JP2000202570A - Ｅｃｒプラズマを用いた反応性スパッタリングによる金型の離型処理方法 - Google Patents
Ｅｃｒプラズマを用いた反応性スパッタリングによる金型の離型処理方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 鋳造用の金型の表面に、ｃ−ＢＮ相を多量に
含んだ離型処理用のＢＮ皮膜を簡単且つ確実に、しかも
比較的低コストで形成できるようにする。 【解決手段】 磁場コイルとマイクロ波供給部と窒素ガ
スと希ガスの混合ガスの供給部とを備えた真空処理槽の
内部に、粉体状の固体ボロンターゲットを配設すると共
に、前記磁場コイルとマイクロ波供給部からの電磁エネ
ルギーを用いた電子サイクロトロン共鳴法により前記混
合ガスを電離して真空処理槽内にＥＣＲプラズマを生成
し、プラズマイオンによって固体ボロンターゲットから
スパッターさせたボロン原子を真空処理槽内に配設した
金型の表面に固着堆積させ、金型表面に窒化ホウ素皮膜
を形成させる。
含んだ離型処理用のＢＮ皮膜を簡単且つ確実に、しかも
比較的低コストで形成できるようにする。 【解決手段】 磁場コイルとマイクロ波供給部と窒素ガ
スと希ガスの混合ガスの供給部とを備えた真空処理槽の
内部に、粉体状の固体ボロンターゲットを配設すると共
に、前記磁場コイルとマイクロ波供給部からの電磁エネ
ルギーを用いた電子サイクロトロン共鳴法により前記混
合ガスを電離して真空処理槽内にＥＣＲプラズマを生成
し、プラズマイオンによって固体ボロンターゲットから
スパッターさせたボロン原子を真空処理槽内に配設した
金型の表面に固着堆積させ、金型表面に窒化ホウ素皮膜
を形成させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金型鋳造法に於いて
使用する金型の離型処理技術の改良に係り、金型表面に
所謂離型膜としての機能を有する窒化硼素皮膜（以下、
ＢＮ皮膜と呼ぶ）を、ＥＣＲプラズマを用いた反応性ス
パッタリングによつて形成するようにした金型の離型処
理方法に関するものである。
使用する金型の離型処理技術の改良に係り、金型表面に
所謂離型膜としての機能を有する窒化硼素皮膜（以下、
ＢＮ皮膜と呼ぶ）を、ＥＣＲプラズマを用いた反応性ス
パッタリングによつて形成するようにした金型の離型処
理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従前から、アルミ合金やマグネシゥム合
金等を用いる金型鋳造に於いては、作業性や成型品外表
面の平滑性の向上、金型寿命の延伸等を図るため、金型
の表面に有機バインダ系や有機エマルジョン系、無機鉱
物系等の離型剤を用いて所謂離型膜が形成されている。
しかし、上述の如き離型剤を用いた場合には、離型膜の
不安定さに起因する成型品の表面欠陥や離型不良、有機
物の炭化による金型の汚損等の発生が不可避であり、離
型膜の形成に時間がかかって作業性が低下することとも
相俟って、金属鋳造の現場に実用上様々な問題が生じて
いる。
金等を用いる金型鋳造に於いては、作業性や成型品外表
面の平滑性の向上、金型寿命の延伸等を図るため、金型
の表面に有機バインダ系や有機エマルジョン系、無機鉱
物系等の離型剤を用いて所謂離型膜が形成されている。
