JPH04365852A - イオンビームミキシング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、材料の表面改質あるい
は成膜を行うイオンビームミキシング方法およびその装
置に関し、特に、複雑な形状の被加工物の場合であって
もその加工面を均質に形成することのできるイオンビー
ムミキシング方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】材料の表面改質においては、以前から真
空蒸着や電子ビーム照射、イオンビーム注入、イオンビ
ームミキシングなどが用いられてきた。中でも、蒸着と
イオンビーム注入を併用して行うイオンビームミキシン
グ法は、様々な組合せの化合物膜を基材との密着性良く
形成できることから、最近特に高まってきた機能性材料
への要求に応え得るものとして注目されてきており、既
に窒化チタン（ＴｉＮ）膜や窒化アルミニウム（ＡｌＮ
）膜などの形成に利用されている。通常、イオンビーム
ミキシングは、図４に示すような装置で行なわれており
、図示しないイオン源から発射されたイオンビーム８と
、ルツボ４内の試料５から発生した蒸気６とが被処理物
３の表面に照射されミキシング膜２１を形成していく。 この種の方法および装置の一例としては、例えば特開昭
６２−　２３０９６５号公報等が挙げられる。

【０００３】これまでのイオンミキシングにおいては発
生した蒸気中には、ルツボ内での蒸着用試料５の急激な
温度上昇により発生する粒状の突沸粒子７が含まれるこ
とがあり、該突沸粒子がミキシング膜中に取り込まれて
しまうことがあった。そのため、ミキシング膜の均一性
の低下や、被処理物表面との密着性の低下等が生じてい
る。そのような不都合を解決するための手段として、真
空蒸着の分野では、ルツボと被処理材との間に、放射状
に配設された複数枚の平行羽根を備えその中心軸が略垂
直の回転子を設け、該放射状の羽根により突沸粒子をは
ねとばし除去する技術（特開昭６１ー１７０５６２号公
報）が開発されてきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記したように、これ
までのイオンミキシングにおいては発生した蒸気中にル
ツボ内での蒸着用試料の急激な温度上昇により発生する
粒状の突沸粒子が含まれることがあり、該突沸粒子がミ
キシング膜中に取り込まれてしまうことがある。そのた
め、ミキシング膜の均一性の低下や、被処理物表面との
密着性の低下等が起こり、例えば、工具表面に形成した
ＴｉＮ膜が、突沸粒子を取り込んだ部分を中心として剥
離していくといった現象が起こっていた。また、図５に
示されるように、被処理物への蒸着方向とイオンビーム
８の照射方向とが大きく異なっていたため、被処理物の
形状によっては、イオンビーム照射のみの層２２や蒸着
のみの層２３を含む不均一なミキシング膜ができること
があった。そのため、ミキシング膜が摩耗していくに従
って、表面の性質が部分的に変化してしまうという問題
があった。

【０００５】上記したようにイオンビームミキシングの
技術分野では、これらの点について格別の配慮がなされ
ておらず、形成される膜における該突沸粒子の付着によ
る膜質低下の問題があった。また、真空蒸着手段で開示
されている回転する羽根手段により突沸粒子をはねとば
す手段は突沸粒子の除去手段として一応の有効性を有し
ているもののそのための構成が複雑でありまた羽根に付
着してしまった突沸粒子に対する対策は特に講じられて
いない。

【０００６】さらに上記したように被処理物への蒸着方
向とイオンビームの照射方向とが大きく異なるため、平
板や円筒といった単純形状物の表面にしか良質のミキシ
ング膜を形成できないという問題があった。本発明の目
的は、従来のイオンビームミキシング方法およびそのた
めの装置の持つ上記のような不具合を解決し、均質なミ
キシング膜を形成し得るイオンビームミキシング方法お
よび装置を得ることを目的としている。

