒸発させて行う。電子ビームのエネルギーは
蒸着用電源装置９により制御が行なわれる。すな
わち本発明は第３図に示す電子ビーム発生装置
７、電磁石８、蒸着用電源装置９を不要としたも
のである。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、従来、イオンミキシングにおいて必
要であつた上記蒸着金属加熱用の電源を不要とす
る装置構成を提供するためになされたものであ
る。

（問題点の解決手段） 本発明は上記問題点を解決するために発明され
たものである。すなわち本発明は真空チヤンバー
内にイオン源と、該イオン源から引き出されるイ
オンの直進方向前方にイオン直進方向に対して任
意の傾斜角をもつて配置される蒸着金属物質と、
該イオン源と該蒸着金属物質との間に回動機構を
有する試料ホルダーとを配置して、前記イオン源
でイオン注入とスパツタリング蒸着とを行うこと
を特徴とするイオンミキシング装置にある。

（作用） 以下図面を用いて本発明を実施するためのイオ
ンミキシング装置の構成例について詳細に説明す
る。

本発明装置構成例を第１図に示す。

真空ポンプ１にて真空引きされた真空チヤンバ
ー２の中にイオン源５と蒸着金属１０を対向して
配置した間に試料４を保持して回動移動させるた
めの回動駆動付ホルダー３′を配置したものであ
る。一例として板状の試料４を回動駆動付ホルダ
ー３′に固定した場合について説明する。初めに
試料４を図のａの真空チヤンバー２のほぼ中央の
水平位置に固定し、電源装置６により真空チヤン
バー２内上方に設けたイオン源５の内部で発生さ
せたプラズマの中からイオン（例えばN⁺）を図
の破線に示すように試料４の表面に垂直に加速し
引き出す。

加速されたイオン（矢印）は試料４の表面をス
パツタリングし、試料表面の不純物をはじき飛ば
し表面の清浄化を行うと共に表面下に注入され
る。その後試料４をのせたホルダー３′を図のｂ
の位置迄回動移動させ真空チヤンバー２内下方で
イオン源５から引き出されたイオンの進行方向前
方で垂直軸に対して任意の角度（θ）をもつて支
柱１２に固定配置された蒸着金属物質（例えば
Ti，Ｂ，Al等）１０と対向させる。イオン源５
で作られたイオンはイオン源５から引き出された
イオンは直進して蒸着金属物質１０の表面をスパ
ツタリングして蒸着金属原子を試料４表面に向け
放出させ試料４の表面に金属原子が蒸着される。

試料表面に金属原子の蒸着が行なわれた後、再
度試料４を保持した試料ホルダー３′の図のａの
水平位置迄回動移動させ、イオンの進行方向に対
して垂直の位置に固定し、再びイオン源５より加
速したイオンを引き出し金属原子が蒸着された試
料４の表面にイオンを注入する。この一連の動作
を繰り返すごとにより、試料４の表面には第２図
に示すように蒸着金属原子と試料原子及び注入イ
オンとの混合層が形成された最表面部には新物質
（第２図の場合はTiN）が形成される。このよう
に、試料４を保持したホルダー３′をイオン源５
と蒸着金属物質１０の間に配置して所定位置に回
動移動させることにより１個のイオン源で試料に
イオン注入とスパツタリング蒸着を行うことが出
来るものである。

金属原子の蒸着量は、第１図の１１に示すよう
に蒸着金属物質１０に対向して設けた薄膜検出器
（例えば水晶振動子）にて検出され、蒸着厚みの
制御は可能であり、イオン注入量は、第１図に示
すようにイオン源５の前方でイオン進行方向に対
して垂直位置に設けたイオン電流検出器１２及び
注入時間と試料表面積により制御可能である。

又、蒸着金属物質１０は試料４の大きさに合せ
て支柱１２に任意の角度で配置出来るようになつ
ており試料４を保持したホルダー３′は蒸着金属
物質１０に対峙する所定位置まで回動移動させれ
ばよい。さらに、試料４のサイズが大きい場合は
イオン源５を試料４のサイズに合せ複数個配置し
てもよい。

イオンミキシング装置の構成は図示の他、試料
ホルダー３′と蒸着金属物質１０を第１図とは左
右反対に配置してもよく、さらに、イオン源５か
ら加速して引き出されたイオンが真空チヤンバー
内を下方から上方に直進するように、又、水平方
向に直進するように、さらには斜め方向に直進す
るように装置配置を構成してもよく、要はイオン
源５からイオンが直進する前方に回動機構を有す
る試料ホルダー３′とイオンの進行方向に対して
任意の角度に設定出来る蒸直金属物質１０を配置
してイオンミキシング装置を構成すればよい。

（発明の効果） 以上説明したように本発明のイオンミキシング
装置機構によれば、１個のイオン源でイオン注入
と真空蒸着を行うことが出来るので装置がコンパ
クトになり、安価で操作も容易になる等効果を有
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイオンミキシング装置の説明
図、第２図は蒸着金属原子と試料原子及び注入イ
オンとの混合層、最表面部の新物質の層の状態を
示す説明図、第３図は従来のイオンミキシング装
置の説明図である。 １…真空ポンプ、２…真空チヤンバー、３，
３′…試料ホルダー、４…試料、５…イオン源、
６…電源装置、７…電子ビーム発生、８…電子ビ
ーム偏向用電磁石、９…蒸着用電源装置、１０…
蒸着金属、１１…薄膜検出器、１２…支柱。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空チヤンバー内にイオン源と、該イオン源
   から引き出されるイオンの直進方向前方にイオン
   直進方向に対して任意の傾斜角をもつて配置され
   る蒸着金属物質と、該イオン源と該蒸着金属物質
   との間に回動機構を有する試料ホルダーとを配置
   して、前記イオン源でイオン注入とスパツタリン
   グ蒸着とを行うことを特徴とするイオンミキシン
   グ装置。