JPH04297569A - 薄膜形成方法およびその装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオン注入および真空
蒸着の併用によって材料の表層に耐摩耗性や耐食性等に
優れた皮膜を形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のイオン注入および真空蒸着の併用
によって行う成膜装置では、イオン源や蒸着源などの直
前にシャッターを設け、被処理材の前にシャッターを設
けてなかった。これらの目的は、まずイオン源において
は、イオン源内のプラズマが安定し、イオンビームが安
定に引き出せるようになるまで被処理材に照射しないよ
うにするためであり、また、蒸着源においては、蒸着物
質がハース内で加熱・溶融され、安定な蒸着蒸気が得ら
れるまで被処理材に付着しないようにするためであった
。そしてイオンビームおよび蒸着蒸気が安定したときに
、両シャッターを開けて、成膜を開始していた。

【０００３】イオン注入および真空蒸着の併用によって
行う成膜方法の手順は、まず処理チャンバーを大気圧に
して被処理材を取り付け、真空排気を行い、所定の真空
度に達した後、イオン注入および真空蒸着の併用によっ
て皮膜を形成し、処理が終わると再び大気圧に戻して被
処理材を取り替えるという手順になる。このとき処理チ
ャンバー内面や試料ホルダーは、被処理材の交換の度に
大気に晒されるため、大気中の酸素や水分等の吸着ガス
や汚染が付着することになる。

【０００４】成膜において、イオンビーム照射を行うた
めに、付着した吸着ガスや汚染などがイオンビームスパ
ッタリングによって処理チャンバー内に再放出される。 これは特に成膜初期に多く放出される。この放出された
吸着ガスや汚染は、成膜中に皮膜に取り込まれて、皮膜
の純度を低下させる原因となっていた。

【０００５】これを避けるために被処理材の交換のとき
、乾燥窒素や不活性ガスを処理チャンバーに導入して大
気圧へ戻し、さらにこれらのガスを処理チャンバー内に
流しながら、できるだけ大気ガスが入らないようにして
交換することが行われるが、これでは十分に防ぎきれず
、さらに作業員の酸欠の危険や、運転費用がかかる等の
問題があった。また、交換作業においても汚染が付着し
ないように細心の注意を払う必要があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、イオ
ン注入と真空蒸着を併用する薄膜形成方法において、処
理チャンバーなどに付着した吸着ガスや汚染などが成膜
時に放出されないように処理して、高純度の皮膜を形成
する方法および装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ために本発明はイオンビームの照射によって起こるスパ
ッタリングにより原子が放出されるのは避け得ないもの
であることから、成膜する皮膜と同じ材質のものを被処
理材以外の照射される部分に事前に蒸着しておくことに
より吸着ガスや汚染などが放出されないようにするもの
である。すなわち、この事前蒸着皮膜は、その後に成膜
する皮膜と同じ材質であるために、イオンビームスパッ
タリングにより処理チャンバー内に放出されたとしても
皮膜の純度に影響を及ぼさないのである。よって、本発
明の要旨は、イオン注入および真空蒸着の併用によって
行う薄膜形成方法において、あらかじめ被処理材以外の
イオンビームが照射される部分に蒸着膜を形成し、その
後被処理材にイオンビームを照射して成膜することによ
って高純度の皮膜を形成するところにある。

