JP2000064025A - 炭窒化ホウ素膜の製造方法 - Google Patents
炭窒化ホウ素膜の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐摩耗性に優れた所望の炭窒化ホウ素膜中の
組成比を有する炭窒化ホウ素膜を製造できる手段を提供
するにある。 【解決手段】 イオン照射２０と蒸着１８又は複数のイ
オン照射と、希ガスイオン照射２０を同時に行う方法に
より、基材１３上に膜状の炭素、窒素及びホウ素の化合
物を形成させることを特徴とする。
組成比を有する炭窒化ホウ素膜を製造できる手段を提供
するにある。 【解決手段】 イオン照射２０と蒸着１８又は複数のイ
オン照射と、希ガスイオン照射２０を同時に行う方法に
より、基材１３上に膜状の炭素、窒素及びホウ素の化合
物を形成させることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭窒化ホウ素膜の
製造方法に関する。詳しくは、各種回転機械の軸受やス
ライドなどの摺動部材や情報機器記憶装置等、耐摩耗性
を要求される部材や電子工業材料、耐熱材料、高靭性材
料等へ適用されるものである。
製造方法に関する。詳しくは、各種回転機械の軸受やス
ライドなどの摺動部材や情報機器記憶装置等、耐摩耗性
を要求される部材や電子工業材料、耐熱材料、高靭性材
料等へ適用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】炭窒化ホウ素の低圧相（常温・常圧で安
定な相）は、黒鉛（グラファイト）と六方晶窒化ホウ素
（ｈＢＮ）の固溶体から成る物質で、潤滑性、耐熱性、
耐食性、高熱伝導性等の両者の特長を合わせ持つと共
に、グラファイトに優る耐高温酸化特性及びｈＢＮに優
る強度を有すると言われている。また、電気的には、グ
ラファイトが導電体であるのに対しｈＢＮは優れた絶縁
体であることから、炭窒化ホウ素膜中におけるグラファ
イトとｈＢＮの固溶割合を変化させることにより、電気
的特性を連続的に制御できることが予想される。
定な相）は、黒鉛（グラファイト）と六方晶窒化ホウ素
（ｈＢＮ）の固溶体から成る物質で、潤滑性、耐熱性、
耐食性、高熱伝導性等の両者の特長を合わせ持つと共
に、グラファイトに優る耐高温酸化特性及びｈＢＮに優
る強度を有すると言われている。また、電気的には、グ
ラファイトが導電体であるのに対しｈＢＮは優れた絶縁
体であることから、炭窒化ホウ素膜中におけるグラファ
イトとｈＢＮの固溶割合を変化させることにより、電気
的特性を連続的に制御できることが予想される。
【０００３】さらに、炭窒化ホウ素の高圧相（高温・高
圧で安定な相）は、ダイヤモンドと立方晶窒化ホウ素
（ｃＢＮ）の固溶体で、硬度、耐酸化性等両者の特長を
合わせ持つ物質と予想されているが、任意の炭素、窒
素、ホウ素組成比を有する炭窒化ホウ素の低圧相が合成
できれば、高圧相の前駆体として利用範囲もさらに広が
るものである。以上の性質を利用して、各種回転機器の
軸受やスライド等の摺動部材や情報機器記憶装置等の保
護膜、電子工業材料、耐熱材料、高靭性材料等への応用
が期待されている。
圧で安定な相）は、ダイヤモンドと立方晶窒化ホウ素
（ｃＢＮ）の固溶体で、硬度、耐酸化性等両者の特長を
合わせ持つ物質と予想されているが、任意の炭素、窒
素、ホウ素組成比を有する炭窒化ホウ素の低圧相が合成
できれば、高圧相の前駆体として利用範囲もさらに広が
るものである。以上の性質を利用して、各種回転機器の
軸受やスライド等の摺動部材や情報機器記憶装置等の保
護膜、電子工業材料、耐熱材料、高靭性材料等への応用
が期待されている。
【０００４】従来の炭窒化ホウ素の合成方法としては、
アンモニア、アセチレン等と塩化ホウ素との反応や、四
塩化炭素、アセトニトリルと塩化ホウ素との反応や、ジ
メチルアミンボラン等の窒素及びホウ素を含有する有機
化合物の熱分解等の気相化学蒸着法（ＣＶＤ法）が用い
られていた。
アンモニア、アセチレン等と塩化ホウ素との反応や、四
塩化炭素、アセトニトリルと塩化ホウ素との反応や、ジ
メチルアミンボラン等の窒素及びホウ素を含有する有機
化合物の熱分解等の気相化学蒸着法（ＣＶＤ法）が用い
られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
では、原料の混合状態や反応が不均一になることによる
組成のずれが生じたり、混合過程に中間生成物が合成さ
れるといった問題がある。そのため、反応の均一化はも
とより、原料の混合過程にも煩雑且つ高度の技術を要し
た。さらに、これらの手法による合成は、処理温度が高
温（１０００〜１４００℃）で、高速度工具鋼等高温で
変質してしまう材料上に成膜することは不可能である。
では、原料の混合状態や反応が不均一になることによる
組成のずれが生じたり、混合過程に中間生成物が合成さ
れるといった問題がある。そのため、反応の均一化はも
とより、原料の混合過程にも煩雑且つ高度の技術を要し
た。さらに、これらの手法による合成は、処理温度が高
温（１０００〜１４００℃）で、高速度工具鋼等高温で
変質してしまう材料上に成膜することは不可能である。
【０００６】また、従来の製造方法では炭窒化ホウ素膜
の基材との密着性が劣ることや、炭窒化ホウ素膜自体の
性能が十分に明らかになっていないという問題点があ
る。従って、炭窒化ホウ素の持つ特長を最大限に活用す
るためには、所望の組成から成る密着性の優れた膜状の
炭窒化ホウ素を低温で製造する技術の開発が必要不可欠
となる。本発明は、上記従来技術の問題点を解決するこ
とのできる炭窒化ホウ素膜の製造方法を提供するもので
ある。
の基材との密着性が劣ることや、炭窒化ホウ素膜自体の
性能が十分に明らかになっていないという問題点があ
る。従って、炭窒化ホウ素の持つ特長を最大限に活用す
るためには、所望の組成から成る密着性の優れた膜状の
炭窒化ホウ素を低温で製造する技術の開発が必要不可欠
となる。本発明は、上記従来技術の問題点を解決するこ
とのできる炭窒化ホウ素膜の製造方法を提供するもので
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の請求項１に係る炭窒化ホウ素膜の製造方法は、イ
オン照射と蒸着又は複数のイオン照射と、希ガスイオン
照射を同時に行う方法により、基材上に膜状の炭素、窒
素及びホウ素の化合物を形成させることを特徴とする。
上記目的を達成する本発明の請求項２に係る炭窒化ホウ
素膜の製造方法は、請求項１において、前記化合物中の
ダイヤモンド構造を、希ガスイオン照射により増加させ
ることを特徴とする。上記目的を達成する本発明の請求
項３に係る炭窒化ホウ素膜の製造方法は、請求項１又は
２において、前記イオン照射はエネルギーを３ｋｅＶ以
下としたことを特徴とする。
発明の請求項１に係る炭窒化ホウ素膜の製造方法は、イ
オン照射と蒸着又は複数のイオン照射と、希ガスイオン
照射を同時に行う方法により、基材上に膜状の炭素、窒
素及びホウ素の化合物を形成させることを特徴とする。
上記目的を達成する本発明の請求項２に係る炭窒化ホウ
素膜の製造方法は、請求項１において、前記化合物中の
ダイヤモンド構造を、希ガスイオン照射により増加させ
ることを特徴とする。上記目的を達成する本発明の請求
項３に係る炭窒化ホウ素膜の製造方法は、請求項１又は
２において、前記イオン照射はエネルギーを３ｋｅＶ以
下としたことを特徴とする。
【０００８】〔作用〕従来の炭窒化ホウ素膜の製造方法
に対し、本発明は、イオン照射と蒸着を同時に行う、又
は複数のイオンの照射を同時に行うイオン蒸着法であ
り、原料の供給比を変化させるだけで炭窒化ホウ素膜の
組成を制御することが可能である。また、成膜の際に希
ガスイオン照射を併せて行うことで、炭窒化ホウ素膜成
分となる原料イオンの持つエネルギーに加え希ガスイオ
ンのエネルギーにより、原料の反応性や炭窒化ホウ素膜
と基材との密着性の向上が期待できると共に、炭窒化ホ
