JPH086170B2 - TiN系着色膜形成装置 - Google Patents

TiN系着色膜形成装置

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JPH086170B2
JPH086170B2 JP61306731A JP30673186A JPH086170B2 JP H086170 B2 JPH086170 B2 JP H086170B2 JP 61306731 A JP61306731 A JP 61306731A JP 30673186 A JP30673186 A JP 30673186A JP H086170 B2 JPH086170 B2 JP H086170B2
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vacuum chamber
tin
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film forming
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JP61306731A
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啓明 北村
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、耐蝕性に優れ、かつ、装飾性に優れたTiN
系着色膜を形成する装置に関する。
〔背景技術〕
TiN膜は高硬度で耐蝕性に優れ、かつ、特有の金色を
しているため、工具の表面硬化処理、各種部品の装飾用
等に多用されている。このようなTiN膜は、その組成比
を僅かにずらせば黒紫色になり、組成中に炭素を取り込
めば赤紫色になる、と言うように、着色膜としての可能
性がある。しかしながら、現在使用されているTiN膜の
形成装置、たとえば、CVD装置や、イオンプレーティン
グ,スパッタリング等のPVD装置等では、耐蝕性に優れ
た着色膜を得ることが難しい。また、これらの装置で
は、着色を自由に制御することが難しい、と言う問題も
ある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、耐蝕性に優れ、かつ、金色以外の装
飾性に優れたTiN系着色膜を得ることができ、しかも、
その色調を自由に制御することができるTiN系着色膜形
成装置を提供することである。
〔発明の開示〕
本発明は、真空槽、前記真空槽内にTiを加熱蒸発させ
るための電子ビーム蒸発源、窒素イオンビームを発生さ
せるイオン銃を備え、前記真空槽内に前記電子ビーム蒸
発源に向き合うように基材が取り付けられるようになっ
ており、前記イオン銃がその銃口を前記基材に向けるよ
うに前記真空槽壁面に配置されているTiN系着色膜形成
装置であって、電圧の印加により前記窒素イオンビーム
のイオンの速度を変えるための電極、前記窒素イオンビ
ームとは別にガスを前記真空槽内に供給するためのガス
供給系をさらに備え、前記電極に電圧が印加されるこ
と、前記ガス供給系から前記ガスが前記真空槽内に供給
されることの少なくともいずれか一方により前記基材表
面に形成されるTiN膜を着色するようになっているTiN系
着色膜形成装置を提供する。
以下に、本発明を、その1実施例をあらわす第1図を
参照しつつ、詳しく説明する。
第1図にみるように、この装置は、真空槽1内に、Ti
を加熱蒸発させるための電子ビーム蒸発源2を備え、真
空槽1壁面には、窒素イオンビームを発生させるイオン
銃3を備えている。
真空槽1内には、前記電子ビーム蒸発源2に向き合う
ように基材4が取り付けられるようになっている。ま
た、前記イオン銃3は、そのような基材4に銃口を向け
るように、前記壁面に配置されている。
イオン銃3の銃口前方には、このイオン銃3の銃口口
径よりも僅かに大きい径、たとえば、30〜50mm程度の径
のリング状の外部電極5が取り付けられている。この外
部電極5は、電圧が印加されることでイオン銃3より照
射されるイオンの速度を変えるためのものである。
真空槽1には、前記イオン銃3に窒素ガスを供給する
ための、ガスボンベ6やニードル弁9等からなるガス供