【０００７】より具体的には、本発明の目的は、蒸着用
試料の急激な加熱により発生した突沸粒子が被処理物表
面に付着することを、簡単な構成を付加することにより
防止しそれにより密着性の良い均質なミキシング膜を形
成することのできるイオンビームミキシング方法および
装置を得ることにある。本発明のさらに他の目的は、凹
凸のあるような複雑形状物の表面に均質なミキシング膜
を形成することのできるイオンビームミキシング方法お
よび装置を得ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成しかつ課題を解決するために、一つの手法として、イ
オンビーム照射と蒸着とを交互あるいは同時に行って材
料の改質あるいは成膜を行うイオンビームミキシング方
法において、ルツボと被処理物との間に加熱された反射
板を配置し、ルツボから発生する蒸気中に混入している
蒸気以外の微粒子を、該反射板に衝突させてその運動エ
ネルギを消失させるあるいは該反射板に付着させて再蒸
発させることにより除去することにより均質なミキシン
グ膜を形成可能としたイオンビームミキシング方法を開
示する。

【０００９】さらに本発明は他の手法として、上記のよ
うなイオンビームミキシング方法において、被処理物へ
の蒸気の照射とイオンビームの照射とを少なくとも被処
理物前方においては概略同一方向において行うことによ
り均質なミキシング膜を形成可能としたしたことを特徴
とするイオンビームミキシング方法をも開示する。被処
理物への蒸気の照射とイオンビームの照射とを被処理物
前方において概略同一方向とする方法としては、ルツボ
から発生する蒸気を反射板に当てることにより蒸気の方
向を変える方法であってもよく、あるいはイオンビーム
の光学系を調整することによりイオンビームの照射方向
を調整する方法であってもよい。

【００１０】また、上記したそれぞれの手法は単独で実
施することもでき二つの手法方法を組み合わせて実施す
ることもできる。本発明は、上記の方法を実施するため
の装置の一態様として、真空容器、該容器内のルツボお
よび試料ホルダ、および該真空容器内へのイオンビーム
照射装置とを有するイオンビームミキシング装置であっ
て、ルツボと試料ホルダの間に、ルツボから発生する蒸
気中に混入している蒸気以外の微粒子を除去しうる加熱
された反射板手段を有するイオンビームミキシング装置
を開示する。

【００１１】また、上記の方法を実施するための装置の
他の態様として、被処理物への蒸気の照射方向とイオン
ビームの照射方向とを少なくとも試料ホルダ前方におい
ては概略同一方向とするための手段をさらに有するイオ
ンビームミキシング装置をも開示する。上記の照射方向
を同一方向とするための手段は、ルツボと試料ホルダの
間に介在された加熱された反射板手段であってもよく、
あるいはイオンビーム照射装置の光学系を調整する手段
であってもよい。

【００１２】

【作　　用】本発明において、ルツボから発生した蒸気
は被処理物までにいたる過程で加熱された反射板に衝突
する。蒸気そのものはその衝突によっても格別のエネル
ギは減少せずに反射後被処理物の表面まで到達する。粒
子径の大きい突沸粒子は反射板への衝突によりあるもの
は大きくエネルギを減じ被処理物まで到達せずまたある
ものは反射面に付着する。反射板は加熱状態にあるので
付着した突沸粒子は再加熱され再蒸発し、被処理物の表
面にまで移動する。したがって、本発明によるイオンビ
ームミキシングにおいては、加熱された反射板の持つ作
用により、ルツボ内の試料から発生する蒸気中に含まれ
る蒸気以外の微粒子はすべて除去され、被処理物表面に
は蒸気のみが照射される。それによって、該処理物表面
に突沸粒子を含まない良好なミキシング膜を形成できる
。

【００１３】また、本発明の上記反射板は蒸気の進行方
向を変える作用もあるため、イオンビーム照射方向と蒸
着方向とを概略一致させることができる。それによって
、凹凸のあるような複雑形状をした被処理物表面に均質
なミキシング膜を形成することができる。さらに、イオ
ンビーム光学系に偏向手段等を組み込むことによっても
、イオンビーム照射方向と蒸着方向とを概略一致させる
ことができる。それによって、凹凸のあるような複雑形
状をした被処理物表面に均質なミキシング膜を形成する
ことができる。