しかし、上述の如き離型剤を用いた場合には、離型膜の
不安定さに起因する成型品の表面欠陥や離型不良、有機
物の炭化による金型の汚損等の発生が不可避であり、離
型膜の形成に時間がかかって作業性が低下することとも
相俟って、金属鋳造の現場に実用上様々な問題が生じて
いる。
【０００３】一方、上述の如き問題を解決するものとし
て、金型表面に耐摩耗性や耐剥離性、摺動性、離型性等
に優れたボロンの窒素化合物の皮膜（窒化硼素皮膜）を
形成し、当該ＢＮ皮膜を従前の離型剤から成る離型用皮
膜に代えるようにした技術が開発されている。
て、金型表面に耐摩耗性や耐剥離性、摺動性、離型性等
に優れたボロンの窒素化合物の皮膜（窒化硼素皮膜）を
形成し、当該ＢＮ皮膜を従前の離型剤から成る離型用皮
膜に代えるようにした技術が開発されている。
【０００４】即ち、窒化ホウ素（ＢＮ）は、結晶構造に
よって立方晶系閃亜鉛鉱型のもの（ｃ−ＢＮ）と六方晶
系のグラファイトと類似した構造のもの（ｈ−ＢＮ）と
六方晶系のウルツ鉱型のもの（ｗ−ＢＮ）等に大別さ
れ、ｈ−ＢＮの方は、その特性がグラファイトに類似
し、軟質ながらも摺動性に優れているため、固体潤滑剤
として各種摺動部材の摩擦係数を下げるために用いられ
ている。また、ｃ−ＢＮの方はダイヤモンドに次ぐ高硬
度を有しており、熱的・化学的安定性に優れると共に、
高絶縁性と高熱伝導率を有しており、工具等の特に耐摩
耗性を必要とする分野への応用研究が、多方面で進めら
れている。更に、ｗ−ＢＮの方は高硬度であって優れた
熱的・化学的安定性を有しており、ｃ−ＢＮと同様に工
具等の耐摩耗性が要求される分野への応用が研究されて
いる。
よって立方晶系閃亜鉛鉱型のもの（ｃ−ＢＮ）と六方晶
系のグラファイトと類似した構造のもの（ｈ−ＢＮ）と
六方晶系のウルツ鉱型のもの（ｗ−ＢＮ）等に大別さ
れ、ｈ−ＢＮの方は、その特性がグラファイトに類似
し、軟質ながらも摺動性に優れているため、固体潤滑剤
として各種摺動部材の摩擦係数を下げるために用いられ
ている。また、ｃ−ＢＮの方はダイヤモンドに次ぐ高硬
度を有しており、熱的・化学的安定性に優れると共に、
高絶縁性と高熱伝導率を有しており、工具等の特に耐摩
耗性を必要とする分野への応用研究が、多方面で進めら
れている。更に、ｗ−ＢＮの方は高硬度であって優れた
熱的・化学的安定性を有しており、ｃ−ＢＮと同様に工
具等の耐摩耗性が要求される分野への応用が研究されて
いる。
【０００５】ところで、前記ｈ−ＢＮは、低温下で容易
に粉状体として合成することができ、また、各種物理的
蒸着（ＰＶＤ）法や化学的蒸着（ＣＶＤ）法により容易
に膜状にも合成することができる。これに対して、ｃ−
ＢＮは、これまで高温・高圧下で、またｗ−ＢＮは高温
下で夫々人工的に合成されるものであるためその製造コ
ストが非常に高くなり、しかも合成される形態がバルク
状になるため、応用範囲も限られていた。そのため、ｃ
−ＢＮ及びｗ−ＢＮを薄膜合成させようとする試みが、
各種のＰＶＤ法やＣＶＤ法によって行われている。
に粉状体として合成することができ、また、各種物理的
蒸着（ＰＶＤ）法や化学的蒸着（ＣＶＤ）法により容易
に膜状にも合成することができる。これに対して、ｃ−
ＢＮは、これまで高温・高圧下で、またｗ−ＢＮは高温