ウ素膜の構造を変化させることが可能で、炭窒化ホウ素
膜中におけるダイヤモンド構造の割合を増加させること
ができ、硬度や耐摩耗性を向上させることができる。さ
らに、処理温度が低温（１５０〜５００℃）であるた
め、母材を変質することなく、低温で炭窒化ホウ素膜の
合成が可能である。
に対し、本発明は、イオン照射と蒸着を同時に行う、又
は複数のイオンの照射を同時に行うイオン蒸着法であ
り、原料の供給比を変化させるだけで炭窒化ホウ素膜の
組成を制御することが可能である。また、成膜の際に希
ガスイオン照射を併せて行うことで、炭窒化ホウ素膜成
分となる原料イオンの持つエネルギーに加え希ガスイオ
ンのエネルギーにより、原料の反応性や炭窒化ホウ素膜
と基材との密着性の向上が期待できると共に、炭窒化ホ
ウ素膜の構造を変化させることが可能で、炭窒化ホウ素
膜中におけるダイヤモンド構造の割合を増加させること
ができ、硬度や耐摩耗性を向上させることができる。さ
らに、処理温度が低温（１５０〜５００℃）であるた
め、母材を変質することなく、低温で炭窒化ホウ素膜の
合成が可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】〔実施例１〕本発明の第１の実施
例に係る炭窒化ホウ素膜の製造方法について図１を参照
して説明する。同図に示す装置は、真空容器１１内の基
材ホルダー１２に取り付けられた基材１３に対し、イオ
ン源１４から混合イオン２０を照射すると同時に、真空
容器１１内の下部に設置された蒸発源１５内の原料１６
へ電子ビーム１７を照射して蒸発させ、それによりその
蒸気１８を基材１３上に蒸着させるものである。蒸気１
８の基材１３への蒸発量は、モニター１９で測定され
る。ここで、混合イオン２０は、窒素含有イオン、ホウ
素含有イオン若しくは炭素含有イオンと、希ガスイオン
とを混合したものである。
例に係る炭窒化ホウ素膜の製造方法について図１を参照
して説明する。同図に示す装置は、真空容器１１内の基
材ホルダー１２に取り付けられた基材１３に対し、イオ
ン源１４から混合イオン２０を照射すると同時に、真空
容器１１内の下部に設置された蒸発源１５内の原料１６
へ電子ビーム１７を照射して蒸発させ、それによりその
蒸気１８を基材１３上に蒸着させるものである。蒸気１
８の基材１３への蒸発量は、モニター１９で測定され
る。ここで、混合イオン２０は、窒素含有イオン、ホウ
素含有イオン若しくは炭素含有イオンと、希ガスイオン
とを混合したものである。
【００１０】また、原料１６としては、炭素若しくはホ
ウ素を用いる。但し、イオン源１４から供給しないイオ
ンに相当する物質とする。即ち、イオン源１４からホウ
素含有イオンを供給するときは蒸発源１５から炭素を供
給し、イオン源１４から炭素含有イオンを供給するとき
は蒸発源１５からホウ素を供給する。
ウ素を用いる。但し、イオン源１４から供給しないイオ
ンに相当する物質とする。即ち、イオン源１４からホウ
素含有イオンを供給するときは蒸発源１５から炭素を供
給し、イオン源１４から炭素含有イオンを供給するとき
は蒸発源１５からホウ素を供給する。
【００１１】このような炭窒化ホウ素膜の製造装置によ
り、炭窒化ホウ素膜は、以下のように合成される。先
ず、基材１３（例えば高速度工具鋼）を有機溶剤（例え
ばアセトン）で超音波洗浄を施した後、真空容器１１内
の基材ホルダー１２に設置し、２×１０-6ｔｏｒｒ以下
に予備排気する。次に、イオン源１４に供給した窒素含
有ガス（例えば窒素、アンモニア等）と炭素含有ガス
（例えばメタン、アセチレン等）と希ガス（例えばアル
ゴン、キセノン等）の混合ガスをイオン源１４内でイオ
ン化し、窒素含有イオンと炭素含有イオンと希ガスイオ
ンの混合イオン２０を基材１３へ照射すると同時に、蒸
発源１５よりホウ素蒸気１８を基材１３上に蒸着させ
る。
り、炭窒化ホウ素膜は、以下のように合成される。先
ず、基材１３（例えば高速度工具鋼）を有機溶剤（例え
ばアセトン）で超音波洗浄を施した後、真空容器１１内
の基材ホルダー１２に設置し、２×１０-6ｔｏｒｒ以下
に予備排気する。次に、イオン源１４に供給した窒素含
有ガス（例えば窒素、アンモニア等）と炭素含有ガス
（例えばメタン、アセチレン等）と希ガス（例えばアル
ゴン、キセノン等）の混合ガスをイオン源１４内でイオ
ン化し、窒素含有イオンと炭素含有イオンと希ガスイオ
ンの混合イオン２０を基材１３へ照射すると同時に、蒸
発源１５よりホウ素蒸気１８を基材１３上に蒸着させ
る。
【００１２】ここで、窒素イオンとメタンイオンとアル
ゴンイオンの混合イオン２０のエネルギーを０．５ｋｅ
Ｖ、窒素／メタン／アルゴン供給比を１：１：２、ホウ
素蒸気１８の蒸発速度を０．５Å／ｓｅｃとすると、ホ
ウ素／炭素／窒素組成比２：１：１の炭窒化ホウ素膜を
合成できた。また、窒素イオンとメタンイオンとアルゴ
ンイオンの混合イオン２０のエネルギーを０．５ｋｅ
Ｖ、窒素／メタン／アルゴン供給比を３：７：６、ホウ
素蒸気１８の蒸発速度を０．５Å／ｓｅｃとするとホウ
素／炭素／窒素組成比２：２：１の炭窒化ホウ素膜を合
成できた。
ゴンイオンの混合イオン２０のエネルギーを０．５ｋｅ
Ｖ、窒素／メタン／アルゴン供給比を１：１：２、ホウ
素蒸気１８の蒸発速度を０．５Å／ｓｅｃとすると、ホ
ウ素／炭素／窒素組成比２：１：１の炭窒化ホウ素膜を
合成できた。また、窒素イオンとメタンイオンとアルゴ
ンイオンの混合イオン２０のエネルギーを０．５ｋｅ
Ｖ、窒素／メタン／アルゴン供給比を３：７：６、ホウ
素蒸気１８の蒸発速度を０．５Å／ｓｅｃとするとホウ
素／炭素／窒素組成比２：２：１の炭窒化ホウ素膜を合
成できた。
【００１３】さらに、窒素イオンとメタンイオンとアル
ゴンイオンの混合イオン２０のエネルギーを０．５ｋｅ
Ｖ、窒素／メタン／アルゴン供給比を３：７：６、ホウ
素蒸気１８の蒸発速度を０．２Å／ｓｅｃとするとホウ
素／炭素／窒素組成比１：２：１の炭窒化ホウ素膜を合
成できた。このように窒素含有イオンと炭素含有イオン
と希ガスイオンの混合イオン２０のエネルギーを一定と
し、窒素含有ガス／炭素含有ガス／希ガス供給比及びホ
ウ素蒸気１８の蒸発速度を変化させることにより、炭窒
化ホウ素膜中のホウ素／炭素／窒素組成比を変化させる
ことができる。
ゴンイオンの混合イオン２０のエネルギーを０．５ｋｅ
Ｖ、窒素／メタン／アルゴン供給比を３：７：６、ホウ
素蒸気１８の蒸発速度を０．２Å／ｓｅｃとするとホウ
素／炭素／窒素組成比１：２：１の炭窒化ホウ素膜を合
成できた。このように窒素含有イオンと炭素含有イオン
と希ガスイオンの混合イオン２０のエネルギーを一定と
し、窒素含有ガス／炭素含有ガス／希ガス供給比及びホ
ウ素蒸気１８の蒸発速度を変化させることにより、炭窒
化ホウ素膜中のホウ素／炭素／窒素組成比を変化させる
ことができる。
【００１４】この効果は、窒素含有イオンと炭素含有イ
オンと希ガスイオンの混合イオン２０のエネルギーが３
ｋｅＶ以下であれば０．５ｋｅＶ以外のときでも得るこ
とができる。以上の方法で作製した炭窒化ホウ素膜を光
電子分光分析により分析した結果、炭素、窒素、ホウ素
の互いの結合が認められ、炭窒化ホウ素が合成されてい
ることが確認できた。また、窒素含有イオンとホウ素含
有イオンと希ガスイオンの混合イオン２０の照射と、蒸
発源１５から炭素蒸気１８の蒸着とを同時に行っても、
同様な効果が得られる。
オンと希ガスイオンの混合イオン２０のエネルギーが３
ｋｅＶ以下であれば０．５ｋｅＶ以外のときでも得るこ
とができる。以上の方法で作製した炭窒化ホウ素膜を光
電子分光分析により分析した結果、炭素、窒素、ホウ素
の互いの結合が認められ、炭窒化ホウ素が合成されてい
ることが確認できた。また、窒素含有イオンとホウ素含
有イオンと希ガスイオンの混合イオン２０の照射と、蒸
発源１５から炭素蒸気１８の蒸着とを同時に行っても、
同様な効果が得られる。
【００１５】〔実施例２〕本発明の第２の実施例に係る
炭窒化ホウ素膜の製造方法について図２を参照して説明