給系Aとは別に、ガスボンベ7,8やニードル弁10等から
なるガス供給系Bが設けられており、それによって真空
槽1内にガスを供給し得るようになっている。
以上のような装置を使用した、TiN系着色膜の形成法
の1例を以下に説明する。
まず、基材4を真空槽1内の所定の位置にセットす
る。つぎに、図にはあらわしていない排気系によって真
空槽1内の空気を排気し、真空度2×10-3Pa程度の真空
状態とする。
真空度が所定の値になったところで、イオン銃3にガ
スボンベ6より窒素ガスを供給し、窒素イオンビーム11
を発生させて、基材4表面をイオンボンバード処理す
る。イオンボンバード処理の条件は、本発明では特に限
定されないが、ここでは、イオン銃3の加速電圧0.5〜2
keV,基材位置における電流密度40μA/cm2以上の条件で
数分間処理を行った。
このイオンボンバード処理は、上記窒素ガスでなく、
Arガス等の希ガス類で行われるようであっても構わな
い。
そのあと、イオンボンバード処理が窒素イオンビーム
で行われている場合にはその照射を続け、前記希ガス類
のイオンビームで行われている場合には、窒素イオンビ
ームに切り換える。
つぎに、電子ビーム蒸発源2のツルボ2a内にセットさ
れた金属チタニウム(以下「Ti」と記す)12に、フィラ
メント2bより電子ビーム2cを照射して溶融させる。そう
すると、溶融したTiが蒸発し、蒸発流13となって基材4
表面に到達する。その際、図にみるように、このTiの蒸
発流13と窒素イオンビーム11とが、基材4の表面付近で
交差しており、そこで、以下のような反応が行われる。
2Ti+N2 ++e-→2TiN なお、第1図中、14は、Tiの蒸発速度を測定するため
のセンサ、15はこのセンサによる蒸発速度の測定値に基
づいてTi蒸発源2のフィラメント2bを制御するためのレ
ーンコントローラである。これらを設置しておけば、そ
れによってTiの蒸発速度を、あらかじめ設定された値に
することが可能となる。
Tiの蒸発速度や窒素イオンビームの電流密度等の条件
は、本発明では特に限定されないが、この装置では、Ti
の蒸発速度が、前記センサ14による測定値、すなわち、
基材4表面における膜形成速度に換算して1〜10Å/se
c,窒素イオンビームの電流密度を20〜200μA/cm2程度の
範囲内で選定する。
通常の条件で形成されるTiNは、金色を呈している
が、その組成比を僅かにずらしてやれば、前述したよう
に黒紫色となる。本発明の装置では、そのように組成比
をずらすことを、以下の2法のうち少なくとも一方によ
って行っている。
第1の方法は、前記電極5に電圧を印加することであ
る。電極5に電圧を印加することによって窒素イオンビ
ームのイオンの速度を変える。この方法は、窒素イオン
の速度を変えてやれば、基材4表面に到達するN2 +イオ
ンの単位時間当たりの量が変化することを利用してい
る。たとえば、外部電極5に+100〜+200V程度の正の
電圧を印加して窒素イオンを減速してやれば、N2 +イオ
ンの単位時間当たりの量が減ることになり、膜組成をTi
側にずらすことができるようになる。
第2の方法は、前記イオン銃3に窒素ガスを供給する
ガス供給系Aとは別のガス供給系Bの窒素ガスボンベ8
より、真空槽1内に1〜10SCCM程度の窒素ガスを供給
し、それによって、基材4表面付近でのTiとNとの比率
を変化させる方法である。
以上の方法は、いずれか一方を行うようであってもよ
いし。両者が併用されるようであっても構わない。色の
調整は、前記窒素イオンの速度やガス供給系Bからの窒
素ガス供給量を変えることで行ってもよいし、前記Tiの
蒸発速度を変化させることで行うようであってもよい。
以上のような、この実施例によれば、基材4表面に形
成されるTiN膜中のTiとNの組成比をずらすことで、主
として黒紫色の発色をさせることが可能となる。しか
も、本発明の装置を用いた方法で得られるTiN膜は、そ
れ自体、イオンビームエネルギーの効果によって密着
性,緻密性等に優れたものであるため、高い耐蝕性を得
ることもできる。
なお、ガス供給系Bより供給されるガスを、たとえ
ば、メタン,アセチレン等の炭化水素系ガスにすると、
基材4表面に形成されるTiN膜中に微量の炭素が取り込