【０００８】

【作用】本発明の内容を図面に基づき説明する。図１は
、装置構成の概略を示す。処理チャンバー１の中に試料
ホルダー２、イオン源３および蒸着源４が取り付けてあ
る。被処理材９を試料ホルダー２に取り付け、真空排気
を行う。所定の真空度に到達したところで、処理を開始
するが、このとき試料ホルダーシャッター５を閉じたま
ま（図示の状態）にしておく。まず蒸着源４を起動し、
蒸着が安定した時点で蒸着シャッター６を開け（仮想線
の位置迄移動）、蒸着源４より真空蒸着を行う。このと
き蒸着により形成する膜厚は、その後に被処理材に形成
する皮膜の膜厚により異なる。すなわち、形成膜厚が大
きいときは長時間のイオン照射を受けるために長時間の
事前蒸着を行い、蒸着膜を厚く付着させておく必要があ
り、また、形成膜厚が小さいときは短時間の事前蒸着に
よって蒸着膜を薄く形成する。この事前蒸着の時間は、
その後にイオン注入と真空蒸着の併用によって行うのに
必要な成膜時間の半分から３倍になるようにする。 この理由は、事前蒸着膜が薄すぎると、成膜中に膜がス
パッタリングによりすべて削られてしまい、吸着したガ
スや汚染が放出されることから、少なくとも成膜時間の
半分程度は必要であり、また、あまり多く蒸着すると蒸
着材料の無駄を生じることから、多くとも成膜時間の３
倍程度が適切である。この蒸着終了後、イオン源３を起
動し、イオンビームが安定したところで、試料ホルダー
２に設けた試料ホルダーシャッター駆動装置７を駆動し
て、試料ホルダーシャッター５が取り付けてある軸を軸
中心回転させることにより試料ホルダーシャッター５を
開け（仮想線位置に移動）、イオン注入と真空蒸着の併
用によって被処理材９の表面に成膜を行う。また成膜前
の蒸着が終了した後に、成膜の前処理としてイオンビー
ムのみを照射し、被処理材のクリーニングを行うことも
ある。このときは、蒸着源４を一旦停止し、試料ホルダ
ーシャッター５を開けてクリーニングを行うことになる
。

【０００９】

【実施例】鉄基板上に窒化チタン膜を従来法と本発明に
よる方法で成膜し、グロー放電分光法で分析し比較した
。窒化チタンの成膜条件は、どちらも窒素イオンの加速
電圧：２０ｋＶ、ビーム電流密度：０．４４ｍＡ／ｃｍ
２　、チタン蒸着レート：５．０Ａ／ｓ．、膜厚：１ミ
クロンであった。従来法では、被処理材の交換後、真空
度が、５×１０−６ｔｏｒｒに到達した後、そのまま窒
化チタンの成膜を行った。一方、本方法では、被処理材
の交換後、真空度が５×１０−６ｔｏｒｒに到達した後
、窒化チタンを成膜する前に試料ホルダーシャッターを
閉じて３５分間、蒸着レート：５．０Ａ／ｓ．でチタン
を事前蒸着した後に窒化チタンを成膜したものである。 図２に、両皮膜のグロー放電分析結果を示す。図２から
判るように本発明法（同図（ａ））の方が、従来法（同
図（ｂ））よりも炭素、酸素の取り込みが圧倒的に少な
かった。

【００１０】

【発明の効果】本発明によれば、大気ガスに影響されず
に被処理材を交換することができるので、乾燥窒素や不
活性ガスを処理チャンバーに導入して大気圧へ戻し、さ
らにこれらのガスを処理チャンバー内に流しながら、で
きるだけ大気ガスが入らないようにして被処理材を交換
するような繁雑な作業や、注意深いハンドリングを必要
とせずに、容易に高純度の薄膜が形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による成膜装置の構成概略図である。

【図２】成膜した窒化チタン膜のグロー放電分光法によ
る分析結果を示す図で、（ａ）は本発明法、（ｂ）は従
来法によって成膜した場合を示す。

【符号の説明】

１…処理チャンバー ２…試料ホルダー ３…イオン源 ４…蒸着源 ５…試料ホルダーシャッター ６…蒸着源シャッター ７…試料ホルダーシャッター駆動装置 ８…蒸着膜 ９…被処理材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　イオン注入および真空蒸着の併用によ
   って行う薄膜形成方法において、被処理材に成膜を行う
   前に、被処理材を除き、イオンビームが照射される部分
   に蒸着膜を形成し、その後被処理材に成膜することによ
   って高純度の皮膜を形成することを特徴とする薄膜形成
   方法。
2. 【請求項２】　　被処理材を除き、イオンビームが照射
   される部分に行う真空蒸着膜形成時間を、その後に成膜
   するときに必要な成膜時間の半分から３倍とする請求項
   １記載の薄膜形成方法。
3. 【請求項３】　　イオン注入および真空蒸着の併用によ
   って行う薄膜形成装置において、蒸気を発生させる蒸着
   源および被処理材を保持する試料ホルダーにそれぞれ独
   立に動作し、かつ被処理材への蒸着を独立に制御できる
   シャッターを設けたことを特徴とする薄膜形成装置。