する。同図に示す装置は、真空容器１１内の基材ホルダ
ー１２に取り付けられた基材１３に対し、イオン源１４
１から混合イオン２０１を照射し、イオン源１４２から
イオン２０２を照射すると同時に、真空容器１１内の下
部に設置された蒸発源１５内の原料１６へ電子ビーム１
７を照射して蒸発させ、それによりその蒸気１８を基材
１３上に蒸着させるものである。蒸気１８の基材１３へ
の蒸発量はモニター１９で測定される。ここで、混合イ
オン２０１は、窒素含有イオン、希ガスイオン、炭素含
有イオン若しくはホウ素含有イオンの内の２種類を混合
したものである。また、イオン２０２は、上記のイオン
の内の残る１種類のイオンよりなる。
炭窒化ホウ素膜の製造方法について図２を参照して説明
する。同図に示す装置は、真空容器１１内の基材ホルダ
ー１２に取り付けられた基材１３に対し、イオン源１４
１から混合イオン２０１を照射し、イオン源１４２から
イオン２０２を照射すると同時に、真空容器１１内の下
部に設置された蒸発源１５内の原料１６へ電子ビーム１
７を照射して蒸発させ、それによりその蒸気１８を基材
１３上に蒸着させるものである。蒸気１８の基材１３へ
の蒸発量はモニター１９で測定される。ここで、混合イ
オン２０１は、窒素含有イオン、希ガスイオン、炭素含
有イオン若しくはホウ素含有イオンの内の２種類を混合
したものである。また、イオン２０２は、上記のイオン
の内の残る１種類のイオンよりなる。
【００１６】原料１６は、炭素若しくはホウ素を用い
る。但し、イオン源１４１及びイオン源１４２から供給
しないイオンに相当する物質を供給するものである。即
ち、イオン源１４１又はイオン源１４２からホウ素含有
イオンを供給するときは蒸発源１５から炭素を供給し、
イオン源１４１又はイオン源１４２から炭素含有イオン
を供給するときは蒸発源１５からホウ素を供給する。ま
た、イオン源１４１及びイオン源１４２のどちらから混
合イオンを供給しても構わない。
る。但し、イオン源１４１及びイオン源１４２から供給
しないイオンに相当する物質を供給するものである。即
ち、イオン源１４１又はイオン源１４２からホウ素含有
イオンを供給するときは蒸発源１５から炭素を供給し、
イオン源１４１又はイオン源１４２から炭素含有イオン
を供給するときは蒸発源１５からホウ素を供給する。ま
た、イオン源１４１及びイオン源１４２のどちらから混
合イオンを供給しても構わない。
【００１７】このような炭窒化ホウ素膜の製造装置によ
り、炭窒化ホウ素膜は、以下のように合成される。先
ず、基材１３（例えば高速度工具鋼）を有機溶剤（例え
ばアセトン）で超音波洗浄を施した後、真空容器１１内
の基材ホルダー１２に設置し、２×１０-6ｔｏｒｒ以下
に予備排気する。次に、窒素含有ガス（例えば窒素、ア
ンモニア等）と希ガス（例えばアルゴン、キセノン等）
の混合ガスをイオン源１４１内でイオン化し、窒素含有
イオンと希ガスイオンの混合イオン２０１を照射し、ま
た、炭素含有ガス（例えばメタン、アセチレン等）をイ
オン源１４２内でイオン化し、炭素含有イオン２０２を
基材１３へ照射すると同時に、蒸発源１５よりホウ素蒸
気１８を基材１３上に蒸着させる。
り、炭窒化ホウ素膜は、以下のように合成される。先
ず、基材１３（例えば高速度工具鋼）を有機溶剤（例え
ばアセトン）で超音波洗浄を施した後、真空容器１１内
の基材ホルダー１２に設置し、２×１０-6ｔｏｒｒ以下
に予備排気する。次に、窒素含有ガス（例えば窒素、ア
ンモニア等）と希ガス（例えばアルゴン、キセノン等）
の混合ガスをイオン源１４１内でイオン化し、窒素含有
イオンと希ガスイオンの混合イオン２０１を照射し、ま
た、炭素含有ガス（例えばメタン、アセチレン等）をイ
オン源１４２内でイオン化し、炭素含有イオン２０２を
基材１３へ照射すると同時に、蒸発源１５よりホウ素蒸
気１８を基材１３上に蒸着させる。
【００１８】ここで、窒素イオンとアルゴンイオンの混
合イオン２０１とメタンイオン２０２のエネルギーを
０．５ｋｅＶ、窒素／メタン／アルゴン供給比を１：
１：２、ホウ素蒸気１８の蒸発速度を０．５Å／ｓｅｃ
とすると、ホウ素／炭素／窒素組成比２：１：１の炭窒
化ホウ素膜を合成できた。また、窒素イオンとアルゴン
イオンの混合イオン２０１とメタンイオン２０２のエネ
ルギーを０．５ｋｅＶ、窒素／メタン／アルゴン供給比
を３：７：６、ホウ素蒸気１８の蒸発速度を０．５Å／
ｓｅｃとするとホウ素／炭素／窒素組成比２：２：１の
炭窒化ホウ素膜を合成できた。
合イオン２０１とメタンイオン２０２のエネルギーを
０．５ｋｅＶ、窒素／メタン／アルゴン供給比を１：
１：２、ホウ素蒸気１８の蒸発速度を０．５Å／ｓｅｃ
とすると、ホウ素／炭素／窒素組成比２：１：１の炭窒
化ホウ素膜を合成できた。また、窒素イオンとアルゴン
イオンの混合イオン２０１とメタンイオン２０２のエネ
ルギーを０．５ｋｅＶ、窒素／メタン／アルゴン供給比
を３：７：６、ホウ素蒸気１８の蒸発速度を０．５Å／
ｓｅｃとするとホウ素／炭素／窒素組成比２：２：１の
炭窒化ホウ素膜を合成できた。
【００１９】さらに、窒素イオンとアルゴンイオンの混
合イオン２０１とメタンイオン２０２のエネルギーを
０．５ｋｅＶ、窒素／メタン／アルゴン供給比を３：
７：６、ホウ素蒸気１８の蒸発速度を０．２Å／ｓｅｃ
とするとホウ素／炭素／窒素組成比１：２：１の炭窒化
ホウ素膜を合成できた。このように窒素含有イオンと希
ガスイオンの混合イオン２０１と炭素含有イオン２０２
のエネルギーを一定とし、窒素含有ガス／炭素含有ガス
／希ガス供給比及びホウ素蒸気１８の蒸発速度を変化さ
せることにより、炭窒化ホウ素膜中のホウ素／炭素／窒
素組成比を変化させることができる。
合イオン２０１とメタンイオン２０２のエネルギーを
０．５ｋｅＶ、窒素／メタン／アルゴン供給比を３：
７：６、ホウ素蒸気１８の蒸発速度を０．２Å／ｓｅｃ
とするとホウ素／炭素／窒素組成比１：２：１の炭窒化
ホウ素膜を合成できた。このように窒素含有イオンと希
ガスイオンの混合イオン２０１と炭素含有イオン２０２
のエネルギーを一定とし、窒素含有ガス／炭素含有ガス
／希ガス供給比及びホウ素蒸気１８の蒸発速度を変化さ
せることにより、炭窒化ホウ素膜中のホウ素／炭素／窒
素組成比を変化させることができる。
【００２０】この効果は、窒素含有イオンと希ガスイオ
ンの混合イオン２０１と炭素含有イオン２０２のエネル
ギーが３ｋｅＶ以下であれば０．５ｋｅＶ以外のときで
も得ることができる。また、窒素含有イオンと希ガスイ
オンの混合イオン２０１と炭素含有イオン２０２のエネ
ルギーは必ずしも同じとする必要はなく、窒素含有イオ
ンと希ガスイオンの混合イオン２０１と炭素含有イオン
２０２のエネルギーそれぞれが３ｋｅＶ以下であれば、
本実施例と同様な効果が得られる。
ンの混合イオン２０１と炭素含有イオン２０２のエネル
ギーが３ｋｅＶ以下であれば０．５ｋｅＶ以外のときで
も得ることができる。また、窒素含有イオンと希ガスイ
オンの混合イオン２０１と炭素含有イオン２０２のエネ
ルギーは必ずしも同じとする必要はなく、窒素含有イオ
ンと希ガスイオンの混合イオン２０１と炭素含有イオン
２０２のエネルギーそれぞれが３ｋｅＶ以下であれば、
本実施例と同様な効果が得られる。
【００２１】以上の方法で作製した炭窒化ホウ素膜を光
電子分光分析により分析した結果、炭素、窒素、ホウ素
の互いの結合が認められ、炭窒化ホウ素が合成されてい
ることが確認できた。また、炭素含有イオンの代わりに
ホウ素含有イオンを照射し、ホウ素蒸気の代わりに炭素
蒸気を供給する場合や、同一イオン源に供給する２種類
の混合ガスの組合せを変化させても、同様な効果が得ら
れる。
電子分光分析により分析した結果、炭素、窒素、ホウ素
の互いの結合が認められ、炭窒化ホウ素が合成されてい
ることが確認できた。また、炭素含有イオンの代わりに
ホウ素含有イオンを照射し、ホウ素蒸気の代わりに炭素
蒸気を供給する場合や、同一イオン源に供給する２種類