下で夫々人工的に合成されるものであるためその製造コ
ストが非常に高くなり、しかも合成される形態がバルク
状になるため、応用範囲も限られていた。そのため、ｃ
−ＢＮ及びｗ−ＢＮを薄膜合成させようとする試みが、
各種のＰＶＤ法やＣＶＤ法によって行われている。
【０００６】例えば、特公平２−５９８６３号には、ホ
ウ素を含有する蒸発源から基体上にホウ素分を蒸着さ
せ、この蒸着層に窒素を含むイオン種を発生するイオン
発生源からイオン種を照射することによりＢＮ膜を形成
する方法に於いて、前記イオン種の加速エネルギーをイ
オン種の原子当たり５〜１００ｋｅＶとすること、蒸着
及び照射をイオン種よりも低エネルギーレベルに活性化
された窒素原子又は窒素化合物の雰囲気中で行うこと、
基体に負のバイアスを印加すること等の方策を採用する
ことにより、ｃ−ＢＮ皮膜やｗ−ＢＮ皮膜を基体上に形
成する方法が開示されている。
ウ素を含有する蒸発源から基体上にホウ素分を蒸着さ
せ、この蒸着層に窒素を含むイオン種を発生するイオン
発生源からイオン種を照射することによりＢＮ膜を形成
する方法に於いて、前記イオン種の加速エネルギーをイ
オン種の原子当たり５〜１００ｋｅＶとすること、蒸着
及び照射をイオン種よりも低エネルギーレベルに活性化
された窒素原子又は窒素化合物の雰囲気中で行うこと、
基体に負のバイアスを印加すること等の方策を採用する
ことにより、ｃ−ＢＮ皮膜やｗ−ＢＮ皮膜を基体上に形
成する方法が開示されている。
【０００７】また、特開平５−１６３０２７号には、真
空容器内に設けたイオンビームスパッター用イオン源か
らのアルゴンイオンビームスパッターにより金属ホウ素
の成分を基体に蒸着し、同時にイオン照射用イオン源か
らＡｒ／Ｎ2 ＝０．３の混合ガスのイオンを４０ｋｅＶ
の加速電圧下で照射することにより、成形型の表面に混
合層を形成すると共に、その後前記混合ガスイオンの加
速電圧を１０ｋｅＶにし乍らＢ／Ｎ組成比が約１となる
ように前記蒸着速度を調整することにより、混合層の外
方にＢＮ膜を形成すること、及び上記ＢＮ膜の形成に際
して、混合ガスイオンの混合比（Ａｒ／Ｎ）と加速電圧
を調整することにより、前記ＢＮ皮膜をｃ−ＢＮ又はｗ
−ＢＮ皮膜を形成し得ることが開示されている。
空容器内に設けたイオンビームスパッター用イオン源か
らのアルゴンイオンビームスパッターにより金属ホウ素
の成分を基体に蒸着し、同時にイオン照射用イオン源か
らＡｒ／Ｎ2 ＝０．３の混合ガスのイオンを４０ｋｅＶ
の加速電圧下で照射することにより、成形型の表面に混
合層を形成すると共に、その後前記混合ガスイオンの加
速電圧を１０ｋｅＶにし乍らＢ／Ｎ組成比が約１となる
ように前記蒸着速度を調整することにより、混合層の外
方にＢＮ膜を形成すること、及び上記ＢＮ膜の形成に際
して、混合ガスイオンの混合比（Ａｒ／Ｎ）と加速電圧
を調整することにより、前記ＢＮ皮膜をｃ−ＢＮ又はｗ
−ＢＮ皮膜を形成し得ることが開示されている。
【０００８】更に、特開平７−１０２３６０号には、真
空容器内にボロン含有物質の蒸着源等を設け、基体上に
ボロン含有物質を蒸着（又はスパッターによる固着）さ
せると共に、これと同時又は交叉或いは蒸着等の後にイ
オン源からＮ+ イオン等を蒸着面へ照射させ、基体上に
到達するボロン（Ｂ）原子数と窒素（Ｎ）原子数の比