まれてTiCN膜ができ、赤紫色に着色させることができ
る。この際、色の調整は、ガスボンベ9からの前記炭化
水素ガスの供給量を変えることで行ってもよいし、先の
実施例と同様に、窒素イオンの速度やTiの蒸発速度を変
化させることで行うようであってもよい。
このようにして得られたTiCN膜も、先の黒紫色TiN膜
同様、それ自体、イオンビームエネルギーの効果によっ
て密着性,緻密性等に優れたものであるため、高い耐蝕
性を得ることができる。
なお、これまでは、第1図の装置を用いた、以上の実
施例にもとづいてのみ、本発明のTiN系着色膜形成装置
を説明してきたが、本発明は第1図に示す実施例の装置
に限定されるものではない。要するに、真空槽内に基材
を配置して窒素イオンビームを照射しつつTiを蒸発さ
せ、前記基材表面にTiN膜を形成するにあたり、電圧の
印加により前記窒素イオンビームのイオンの速度が可変
となるように電極を設置するとともに、この窒素イオン
ビームとは別にガスを前記真空槽内に供給し得るように
しておき、これらを用いることにより基材表面に形成さ
れるTiN系着色膜を着色するようになっているのであれ
ば、その他の構成は特に限定されないのである。
〔発明の効果〕
本発明のTiN系着色膜形成装置は、真空槽、前記真空
槽内にTiを加熱蒸発させるための電子ビーム蒸発源、窒
素イオンビームを発生させるイオン銃を備え、前記真空
槽内に前記電子ビーム蒸発源に向き合うように基材が取
り付けられるようになっており、前記イオン銃がその銃
口を前記基材に向けるように前記真空槽壁面に配置され
ているTiN系着色膜形成装置であって、電圧の印加によ
り前記窒素イオンビームのイオンの速度を変えるための
電極、前記窒素イオンビームとは別にガスを前記真空槽
内に供給するためのガス供給系をさらに備え、前記電極
に電圧が印加されること、前記ガス供給系から前記ガス
が前記真空槽内に供給されることの少なくともいずれか
一方により前記基材表面に形成されるTiN膜を着色する
ようになっているため、耐蝕性に優れるだけでなく、金
色以外の装飾性に優れたTiN系着色膜を得ることでき
る。しかも、電極に電圧を印加したり、および/また
は、ガス供給系から窒素イオンビームとは別にガスを真
空槽内に供給したりすることを選択的に行うことができ
るため、その着色、すなわち色調を自由に制御すること
ができるようになっており、非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の装置の1実施例を説明する説明図で
ある。 1……真空槽、4……基材、5……外部電極、8……窒
素ガスボンベ、9……炭化水素ガスボンベ、11……窒素
イオンビーム、13……Ti蒸発流、B……ガス供給系

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空槽、前記真空槽内にTiを加熱蒸発させ
    るための電子ビーム蒸発源、窒素イオンビームを発生さ
    せるイオン銃を備え、前記真空槽内に前記電子ビーム蒸
    発源に向き合うように基材が取り付けられるようになっ
    ており、前記イオン銃がその銃口を前記基材に向けるよ
    うに前記真空槽壁面に配置されているTiN系着色膜形成
    装置であって、電圧の印加により前記窒素イオンビーム
    のイオンの速度を変えるための電極、前記窒素イオンビ
    ームとは別にガスを前記真空槽内に供給するためのガス
    供給系をさらに備え、前記電極に電圧が印加されるこ
    と、前記ガス供給系から前記ガスが前記真空槽内に供給
    されることの少なくともいずれか一方により前記基材表
    面に形成されるTiN膜を着色するようになっているTiN系
    着色膜形成装置。
  2. 【請求項2】前記ガス供給系が、炭化水素系ガスを前記
    真空槽内に供給するようになっている特許請求の範囲第
    1項に記載のTiN系着色膜形成装置。
JP61306731A 1986-12-23 1986-12-23 TiN系着色膜形成装置 Expired - Lifetime JPH086170B2 (ja)

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