の混合ガスの組合せを変化させても、同様な効果が得ら
れる。
【００２２】〔実施例３〕本発明の第３の実施例に係る
炭窒化ホウ素膜の製造方法について図３を参照して説明
する。同図に示す装置は、真空容器１１内の基材ホルダ
ー１２に取り付けられた基材１３に対し、イオン源１４
から混合イオン２０を照射すると同時に、真空容器１１
内の下部に設置された蒸発源１５１内のホウ素１６１へ
電子ビーム１７１を照射して蒸発させ、ホウ素蒸気１８
１を基材１３上に蒸着させると共に、蒸発源１５２内の
炭素１６２へ電子ビーム１７２を照射して蒸発させ、炭
素蒸気１８２を基材１３上に蒸着させるものである。
炭窒化ホウ素膜の製造方法について図３を参照して説明
する。同図に示す装置は、真空容器１１内の基材ホルダ
ー１２に取り付けられた基材１３に対し、イオン源１４
から混合イオン２０を照射すると同時に、真空容器１１
内の下部に設置された蒸発源１５１内のホウ素１６１へ
電子ビーム１７１を照射して蒸発させ、ホウ素蒸気１８
１を基材１３上に蒸着させると共に、蒸発源１５２内の
炭素１６２へ電子ビーム１７２を照射して蒸発させ、炭
素蒸気１８２を基材１３上に蒸着させるものである。
【００２３】ここで、混合イオン２０は、窒素含有イオ
ン及び希ガスイオンを混合したものである。ホウ素蒸気
１８１の基材１３への蒸発量はモニター１９１で測定さ
れ、炭素蒸気１８２の基材１３への蒸発量はモニター１
９２で測定される。蒸発源１５１及び蒸発源１５２のど
ちらからホウ素及び炭素を供給しても構わない。また、
モニター１９１及び１９２に測定蒸気以外の蒸気の入り
込みを防ぐために仕切板１０が設けられている。
ン及び希ガスイオンを混合したものである。ホウ素蒸気
１８１の基材１３への蒸発量はモニター１９１で測定さ
れ、炭素蒸気１８２の基材１３への蒸発量はモニター１
９２で測定される。蒸発源１５１及び蒸発源１５２のど
ちらからホウ素及び炭素を供給しても構わない。また、
モニター１９１及び１９２に測定蒸気以外の蒸気の入り
込みを防ぐために仕切板１０が設けられている。
【００２４】このような炭窒化ホウ素膜の製造装置によ
り、炭窒化ホウ素膜は、以下のように合成される。先
ず、基材１３（例えば高速度工具鋼）を有機溶剤（例え
ばアセトン）で超音波洗浄を施した後、真空容器１１内
の基材ホルダー１２に設置し、２×１０-6ｔｏｒｒ以下
に予備排気する。
り、炭窒化ホウ素膜は、以下のように合成される。先
ず、基材１３（例えば高速度工具鋼）を有機溶剤（例え
ばアセトン）で超音波洗浄を施した後、真空容器１１内
の基材ホルダー１２に設置し、２×１０-6ｔｏｒｒ以下
に予備排気する。
【００２５】次に、イオン源１４に供給した窒素含有ガ
ス（例えば窒素、アンモニア等）と希ガス（例えばアル
ゴン、キセノン等）の混合ガスをイオン源１４内でイオ
ン化し、窒素含有イオン及び希ガスイオンの混合イオン
２０を基材１３へ照射すると同時に、蒸発源１５１内の
ホウ素１６１を電子ビーム１７１へ照射して蒸発させ、
ホウ素蒸気１８１を基材１３上に蒸着させると共に、蒸
発源１５２内の炭素１６２を電子ビーム１７２へ照射し
て蒸発させ、炭素蒸気１８２を基材１３上に蒸着させ
る。
ス（例えば窒素、アンモニア等）と希ガス（例えばアル
ゴン、キセノン等）の混合ガスをイオン源１４内でイオ
ン化し、窒素含有イオン及び希ガスイオンの混合イオン
２０を基材１３へ照射すると同時に、蒸発源１５１内の
ホウ素１６１を電子ビーム１７１へ照射して蒸発させ、
ホウ素蒸気１８１を基材１３上に蒸着させると共に、蒸
発源１５２内の炭素１６２を電子ビーム１７２へ照射し
て蒸発させ、炭素蒸気１８２を基材１３上に蒸着させ
る。
【００２６】ここで、窒素イオンとアルゴンイオンの混
合イオン２０のエネルギーを０．５ｋｅＶ、窒素／アル
ゴン供給比を１：２、ホウ素蒸気１８１の蒸発速度を
０．５Å／ｓｅｃ、炭素蒸気１８２の蒸発速度を１．４
Å／ｓｅｃとすると、ホウ素／炭素／窒素組成比１：
１：１の炭窒化ホウ素膜を合成できた。また、窒素イオ
ンとアルゴンイオンの混合イオン２０のエネルギーを
０．５ｋｅＶ、窒素／アルゴン供給比を１：２、ホウ素
蒸気１８１の蒸発速度を０．５Å／ｓｅｃ、炭素蒸気１
８２の蒸発速度を２．４Å／ｓｅｃとすると、ホウ素／
炭素／窒素組成比１：２：１の炭窒化ホウ素膜を合成で
きた。
合イオン２０のエネルギーを０．５ｋｅＶ、窒素／アル
ゴン供給比を１：２、ホウ素蒸気１８１の蒸発速度を
０．５Å／ｓｅｃ、炭素蒸気１８２の蒸発速度を１．４
Å／ｓｅｃとすると、ホウ素／炭素／窒素組成比１：
１：１の炭窒化ホウ素膜を合成できた。また、窒素イオ
ンとアルゴンイオンの混合イオン２０のエネルギーを
０．５ｋｅＶ、窒素／アルゴン供給比を１：２、ホウ素
蒸気１８１の蒸発速度を０．５Å／ｓｅｃ、炭素蒸気１
８２の蒸発速度を２．４Å／ｓｅｃとすると、ホウ素／
炭素／窒素組成比１：２：１の炭窒化ホウ素膜を合成で
きた。
【００２７】さらに、窒素イオンとアルゴンイオンの混
合イオン２０のエネルギーを０．５ｋｅＶ、窒素／アル
ゴン供給比を１：２、ホウ素蒸気１８１の蒸発速度を
１．０Å／ｓｅｃ、炭素蒸気１８２の蒸発速度を２．４
Å／ｓｅｃとするとホウ素／炭素／窒素組成比２：２：
１の炭窒化ホウ素膜を合成できた。このように窒素含有
イオンと希ガスイオンの混合イオン２０のエネルギーを
一定としホウ素蒸気１８１の蒸発速度及び炭素蒸気１８
２の蒸発速度を変化させることにより、炭窒化ホウ素膜
中のホウ素／炭素／窒素組成比を変化させることができ
る。
合イオン２０のエネルギーを０．５ｋｅＶ、窒素／アル
ゴン供給比を１：２、ホウ素蒸気１８１の蒸発速度を
１．０Å／ｓｅｃ、炭素蒸気１８２の蒸発速度を２．４
Å／ｓｅｃとするとホウ素／炭素／窒素組成比２：２：
１の炭窒化ホウ素膜を合成できた。このように窒素含有
イオンと希ガスイオンの混合イオン２０のエネルギーを
一定としホウ素蒸気１８１の蒸発速度及び炭素蒸気１８
２の蒸発速度を変化させることにより、炭窒化ホウ素膜
中のホウ素／炭素／窒素組成比を変化させることができ
る。
【００２８】この効果は、窒素含有イオンと希ガスイオ
ンの混合イオン２０のエネルギーが３ｋｅＶ以下であれ
ば０．５ｋｅＶ以外のときでも得ることができる。以上
の方法で作製した炭窒化ホウ素膜を光電子分光分析によ
り分析した結果、炭素、窒素、ホウ素の互いの結合が認
められ、炭窒化ホウ素が合成されていることが確認でき
た。
ンの混合イオン２０のエネルギーが３ｋｅＶ以下であれ
ば０．５ｋｅＶ以外のときでも得ることができる。以上
の方法で作製した炭窒化ホウ素膜を光電子分光分析によ
り分析した結果、炭素、窒素、ホウ素の互いの結合が認
められ、炭窒化ホウ素が合成されていることが確認でき
た。
【００２９】〔実施例４〕本発明の第４の実施例に係る
炭窒化ホウ素膜の製造方法について図４を参照して説明
する。同図に示す装置は、真空容器１１内の基材ホルダ
ー１２に取り付けられた基材１３に対し、イオン源１４
から窒素含有イオン、炭素含有イオン、ホウ素含有イオ
ン及び希ガスイオンの混合イオン２０を照射するもので
ある。
炭窒化ホウ素膜の製造方法について図４を参照して説明
する。同図に示す装置は、真空容器１１内の基材ホルダ
ー１２に取り付けられた基材１３に対し、イオン源１４
から窒素含有イオン、炭素含有イオン、ホウ素含有イオ
ン及び希ガスイオンの混合イオン２０を照射するもので
ある。
【００３０】このような炭窒化ホウ素膜の製造装置によ
り、炭窒化ホウ素膜は、以下のように合成される。先
ず、基材１３（例えば高速度工具鋼）を有機溶剤（例え
ばアセトン）で超音波洗浄を施した後、真空容器１１内
の基材ホルダー１２に設置し、２×１０-6ｔｏｒｒ以下
に予備排気する。
り、炭窒化ホウ素膜は、以下のように合成される。先
ず、基材１３（例えば高速度工具鋼）を有機溶剤（例え
ばアセトン）で超音波洗浄を施した後、真空容器１１内
の基材ホルダー１２に設置し、２×１０-6ｔｏｒｒ以下
に予備排気する。