【００１４】本発明においては、加熱された反射板を用
いることおよびイオンビームと蒸着物質の蒸気の方向と
を一致させることとを組み合わせて用いることにより、
複雑な形状を持つ被加工物表面に対しても均質かつ均一
厚みの改質あるいは成膜を確実に行うことができる。

【００１５】

【実施例】以下、添付の図面を用いた実施例の説明に基
づき、本発明をより詳細に説明する。図１は本発明の一
実施例の縦断面図を示している。同図において、真空容
器１は到達真空度１０−４Ｐａ台以下となるミキシング
処理室である。真空容器１内に設置されたルツボ４内の
試料５は、図示していない電子ビーム等の加熱手段によ
って加熱され、蒸着用蒸気６となってルツボ４から噴出
する。蒸着用蒸気６は、図示していないイオン源から発
射されたイオンビーム８と共に、試料ホルダ２に固定さ
れた被処理物３の表面に照射され、ミキシング膜２１を
形成する。

【００１６】本実施例の特徴は、蒸気反射手段１１を設
けて、蒸着を該蒸気反射手段を介して行うようにしたこ
とである。該蒸気反射手段１１は、後述するような加熱
手段によって加熱されているため、ルツボ４内の試料５
から噴出してきた突沸粒子７の一部は反射板への衝突に
よりエネルギーを失うとともに他のものは該蒸気反射手
段に付着して再蒸発する。このような構成とすることに
より、加熱された試料５から、蒸着用蒸気６に混ざって
発生する突沸粒子７が、被処理物３の表面に向かうこと
を防ぎ、蒸着用蒸気６のみを被処理物３の表面に照射す
ることができ、均質なミキシング膜２１を形成すること
ができる。

【００１７】さらに、反射後の蒸着用蒸気６の進行方向
がイオンビーム８の照射方向と概略一致するように、蒸
気反射手段１１を設置すれば、凹凸のあるような複雑形
状物の表面にもミキシング膜２１を均一に形成すること
もできる。蒸気反射手段１１の形状や設置場所は、上記
二つの目的の内いずれか一方または両方を達成できるよ
うに、反射された蒸着用蒸気６が被処理物３の表面に向
かう構造になっていれば、どのようなものでも構わない
。

【００１８】蒸気反射手段の素材としては、例えば、タ
ングステン、モリブデン、タンタル等の高融点金属板が
適しており、さらに、加熱のしやすさを考慮すると、厚
さ０．１ｍｍ以下程度の箔状のものが好ましい。また、
高温下や真空下での脱ガス、変形等が生じないことを条
件に、セラミック等を用いることができる。反射手段の
加熱方法としては、例えば、反射手段の裏側に熱電子供
給用フィラメントを設置し、フィラメントから発生する
熱電子を照射することにより加熱する。この時、反射手
段に数ｋＶの正の電位を与えたり、フィラメントのさら
に裏側に数枚の熱シールド板を設置すると、加熱効率が
上がる。そのほか、直接通電による抵抗加熱や、赤外線
ランプやレーザ等を用いて加熱する方法等を使用するこ
とも有効である。

【００１９】反射手段は、ルツボ内から発生する試料の
蒸気温度以上に加熱するのが適当である。試料の種類ま
たはその加熱の度合いによって、蒸気温度即ち反射手段
の加熱温度が異なるが、例えば、試料からの蒸気圧が０
．１Ｐａ程度になるような条件で蒸着を行おうとすると
、反射手段の温度は、アルミニウムを試料とした場合に
は約１０００℃以上、チタンの場合には約１５００℃以
上となる。なお、図中９は、ルツボ４から噴出する蒸着
用蒸気６や突沸粒子７が、直接被処理物３の表面に向か
うのを防止する遮蔽物である。