（Ｂ／Ｎ輸送比）やイオン種、照射イオンの加速エネル
ギー、電流密度（イオン流密度）等を調整することによ
り、基板上に三層構造（第１層…Ｂ原子とｃ−ＢＮ又は
ｗ−ＢＮ、第２層…Ｂ原子とｃ−ＢＮ又はｗ−ＢＮとｈ
−ＢＮ、第３層…ｃ−ＢＮ又はｗ−ＢＮとｈ−ＢＮ）の
皮膜を形成する方法が開示されている。
空容器内にボロン含有物質の蒸着源等を設け、基体上に
ボロン含有物質を蒸着（又はスパッターによる固着）さ
せると共に、これと同時又は交叉或いは蒸着等の後にイ
オン源からＮ+ イオン等を蒸着面へ照射させ、基体上に
到達するボロン（Ｂ）原子数と窒素（Ｎ）原子数の比
（Ｂ／Ｎ輸送比）やイオン種、照射イオンの加速エネル
ギー、電流密度（イオン流密度）等を調整することによ
り、基板上に三層構造（第１層…Ｂ原子とｃ−ＢＮ又は
ｗ−ＢＮ、第２層…Ｂ原子とｃ−ＢＮ又はｗ−ＢＮとｈ
−ＢＮ、第３層…ｃ−ＢＮ又はｗ−ＢＮとｈ−ＢＮ）の
皮膜を形成する方法が開示されている。
【０００９】上記特公平２−５９８６３号、特開平５−
１６３０２７号及び特開平７−１０２３６０号等に開示
の皮膜形成方法は何れも技術的に優れたものであり、高
い実用的効用を奏するものである。しかし、これ等の各
皮膜形成方法にも解決すべき多くの問題点が残されてい
る。先ず、その中でも特に問題となる点は、何れの方法
もＢ含有物質の蒸着機構（又はスパッター機構）と、基
体の表面に形成した蒸着層へのイオン照射機構との両機
構を夫々別個に必要とするため、皮膜形成装置の構造が
複雑になり、設備の大型化や製造コストの高騰等を招く
と云う難点がある。
１６３０２７号及び特開平７−１０２３６０号等に開示
の皮膜形成方法は何れも技術的に優れたものであり、高
い実用的効用を奏するものである。しかし、これ等の各
皮膜形成方法にも解決すべき多くの問題点が残されてい
る。先ず、その中でも特に問題となる点は、何れの方法
もＢ含有物質の蒸着機構（又はスパッター機構）と、基
体の表面に形成した蒸着層へのイオン照射機構との両機
構を夫々別個に必要とするため、皮膜形成装置の構造が
複雑になり、設備の大型化や製造コストの高騰等を招く
と云う難点がある。
【００１０】また、上記従前の皮膜形成技術では、成形
型との密着性、成型品の離型性、耐酸化性、平滑性、硬
度等の点に於いて優れた特性を具備した皮膜を形成する
ことができると述べられているが、現実の金型への適用
に際しては、均一な厚みのｃ−ＢＮ又はｗ−ＢＮ皮膜を
形成することは相当に困難であり、実用化は現実に不可
能に近いと云う問題がある。
型との密着性、成型品の離型性、耐酸化性、平滑性、硬
度等の点に於いて優れた特性を具備した皮膜を形成する
ことができると述べられているが、現実の金型への適用
に際しては、均一な厚みのｃ−ＢＮ又はｗ−ＢＮ皮膜を
形成することは相当に困難であり、実用化は現実に不可
能に近いと云う問題がある。
【００１１】例えば、特公平２−５９８６３号に於いて
は、「イオン種のイオン加速エネルギーをイオン種の原
子当り５〜１００ｋｅＶに保つと共に、蒸着及び照射を
イオン種よりも低エネルギーのレベルに活性化されたＮ
原子又はＮ化合物の雰囲気下で行なわなければならな
い」が、一定のレベルに活性化されたＮ原子又はＮ化合
物の雰囲気の中でイオン種のエネルギーレベルを所定値