【００３１】次に、イオン源１４に供給した窒素含有ガ
ス（例えば窒素、アンモニア等）と炭素含有ガス（例え
ばメタン、アセチレン等）とホウ素含有ガス（例えば塩
化ホウ素、ジボラン等）と希ガスイオン（例えばアルゴ
ン、キセノン等）の混合ガスをイオン源１４内でイオン
化し、窒素含有イオンと炭素含有イオンとホウ素含有イ
オンと希ガスイオンの混合イオン２０を基材１３へ照射
する。ここで、例えば窒素イオンとメタンイオンとジボ
ランイオンとアルゴンイオンの混合イオン２０のエネル
ギーを０．５ｋｅＶ、ジボラン／メタン／窒素／アルゴ
ンの供給量の比を１：８：２：４とすると、ホウ素／炭
素／窒素組成比１：１：１の炭窒化ホウ素膜を合成でき
た。
ス（例えば窒素、アンモニア等）と炭素含有ガス（例え
ばメタン、アセチレン等）とホウ素含有ガス（例えば塩
化ホウ素、ジボラン等）と希ガスイオン（例えばアルゴ
ン、キセノン等）の混合ガスをイオン源１４内でイオン
化し、窒素含有イオンと炭素含有イオンとホウ素含有イ
オンと希ガスイオンの混合イオン２０を基材１３へ照射
する。ここで、例えば窒素イオンとメタンイオンとジボ
ランイオンとアルゴンイオンの混合イオン２０のエネル
ギーを０．５ｋｅＶ、ジボラン／メタン／窒素／アルゴ
ンの供給量の比を１：８：２：４とすると、ホウ素／炭
素／窒素組成比１：１：１の炭窒化ホウ素膜を合成でき
た。
【００３２】また、窒素イオンとメタンイオンとジボラ
ンイオンとアルゴンイオンの混合イオン２０のエネルギ
ーを０．５ｋｅＶ、ジボラン／メタン／窒素／アルゴン
の供給量の比を１：１６：２：４とすると、ホウ素／炭
素／窒素組成比１：２：１の炭窒化ホウ素膜を合成でき
た。また、窒素イオンとメタンイオンとジボランイオン
とアルゴンイオンの混合イオン２０のエネルギーを０．
５ｋｅＶ、ジボラン／メタン／窒素／アルゴンの供給量
の比を１：８：１：２とするとホウ素／炭素／窒素組成
比２：２：１の炭窒化ホウ素膜を合成できた。
ンイオンとアルゴンイオンの混合イオン２０のエネルギ
ーを０．５ｋｅＶ、ジボラン／メタン／窒素／アルゴン
の供給量の比を１：１６：２：４とすると、ホウ素／炭
素／窒素組成比１：２：１の炭窒化ホウ素膜を合成でき
た。また、窒素イオンとメタンイオンとジボランイオン
とアルゴンイオンの混合イオン２０のエネルギーを０．
５ｋｅＶ、ジボラン／メタン／窒素／アルゴンの供給量
の比を１：８：１：２とするとホウ素／炭素／窒素組成
比２：２：１の炭窒化ホウ素膜を合成できた。
【００３３】このように、窒素含有イオンと炭素含有イ
オンとホウ素含有イオンと希ガスイオンの混合イオン２
０のエネルギーを一定とし、ホウ素含有ガス／炭素含有
ガス／窒素含有ガス／希ガスの供給量の比を変化させる
ことにより、炭窒化ホウ素膜中のホウ素／炭素／窒素組
成比を変化させることができる。なお、窒素含有イオン
と炭素含有イオンとホウ素含有イオンと希ガスイオンの
混合イオン２０のエネルギーが３ｋｅＶ以下であれば、
当該イオン２０のエネルギーが０．５ｋｅＶ以外のとき
でも同様に炭窒化ホウ素膜のホウ素／炭素／窒素組成比
を調整することができる。以上の方法で作製した炭窒化
ホウ素膜を光電子分光法により調べた結果、ホウ素、炭
素、窒素のお互いの結合が認められ、炭窒化ホウ素が合
成されていることが確認できた。
オンとホウ素含有イオンと希ガスイオンの混合イオン２
０のエネルギーを一定とし、ホウ素含有ガス／炭素含有
ガス／窒素含有ガス／希ガスの供給量の比を変化させる
ことにより、炭窒化ホウ素膜中のホウ素／炭素／窒素組
成比を変化させることができる。なお、窒素含有イオン
と炭素含有イオンとホウ素含有イオンと希ガスイオンの
混合イオン２０のエネルギーが３ｋｅＶ以下であれば、
当該イオン２０のエネルギーが０．５ｋｅＶ以外のとき
でも同様に炭窒化ホウ素膜のホウ素／炭素／窒素組成比
を調整することができる。以上の方法で作製した炭窒化
ホウ素膜を光電子分光法により調べた結果、ホウ素、炭
素、窒素のお互いの結合が認められ、炭窒化ホウ素が合
成されていることが確認できた。
【００３４】〔実施例５〕本発明の第５の実施例に係る
炭窒化ホウ素膜の製造方法について図５を参照して説明
する。同図に示す装置は、真空容器１１内の基材ホルダ
ー１２に取り付けられた基材１３に対し、イオン源１４
１から混合イオン２０１を照射すると同時に、イオン源
１４２からイオン２０２を照射するものである。
炭窒化ホウ素膜の製造方法について図５を参照して説明
する。同図に示す装置は、真空容器１１内の基材ホルダ
ー１２に取り付けられた基材１３に対し、イオン源１４
１から混合イオン２０１を照射すると同時に、イオン源
１４２からイオン２０２を照射するものである。
【００３５】ここで、混合イオン２０１は、窒素を含有
するイオン、ホウ素を含有するイオン、炭素を含有する
イオン及び希ガスイオンの内の２種類若しくは３種類を
混合したものである。イオン２０２は、混合イオン２０
１に含まれない残り２種類若しくは１種類のイオンから
なる。イオン源１４１及びイオン源１４２のどちらから
何れのイオン２０１，２０２を供給しても構わない。
するイオン、ホウ素を含有するイオン、炭素を含有する
イオン及び希ガスイオンの内の２種類若しくは３種類を
混合したものである。イオン２０２は、混合イオン２０
１に含まれない残り２種類若しくは１種類のイオンから
なる。イオン源１４１及びイオン源１４２のどちらから
何れのイオン２０１，２０２を供給しても構わない。
【００３６】このような炭窒化ホウ素膜の製造装置によ
り、炭窒化ホウ素膜は、以下のように合成される。先
ず、基材１３（例えば高速度工具鋼）を有機溶剤（例え
ばアセトン）で超音波洗浄を施した後、真空容器１１内
の基材ホルダー１２に設置し、２×１０-6ｔｏｒｒ以下
に予備排気する。
り、炭窒化ホウ素膜は、以下のように合成される。先
ず、基材１３（例えば高速度工具鋼）を有機溶剤（例え
ばアセトン）で超音波洗浄を施した後、真空容器１１内
の基材ホルダー１２に設置し、２×１０-6ｔｏｒｒ以下
に予備排気する。
【００３７】次に、イオン源１４１に供給した窒素含有
ガス（例えば窒素、アンモニア等）及びホウ素含有ガス
（例えば塩化ホウ素、ジボラン等）の混合ガスをイオン
源１４１内でイオン化し、窒素含有イオン及びホウ素含
有イオンの混合イオン２０１を照射すると同時に、イオ
ン源１４２に供給した炭素含有ガス（例えばメタン、ア
セチレン等）及び希ガス（例えばアルゴン、キセノン
等）の混合ガスをイオン源１４２内でイオン化し、炭素
含有イオンと希ガスイオンの混合イオン２０２を照射す
る。
ガス（例えば窒素、アンモニア等）及びホウ素含有ガス
（例えば塩化ホウ素、ジボラン等）の混合ガスをイオン
源１４１内でイオン化し、窒素含有イオン及びホウ素含
有イオンの混合イオン２０１を照射すると同時に、イオ
ン源１４２に供給した炭素含有ガス（例えばメタン、ア
セチレン等）及び希ガス（例えばアルゴン、キセノン
等）の混合ガスをイオン源１４２内でイオン化し、炭素
含有イオンと希ガスイオンの混合イオン２０２を照射す
る。
【００３８】ここで、例えば窒素イオン及びジボランイ
オンの混合イオン２０１及びメタンイオンとアルゴンイ
オンの混合イオン２０２のエネルギーを０．５ｋｅＶ、
ジボラン／メタン／窒素／アルゴンの供給量の比を１：
８：２：４とすると、ホウ素／炭素／窒素組成比１：
１：１の炭窒化ホウ素膜を合成できた。また、窒素イオ
ン及びジボランイオンの混合イオン２０１及びメタンイ
オンとアルゴンイオンの混合イオン２０２のエネルギー
を０．５ｋｅＶ、ジボラン／メタン／窒素／アルゴンの
供給量の比を１：１６：２：４とすると、ホウ素／炭素
／窒素組成比１：２：１の炭窒化ホウ素膜を合成でき
た。
オンの混合イオン２０１及びメタンイオンとアルゴンイ
オンの混合イオン２０２のエネルギーを０．５ｋｅＶ、
ジボラン／メタン／窒素／アルゴンの供給量の比を１：
８：２：４とすると、ホウ素／炭素／窒素組成比１：