【００２０】本発明の他の実施例を、図２を用いて説明
する。同図は本実施例の主要部分を示したものであり、
その他の部分の構成は図１と同様である。本実施例の特
徴は、ルツボ４と被処理物３との間に、蒸着用蒸気６と
突沸粒子７とを選り分ける手段としての反射板１１とし
て、蒸気流に対して斜めを向いた格子状構造物１２を設
けたことである。該格子構造物１２は、蒸気６と突沸粒
子７が、ルツボ４から直接被処理物３表面に向かわない
よう、蒸気６の進行方向に対して重なりあう配置となっ
ており、また、図１の実施例の説明において示したよう
な適宜の加熱手段によって加熱されている。蒸気６は、
図中の矢印のように進行し、突沸粒子７は、一部は運動
エネルギを失い他のものは該格子構造物１２表面に付着
し再蒸発するという行程を複数回繰返し、蒸気６のみと
なって被処理物３表面へと照射される。このような構成
とすることにより、図１に示した実施例と同様に、加熱
された試料５から蒸着用蒸気６に混ざって発生する突沸
粒子７が、被処理物３の表面に向かうことを防ぎ、蒸着
用蒸気６のみを被処理物３の表面に照射して均質なミキ
シング膜を形成することができる。

【００２１】本発明の他の実施例を、図３を用いて説明
する。同図は本実施例の主要部分を示したものであり、
その他の部分の構成は図１と同様である。本実施例の特
徴は、イオンビームの照射方向が蒸着方向と概略一致す
るように、イオンビームの偏向手段１３を設けたことで
ある。このような構成とすることにより、図１に示した
実施例と同様に、イオンビーム照射のみの層や蒸着のみ
の層ができることがないので、凹凸のあるような複雑な
形状の被処理物３の表面にも均質なミキシング膜２１を
形成することができる。イオンビームの偏向手段として
は、例えば、磁界を利用したものあるいは電界を利用し
たもの等従来知られた手段を任意に使用できるとともに
、イオンビーム偏向手段１３に、イオンビームの質量分
離あるいはエネルギー分離機能を兼ねさせることも可能
である。また、イオンビーム偏向手段１３の形状や設置
場所は、被処理物３へのイオンビーム照射方向と蒸着方
向とが概略一致するような構成であれば、どのようなも
のでも構わない。

【００２２】本発明の他の実施例として、図示しないが
、図３に示したようなイオンビームの照射方向と蒸着方
向とを概略一致させた装置において、その蒸気流中に図
２の実施例において説明した格子状構造物１２を反射板
として介在させたものも存在する。このものにあつては
、複雑な表面形状の被加工物に対して、均質でかつ突沸
粒子を含まないより安定したミキシング膜を形成し得る
ことは容易に理解されよう。

【００２３】以上、イオンビームミキシング装置につい
て説明してきたが、突沸粒子の付着を防ぐことが要求さ
れる蒸着装置などに本発明の加熱された反射板の手段を
適用できることは明かであり、同様な効果を奏し得るも
のである。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、イオンビームミキシン
グ方法および装置において、蒸着試料用ルツボと被処理
物との間の蒸気流路中に、加熱された反射板を介在させ
るという簡単な手段でもって被処理物表面への突沸粒子
の付着を防ぐことが可能となり、さらにイオンビーム照
射方向と蒸着方向とを概略一致させることで、凹凸のあ
るような複雑な形状の被処理物表面にも、均質なミキシ
ング膜を密着性良く形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるミキシング装置の縦断
面図を示したもの。