に保持することは相当に困難なことであり、結果として
均一な皮膜厚さの、しかもｃ−ＢＮ相又はｗ−ＢＮ相の
成分の高い皮膜を得ることができないと云う問題があ
る。
は、「イオン種のイオン加速エネルギーをイオン種の原
子当り５〜１００ｋｅＶに保つと共に、蒸着及び照射を
イオン種よりも低エネルギーのレベルに活性化されたＮ
原子又はＮ化合物の雰囲気下で行なわなければならな
い」が、一定のレベルに活性化されたＮ原子又はＮ化合
物の雰囲気の中でイオン種のエネルギーレベルを所定値
に保持することは相当に困難なことであり、結果として
均一な皮膜厚さの、しかもｃ−ＢＮ相又はｗ−ＢＮ相の
成分の高い皮膜を得ることができないと云う問題があ
る。
【００１２】同様に、特開平５−１６３０２７号では、
蒸着速度とイオンガスの混合比とイオン照射の加速電圧
とミキシング時間の４種の制御要素を最適条件下に保持
しなければ、所定の厚みｃ−ＢＮ又はｗ−ＢＮ皮膜を生
成することが不可能である。換言すれば、４種の制御要
素の内の何れの条件が欠けてもｃ−ＢＮ又はｗ−ＢＮ皮
膜を生成することは不可能であり、実用的なｃ−ＢＮ又
はｗ−ＢＮ皮膜を容易に得ることができないと云う問題
がある。
蒸着速度とイオンガスの混合比とイオン照射の加速電圧
とミキシング時間の４種の制御要素を最適条件下に保持
しなければ、所定の厚みｃ−ＢＮ又はｗ−ＢＮ皮膜を生
成することが不可能である。換言すれば、４種の制御要
素の内の何れの条件が欠けてもｃ−ＢＮ又はｗ−ＢＮ皮
膜を生成することは不可能であり、実用的なｃ−ＢＮ又
はｗ−ＢＮ皮膜を容易に得ることができないと云う問題
がある。
【００１３】このことは、特開平７−１０２３６０号に
於いても同様であり、Ｂ／Ｎ輸送比とイオン種と照射イ
オンの加速エネルギーと電流密度（照射イオン電流の密
度）の４種の制御要素を最適条件下におくことにより、
３種類の成分の異なる皮膜層を基体１上に形成しようと
するものであるが、現実には第１層（Ｂ原子と、ｃ−Ｂ
Ｎ並びにｗ−ＢＮの何れか一方又は両方とから成る皮
膜）の形成そのものが実験室的にも不可能に近いもので
あり、実用化を著しく計り難いと云う問題がある。
於いても同様であり、Ｂ／Ｎ輸送比とイオン種と照射イ
オンの加速エネルギーと電流密度（照射イオン電流の密
度）の４種の制御要素を最適条件下におくことにより、
３種類の成分の異なる皮膜層を基体１上に形成しようと
するものであるが、現実には第１層（Ｂ原子と、ｃ−Ｂ
Ｎ並びにｗ−ＢＮの何れか一方又は両方とから成る皮
膜）の形成そのものが実験室的にも不可能に近いもので
あり、実用化を著しく計り難いと云う問題がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従前のＢＮ皮
膜の形成に於ける上述の如き問題、即ち夫々独立した
Ｂ含有物質のスパッター機構（又は蒸着機構）と、蒸着
層上へのイオン照射機構とを必要とするため、皮膜形成
装置の構造が複雑となって小型化を計り難いうえ、製造
コストが高騰すること、金属鋳造用金型等の外表面
に、実際にｃ−ＢＮ皮膜やｗ−ＢＮ皮膜を形成すること
は著しく困難であり、実用化を図り難いこと、ｃ−Ｂ
Ｎ皮膜やｗ−ＢＮ皮膜を形成するためには、Ｂ／Ｎ輸送
比やイオン種、照射イオンの加速エネルギー等の多くの