１：１の炭窒化ホウ素膜を合成できた。また、窒素イオ
ン及びジボランイオンの混合イオン２０１及びメタンイ
オンとアルゴンイオンの混合イオン２０２のエネルギー
を０．５ｋｅＶ、ジボラン／メタン／窒素／アルゴンの
供給量の比を１：１６：２：４とすると、ホウ素／炭素
／窒素組成比１：２：１の炭窒化ホウ素膜を合成でき
た。
【００３９】また、窒素イオン及びジボランイオンの混
合イオン２０１及びメタンイオンとアルゴンイオンの混
合イオン２０２のエネルギーを０．５ｋｅＶ、ジボラン
／メタン／窒素／アルゴンの供給量の比を１：８：１：
２とするとホウ素／炭素／窒素組成比２：２：１の炭窒
化ホウ素膜を合成できた。
合イオン２０１及びメタンイオンとアルゴンイオンの混
合イオン２０２のエネルギーを０．５ｋｅＶ、ジボラン
／メタン／窒素／アルゴンの供給量の比を１：８：１：
２とするとホウ素／炭素／窒素組成比２：２：１の炭窒
化ホウ素膜を合成できた。
【００４０】このように、窒素含有イオン及びホウ素含
有イオンの混合イオン２０１及び炭素含有イオンと希ガ
スイオンの混合イオン２０２のエネルギーを一定としホ
ウ素含有ガス／炭素含有ガス／窒素含有ガス／希ガスの
供給量の比を変化させることにより、炭窒化ホウ素膜中
のホウ素／炭素／窒素組成比を変化させることができ
る。なお、窒素含有イオン及びホウ素含有イオンの混合
イオン２０１及び炭素含有イオンと希ガスイオンの混合
イオン２０２のエネルギーが３ｋｅＶ以下であれば、エ
ネルギーが０．５ｋｅＶ以外のときでも同様に炭窒化ホ
ウ素膜のホウ素／炭素／窒素組成比を調整することがで
きる。
有イオンの混合イオン２０１及び炭素含有イオンと希ガ
スイオンの混合イオン２０２のエネルギーを一定としホ
ウ素含有ガス／炭素含有ガス／窒素含有ガス／希ガスの
供給量の比を変化させることにより、炭窒化ホウ素膜中
のホウ素／炭素／窒素組成比を変化させることができ
る。なお、窒素含有イオン及びホウ素含有イオンの混合
イオン２０１及び炭素含有イオンと希ガスイオンの混合
イオン２０２のエネルギーが３ｋｅＶ以下であれば、エ
ネルギーが０．５ｋｅＶ以外のときでも同様に炭窒化ホ
ウ素膜のホウ素／炭素／窒素組成比を調整することがで
きる。
【００４１】また、窒素を含有するイオン、ホウ素を含
有するイオン、炭素を含有するイオン及び希ガスイオン
の内の何れのイオンを組合せて２種類若しくは３種類の
混合イオン２０１としても、同様な効果が得られる。さ
らに、２種類若しくは３種類の混合イオン２０１及び２
種類若しくは３種類の混合イオン２０１に含まれない２
種類若しくは１種類のイオン２０２のエネルギーは、３
ｋｅＶ以下であれば必ずしも同じでなくとも同様な効果
が得られる。以上の方法で作製した炭窒化ホウ素膜を光
電子分光法により調べた結果、ホウ素、炭素、窒素のお
互いの結合が認められ、炭窒化ホウ素が合成されている
ことが確認できた。
有するイオン、炭素を含有するイオン及び希ガスイオン
の内の何れのイオンを組合せて２種類若しくは３種類の
混合イオン２０１としても、同様な効果が得られる。さ
らに、２種類若しくは３種類の混合イオン２０１及び２
種類若しくは３種類の混合イオン２０１に含まれない２
種類若しくは１種類のイオン２０２のエネルギーは、３
ｋｅＶ以下であれば必ずしも同じでなくとも同様な効果
が得られる。以上の方法で作製した炭窒化ホウ素膜を光
電子分光法により調べた結果、ホウ素、炭素、窒素のお
互いの結合が認められ、炭窒化ホウ素が合成されている
ことが確認できた。
【００４２】〔実施例６〕本発明の第６の実施例に係る
炭窒化ホウ素膜の製造方法について図６を参照して説明
する。同図に示す装置は、真空容器１１内の基材ホルダ
ー１２に取り付けられた基材１３に対し、イオン源１４
１から混合イオン２０１、イオン源１４２からイオン２
０２、イオン源１４３からイオン２０３を同時に照射す
るものである。ここで、混合イオン２０１は、窒素を含
有するイオン、ホウ素含有イオン、炭素含有イオン、希
ガス含有イオンの内の２種類を混合したものである。
炭窒化ホウ素膜の製造方法について図６を参照して説明
する。同図に示す装置は、真空容器１１内の基材ホルダ
ー１２に取り付けられた基材１３に対し、イオン源１４
１から混合イオン２０１、イオン源１４２からイオン２
０２、イオン源１４３からイオン２０３を同時に照射す
るものである。ここで、混合イオン２０１は、窒素を含
有するイオン、ホウ素含有イオン、炭素含有イオン、希
ガス含有イオンの内の２種類を混合したものである。
【００４３】イオン２０２は、混合イオン２０１に含ま
れない２種類のイオンの内１種類のイオンよりなる。イ
オン２０３は、イオン２０１及び２０２に含まれない残
り１種類のイオンよりなる。イオン源１４１、イオン源
１４２、イオン源１４３の何れから２種類の混合イオン
を供給しても構わない。
れない２種類のイオンの内１種類のイオンよりなる。イ
オン２０３は、イオン２０１及び２０２に含まれない残
り１種類のイオンよりなる。イオン源１４１、イオン源
１４２、イオン源１４３の何れから２種類の混合イオン
を供給しても構わない。
【００４４】このような炭窒化ホウ素膜の製造装置によ
り、炭窒化ホウ素膜は、以下のように合成される。先
ず、基材１３（例えば高速度工具鋼）を有機溶剤（例え
ばアセトン）で超音波洗浄を施した後、真空容器１１内
の基材ホルダー１２に設置し、２×１０-6ｔｏｒｒ以下
に予備排気する。
り、炭窒化ホウ素膜は、以下のように合成される。先
ず、基材１３（例えば高速度工具鋼）を有機溶剤（例え
ばアセトン）で超音波洗浄を施した後、真空容器１１内
の基材ホルダー１２に設置し、２×１０-6ｔｏｒｒ以下
に予備排気する。
【００４５】次に、基材１３に対し、イオン源１４１に
供給した窒素含有ガス（例えば窒素、アンモニア等）と
希ガス（例えばアルゴン、キセノン等）をイオン源１４
１内でイオン化し、窒素含有イオンと希ガス含有イオン
の混合イオン２０１を照射し、イオン源１４２に供給し
たホウ素含有ガス（例えば塩化ホウ素、ジボラン等）を
イオン源１４２内でイオン化し、ホウ素含有イオン２０
２を照射すると共に、イオン源１４３に供給した炭素含
有ガス（例えばメタン、アセチレン等）をイオン源１４
３内でイオン化し、炭素含有イオン２０３を照射する。
供給した窒素含有ガス（例えば窒素、アンモニア等）と
希ガス（例えばアルゴン、キセノン等）をイオン源１４
１内でイオン化し、窒素含有イオンと希ガス含有イオン
の混合イオン２０１を照射し、イオン源１４２に供給し
たホウ素含有ガス（例えば塩化ホウ素、ジボラン等）を
イオン源１４２内でイオン化し、ホウ素含有イオン２０
２を照射すると共に、イオン源１４３に供給した炭素含
有ガス（例えばメタン、アセチレン等）をイオン源１４
３内でイオン化し、炭素含有イオン２０３を照射する。
【００４６】ここで、窒素含有イオンと希ガスイオンの
混合イオン２０１、ホウ素含有イオン２０２、炭素含有
イオン２０３は同時に基材１３に照射する。ここで、例
えば窒素イオンとアルゴンイオンの混合イオン２０１、
ジボランイオン２０２、メタンイオン２０３のエネルギ
ーをそれぞれ０．５ｋｅＶ、ジボラン／メタン／窒素／
アルゴンの供給量の比を１：８：２：４とすると、ホウ
素／炭素／窒素組成比１：１：１の炭窒化ホウ素膜を合
成できた。
混合イオン２０１、ホウ素含有イオン２０２、炭素含有
イオン２０３は同時に基材１３に照射する。ここで、例
えば窒素イオンとアルゴンイオンの混合イオン２０１、
ジボランイオン２０２、メタンイオン２０３のエネルギ
ーをそれぞれ０．５ｋｅＶ、ジボラン／メタン／窒素／
アルゴンの供給量の比を１：８：２：４とすると、ホウ
素／炭素／窒素組成比１：１：１の炭窒化ホウ素膜を合
成できた。
【００４７】また、窒素イオンとアルゴンイオンの混合
イオン２０１、ジボランイオン２０２、メタンイオン２
０３のエネルギーをそれぞれ０．５ｋｅＶ、ジボラン／
メタン／窒素／アルゴンの供給量の比を１：１６：２：
４とすると、ホウ素／炭素／窒素組成比１：２：１の炭