【図２】本発明の他の実施例を示す断面図。

【図３】本発明の他の実施例を示す断面図。

【図４】従来のミキシング装置の縦断面図。

【図５】異なった従来のミキシング装置の断面図。

【符号の説明】

１：真空容器、３：被処理物、４：ルツボ、５：蒸着用
試料、６：蒸着用蒸気、７：突沸粒子、８：イオンビー
ム、１１：蒸気反射板、１２：格子構造物、１３：イオ
ンビーム偏向手段、２１：ミキシング膜、２２：イオン
ビーム照射のみの層、２３：蒸着のみの層

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　イオンビ−ム照射と蒸着とを交互ある
   いは同時に行って材料の改質あるいは成膜を行うイオン
   ビ−ムミキシング方法において、ルツボと被処理物との
   間に加熱された反射板を配置し、ルツボから発生する蒸
   気中に混入している蒸気以外の微粒子を、該反射板に衝
   突させてその運動エネルギを消失させるあるいは該反射
   板に付着させて再蒸発させることにより除去することに
   より均質なミキシング膜を形成可能としたことを特徴と
   するイオンビームミキシング方法。
2. 【請求項２】　　イオンビーム照射と蒸着とを交互ある
   いは同時に行って材料の改質あるいは成膜を行うイオン
   ビームミキシング方法において、被処理物への蒸気の照
   射とイオンビ−ムの照射とを少なくとも被処理物前方に
   おいては概略同一方向において行うことにより均質なミ
   キシング膜を形成可能としたことを特徴とするイオンビ
   ームミキシング方法。
3. 【請求項３】　　ルツボから発生する蒸気を反射板に当
   てることにより蒸気の方向を変え、それにより被処理物
   への蒸気の照射とイオンビームの照射とを被処理物前方
   において概略同一方向とすることを特徴とする、請求項
   ２記載のイオンビームミキシング方法。
4. 【請求項４】　　イオンビームの光学系を調整すること
   によりイオンビームの照射方向を調整し、それにより被
   処理物への蒸気の照射とイオンビームの照射とを被処理
   物前方において概略同一方向とすることを特徴とする、
   請求項２記載のイオンビームミキシング方法。
5. 【請求項５】　　イオンビーム照射と蒸着とを交互ある
   いは同時に行って材料の改質あるいは成膜を行うイオン
   ビームミキシング方法において、ルツボと被処理物との
   間に加熱された反射板を配置し、ルツボから発生する蒸
   気中に混入している蒸気以外の微粒子を、該反射板に衝
   突させてその運動エネルギを消失させるあるいは該反射
   板に付着させて再蒸発させることにより除去すること、
   および被処理物への蒸気の照射とイオンビームの照射と
   を少なくとも被処理物前方においては概略同一方向にお
   いて行うことにより均質なミキシング膜を形成可能とし
   たことを特徴とするイオンビームミキシング方法。
6. 【請求項６】　　真空容器、該容器内のルツボおよび試
   料ホルダ、および該真空容器内へのイオンビーム照射装
   置とを有するイオンビームミキシング装置であって、ル
   ツボと試料ホルダの間に、ルツボから発生する蒸気中に
   混入している蒸気以外の微粒子を除去しうる加熱された
   反射板手段を有していることを特徴とするイオンビーム
   ミキシング装置。
7. 【請求項７】　　真空容器、該容器内のルツボおよび試
   料ホルダ、および該真空容器内へのイオンビーム照射装
   置とを有するイオンビームミキシング装置であって、被
   処理物への蒸気の照射方向とイオンビームの照射方向と
   を少なくとも試料ホルダ前方においては概略同一方向と
   するための手段をさらに有していることを特徴とするイ
   オンビームミキシング装置。
8. 【請求項８】　　前記同一方向とするための手段が、ル
   ツボと試料ホルダの間に介在された加熱された反射板手
   段であることを特徴とする、請求項７記載のイオンビー
   ムミキシング装置。
9. 【請求項９】　　前記同一方向とするための手段が、イ
   オンビーム照射装置の光学系を調整する手段であること
   を特徴とする、請求項７記載のイオンビームミキシング
   装置。