窒化ホウ素膜を合成できた。また、窒素イオンとアルゴ
ンイオンの混合イオン２０１、ジボランイオン２０２、
メタンイオン２０３のエネルギーをそれぞれ０．５ｋｅ
Ｖ、ジボラン／メタン／窒素／アルゴンの供給量の比を
１：８：１：２とするとホウ素／炭素／窒素組成比２：
２：１の炭窒化ホウ素膜を合成できた。
イオン２０１、ジボランイオン２０２、メタンイオン２
０３のエネルギーをそれぞれ０．５ｋｅＶ、ジボラン／
メタン／窒素／アルゴンの供給量の比を１：１６：２：
４とすると、ホウ素／炭素／窒素組成比１：２：１の炭
窒化ホウ素膜を合成できた。また、窒素イオンとアルゴ
ンイオンの混合イオン２０１、ジボランイオン２０２、
メタンイオン２０３のエネルギーをそれぞれ０．５ｋｅ
Ｖ、ジボラン／メタン／窒素／アルゴンの供給量の比を
１：８：１：２とするとホウ素／炭素／窒素組成比２：
２：１の炭窒化ホウ素膜を合成できた。
【００４８】このように窒素含有イオンと希ガスイオン
の混合イオン２０１、ホウ素含有イオン２０２、炭素含
有イオン２０３のエネルギーを一定とし、ホウ素含有ガ
ス／炭素含有ガス／窒素含有ガス／希ガスの供給量の比
を変化させることにより、炭窒化ホウ素膜中のホウ素／
炭素／窒素組成比を変化させることができる。なお、窒
素含有イオンと希ガスイオンの混合イオン２０１、ホウ
素含有イオン２０２、炭素含有イオン２０３のエネルギ
ーが３ｋｅＶ以下であれば、エネルギーが０．５ｋｅＶ
以外のときでも同様に炭窒化ホウ素膜のホウ素／炭素／
窒素組成比を調整することができる。
の混合イオン２０１、ホウ素含有イオン２０２、炭素含
有イオン２０３のエネルギーを一定とし、ホウ素含有ガ
ス／炭素含有ガス／窒素含有ガス／希ガスの供給量の比
を変化させることにより、炭窒化ホウ素膜中のホウ素／
炭素／窒素組成比を変化させることができる。なお、窒
素含有イオンと希ガスイオンの混合イオン２０１、ホウ
素含有イオン２０２、炭素含有イオン２０３のエネルギ
ーが３ｋｅＶ以下であれば、エネルギーが０．５ｋｅＶ
以外のときでも同様に炭窒化ホウ素膜のホウ素／炭素／
窒素組成比を調整することができる。
【００４９】また、窒素含有イオンと希ガスイオンの混
合イオン２０１、ホウ素含有イオン２０２、炭素含有イ
オン２０３のエネルギーは、３ｋｅＶ以下であれば必ず
しも同じでなくとも同様な効果が得られる。さらに、混
合イオンの組合せが上記実施例に限らず任意の組合せに
おいても、同様な効果が得られる。以上の方法で作製し
た炭窒化ホウ素膜を光電子分光法により調べた結果、ホ
ウ素、炭素、窒素のお互いの結合が認められ、炭窒化ホ
ウ素が合成されていることが確認できた。
合イオン２０１、ホウ素含有イオン２０２、炭素含有イ
オン２０３のエネルギーは、３ｋｅＶ以下であれば必ず
しも同じでなくとも同様な効果が得られる。さらに、混
合イオンの組合せが上記実施例に限らず任意の組合せに
おいても、同様な効果が得られる。以上の方法で作製し
た炭窒化ホウ素膜を光電子分光法により調べた結果、ホ
ウ素、炭素、窒素のお互いの結合が認められ、炭窒化ホ
ウ素が合成されていることが確認できた。
【００５０】ここで、図７に実施例１〜６で作製した炭
窒化ホウ素膜のＳＵＳボール／炭窒化ホウ素膜摺動試験
の結果を示すように、本発明で製造した炭窒化ホウ素膜
の摩擦係数は、その組成により多少のばらつきがあるも
のの、基材である高速度工具鋼やＴiＮより低く、さら
に摩耗幅も小さいという結果が得られ、耐摩耗性に優れ
ていることも確認された。なお、摩擦係数は炭窒化ホウ
素膜中の組成比により決定されるものであり、実施例に
挙げた製造方法による差異は無かった。
窒化ホウ素膜のＳＵＳボール／炭窒化ホウ素膜摺動試験
の結果を示すように、本発明で製造した炭窒化ホウ素膜
の摩擦係数は、その組成により多少のばらつきがあるも
のの、基材である高速度工具鋼やＴiＮより低く、さら
に摩耗幅も小さいという結果が得られ、耐摩耗性に優れ
ていることも確認された。なお、摩擦係数は炭窒化ホウ
素膜中の組成比により決定されるものであり、実施例に
挙げた製造方法による差異は無かった。
【００５１】また、実施例１〜６で作製した炭窒化ホウ
素膜の平均表面粗さは約１０ｎｍ以下と非常に滑らかで
あり、この低い表面粗さも本発明で得られた炭窒化ホウ
素膜が優れた耐摩耗性を示す要因となっている。さら
に、得られた炭窒化ホウ素膜の構造をラマン分光分析に
より分析した結果、希ガスイオン照射を行った場合、炭
窒化ホウ素膜中のダイヤモンド構造を示すピークの割合
が増大し、特に、炭窒化ホウ素膜中の組成比がホウ素／
炭素／窒素＝１：２：１のとき、その効果が顕著であっ
た。
素膜の平均表面粗さは約１０ｎｍ以下と非常に滑らかで
あり、この低い表面粗さも本発明で得られた炭窒化ホウ
素膜が優れた耐摩耗性を示す要因となっている。さら
に、得られた炭窒化ホウ素膜の構造をラマン分光分析に
より分析した結果、希ガスイオン照射を行った場合、炭
窒化ホウ素膜中のダイヤモンド構造を示すピークの割合
が増大し、特に、炭窒化ホウ素膜中の組成比がホウ素／
炭素／窒素＝１：２：１のとき、その効果が顕著であっ
た。
【００５２】この希ガスイオン照射による構造の変化
も、炭窒化ホウ素膜の優れた耐摩耗性の発現を裏付けて
いる。また、炭窒化ホウ素膜製造時に希ガスイオンの照
射を同時に行うことにより、炭窒化ホウ素膜と基材の密
着性を向上させることができる。図８に炭窒化ホウ素膜
を合成する際の、希ガスイオン（同図ではアルゴンイオ
ン）照射の有無における密着力の比較を示す。密着力は
スクラッチ試験により行い、膜が基材から剥離するとき
の力により評価した。この結果より、希ガスイオン照射
を施した方が２倍以上の密着力を有していることがわか
る。
も、炭窒化ホウ素膜の優れた耐摩耗性の発現を裏付けて
いる。また、炭窒化ホウ素膜製造時に希ガスイオンの照
射を同時に行うことにより、炭窒化ホウ素膜と基材の密
着性を向上させることができる。図８に炭窒化ホウ素膜
を合成する際の、希ガスイオン（同図ではアルゴンイオ
ン）照射の有無における密着力の比較を示す。密着力は
スクラッチ試験により行い、膜が基材から剥離するとき
の力により評価した。この結果より、希ガスイオン照射
を施した方が２倍以上の密着力を有していることがわか
る。
【００５３】上述したように、本発明は、イオン照射と
蒸着とを同時に行う方法、若しくは複数のイオンの照射
を同時に行うことにより、基材上に密着性の優れた膜状
の炭素、窒素及びホウ素の化合物を低温（１５０〜５０
０℃）で形成させることができる。更に、炭窒化ホウ素
膜製造時に希ガスイオン照射を同時に行うことにより、
炭窒化ホウ素膜中のダイヤモンド構造を増加させること
ができる。
蒸着とを同時に行う方法、若しくは複数のイオンの照射
を同時に行うことにより、基材上に密着性の優れた膜状
の炭素、窒素及びホウ素の化合物を低温（１５０〜５０
０℃）で形成させることができる。更に、炭窒化ホウ素
膜製造時に希ガスイオン照射を同時に行うことにより、
炭窒化ホウ素膜中のダイヤモンド構造を増加させること
ができる。
【００５４】尚、照射するイオンのエネルギーが３ｋｅ
Ｖ以上のときは、イオンのエッチング効果により形成さ
れる炭窒化ホウ素膜の成膜速度が著しく減少するため、
効率的に炭窒化ホウ素膜を製造するためには、照射する
イオンのエネルギーをそれぞれ３ｋｅＶ以下とすること
が望ましい。
Ｖ以上のときは、イオンのエッチング効果により形成さ
れる炭窒化ホウ素膜の成膜速度が著しく減少するため、
効率的に炭窒化ホウ素膜を製造するためには、照射する
イオンのエネルギーをそれぞれ３ｋｅＶ以下とすること
が望ましい。
【００５５】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明の請求項１に係る炭窒化ホウ素膜の製
造方法は、イオン照射と蒸着又は複数のイオン照射と、
希ガスイオン照射を同時に行う方法により、基材上に膜
状の炭素、窒素及びホウ素の化合物を形成させるので、
原料の供給比を変化させるという簡略な手順により、耐
摩耗性及び密着性に優れた所望の組成比を有する炭窒化
ホウ素膜を製造可能であり、また低温で製造可能である
ことより基材の選択範囲が広がるため、広く各種回転機
器の軸受やスライド等の摺動部材や情報機器の記憶装置
等、耐摩耗性を要求される部材や電子工業材料、耐熱材
料、高靭性材料等に対し好適である。
たように、本発明の請求項１に係る炭窒化ホウ素膜の製
造方法は、イオン照射と蒸着又は複数のイオン照射と、
希ガスイオン照射を同時に行う方法により、基材上に膜
状の炭素、窒素及びホウ素の化合物を形成させるので、
原料の供給比を変化させるという簡略な手順により、耐
摩耗性及び密着性に優れた所望の組成比を有する炭窒化
ホウ素膜を製造可能であり、また低温で製造可能である
ことより基材の選択範囲が広がるため、広く各種回転機
器の軸受やスライド等の摺動部材や情報機器の記憶装置
等、耐摩耗性を要求される部材や電子工業材料、耐熱材
料、高靭性材料等に対し好適である。
【００５６】また、本発明の請求項２に係る炭窒化ホウ
素膜の製造方法は、請求項１において、希ガスイオン照
射により前記化合物中のダイヤモンド構造を増加させる
ことができる。また、本発明の請求項３に係る炭窒化ホ
ウ素膜の製造方法は、請求項１又は２において、前記イ
オン照射のエネルギーを３ｋｅＶ以下としたので、炭窒
化ホウ素膜の成膜速度の向上が期待できる。
素膜の製造方法は、請求項１において、希ガスイオン照
射により前記化合物中のダイヤモンド構造を増加させる
ことができる。また、本発明の請求項３に係る炭窒化ホ
ウ素膜の製造方法は、請求項１又は２において、前記イ
オン照射のエネルギーを３ｋｅＶ以下としたので、炭窒
化ホウ素膜の成膜速度の向上が期待できる。
【図１】本発明の第１の実施例において使用した炭窒化
ホウ素膜製造装置の概略図である。
ホウ素膜製造装置の概略図である。
【図２】本発明の第２の実施例において使用した炭窒化
ホウ素膜製造装置の概略図である。
ホウ素膜製造装置の概略図である。
【図３】本発明の第３の実施例において使用した炭窒化
ホウ素膜製造装置の概略図である。
ホウ素膜製造装置の概略図である。
【図４】本発明の第４の実施例において使用した炭窒化
ホウ素膜製造装置の概略図である。
ホウ素膜製造装置の概略図である。
【図５】本発明の第５の実施例において使用した炭窒化
ホウ素膜製造装置の概略図である。
ホウ素膜製造装置の概略図である。
【図６】本発明の第６の実施例において使用した炭窒化
ホウ素膜製造装置の概略図である。
ホウ素膜製造装置の概略図である。
【図７】本発明の第１〜第６の実施例により作製した炭
窒化ホウ素膜のＳＵＳボール／炭窒化ホウ素膜摺動試験
結果を表わすグラフである。
窒化ホウ素膜のＳＵＳボール／炭窒化ホウ素膜摺動試験
結果を表わすグラフである。
【図８】炭窒化ホウ素膜を合成する際の希ガスイオン照
射の有無における密着力の比較を表わすグラフである。
射の有無における密着力の比較を表わすグラフである。
１１ 真空容器
１２ 基材ホルダー
１３ 基材
１４，１４１，１４２，１４３ イオン源
１５ 蒸発源
１６ 原料
１７ 電子ビーム
１８，１８１，１８２ 蒸気
１９，１９１，１９２ モニター
２０，２０１，２０２，２０３ イオン
１６１ ホウ素
１６２ 炭素
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 保科 良祐
神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１
三菱重工業株式会社基盤技術研究所内
Ｆターム(参考） 4K029 AA02 BA54 BB07 BC02 BD04
BD05 CA03 CA09 CA10 DB05
DB21 DE01 DE02 EA02 EA05
EA09 FA04
Claims (3)
- 【請求項１】 イオン照射と蒸着又は複数のイオン照射
と、希ガスイオン照射を同時に行う方法により、基材上
に膜状の炭素、窒素及びホウ素の化合物を形成させるこ
とを特徴とする炭窒化ホウ素膜の製造方法。 - 【請求項２】 前記化合物中のダイヤモンド構造を、希
ガスイオン照射により、増加させることを特徴とする請
求項１記載の炭窒化ホウ素膜の製造方法。 - 【請求項３】 前記イオン照射はエネルギーを３ｋｅＶ
以下としたことを特徴とする請求項１又は２記載の炭窒
化ホウ素膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10224231A JP2000064025A (ja) | 1998-06-11 | 1998-08-07 | 炭窒化ホウ素膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-163254 | 1998-06-11 | ||
| JP16325498 | 1998-06-11 | ||
| JP10224231A JP2000064025A (ja) | 1998-06-11 | 1998-08-07 | 炭窒化ホウ素膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000064025A true JP2000064025A (ja) | 2000-02-29 |
Family
ID=26488758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10224231A Withdrawn JP2000064025A (ja) | 1998-06-11 | 1998-08-07 | 炭窒化ホウ素膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000064025A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6759128B1 (en) * | 2002-07-05 | 2004-07-06 | The Regents Of The University Of California | Bulk superhard B-C-N nanocomposite compact and method for preparing thereof |
| JP2011514668A (ja) * | 2008-02-11 | 2011-05-06 | ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド | 希釈ガスを用いるエタン注入 |
-
1998
- 1998-08-07 JP JP10224231A patent/JP2000064025A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6759128B1 (en) * | 2002-07-05 | 2004-07-06 | The Regents Of The University Of California | Bulk superhard B-C-N nanocomposite compact and method for preparing thereof |
| JP2011514668A (ja) * | 2008-02-11 | 2011-05-06 | ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド | 希釈ガスを用いるエタン注入 |
| KR101524858B1 (ko) * | 2008-02-11 | 2015-06-01 | 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. | 희석 가스에 의한 에탄 주입 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20051101 |