制御要素を最適条件下に保持する必要があり、皮膜形成
装置の制御性等の点からも、現実にｃ−ＢＮ皮膜やｗ−
ＢＮ皮膜の形成が著しく困難なこと等の問題を解決せん
とするものであり、ＥＣＲプラズマ源からのイオンを用
いて、高純度の固体ボロンターゲットのスパッタリング
と基体上のボロン蒸着層の照射との両方を同時に行なう
と共に、ボロンターゲット及び金型にＤＣ又はＲＦバイ
アスを印加することにより、構造の比較的簡単な皮膜形
成装置を用い、しかもより少ない制御要素のコントロー
ルでもって、金属鋳造用金型の表面にｃ−ＢＮ又はｗ−
ＢＮ成分の比較的高い離型用のＢＮ皮膜を容易に形成で
きるようにした、ＥＣＲプラズマを用いた反応性スパッ
タリングによる金型の離型処理方法を提供するものであ
る。
膜の形成に於ける上述の如き問題、即ち夫々独立した
Ｂ含有物質のスパッター機構（又は蒸着機構）と、蒸着
層上へのイオン照射機構とを必要とするため、皮膜形成
装置の構造が複雑となって小型化を計り難いうえ、製造
コストが高騰すること、金属鋳造用金型等の外表面
に、実際にｃ−ＢＮ皮膜やｗ−ＢＮ皮膜を形成すること
は著しく困難であり、実用化を図り難いこと、ｃ−Ｂ
Ｎ皮膜やｗ−ＢＮ皮膜を形成するためには、Ｂ／Ｎ輸送
比やイオン種、照射イオンの加速エネルギー等の多くの
制御要素を最適条件下に保持する必要があり、皮膜形成
装置の制御性等の点からも、現実にｃ−ＢＮ皮膜やｗ−
ＢＮ皮膜の形成が著しく困難なこと等の問題を解決せん
とするものであり、ＥＣＲプラズマ源からのイオンを用
いて、高純度の固体ボロンターゲットのスパッタリング
と基体上のボロン蒸着層の照射との両方を同時に行なう
と共に、ボロンターゲット及び金型にＤＣ又はＲＦバイ
アスを印加することにより、構造の比較的簡単な皮膜形
成装置を用い、しかもより少ない制御要素のコントロー
ルでもって、金属鋳造用金型の表面にｃ−ＢＮ又はｗ−
ＢＮ成分の比較的高い離型用のＢＮ皮膜を容易に形成で
きるようにした、ＥＣＲプラズマを用いた反応性スパッ
タリングによる金型の離型処理方法を提供するものであ
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、磁場
コイルとマイクロ波供給部と窒素ガスと希ガスの混合ガ
スの供給部とを備えた真空処理槽の内部に、粉体状の固
体ボロンターゲットを配設すると共に、前記磁場コイル
とマイクロ波供給部からの電磁エネルギーを用いた電子
サイクロトロン共鳴法により前記混合ガスを電離して真
空処理槽内にＥＣＲプラズマを生成し、プラズマイオン
によって固体ボロンターゲットからスパッターさせたボ
ロン原子を真空処理槽内に配設した金型の表面に固着堆
積させ、金型表面に窒化ホウ素皮膜を形成するようにし
たことを発明の基本構成とするものである。
コイルとマイクロ波供給部と窒素ガスと希ガスの混合ガ
スの供給部とを備えた真空処理槽の内部に、粉体状の固
体ボロンターゲットを配設すると共に、前記磁場コイル
とマイクロ波供給部からの電磁エネルギーを用いた電子
サイクロトロン共鳴法により前記混合ガスを電離して真
空処理槽内にＥＣＲプラズマを生成し、プラズマイオン
によって固体ボロンターゲットからスパッターさせたボ
ロン原子を真空処理槽内に配設した金型の表面に固着堆
積させ、金型表面に窒化ホウ素皮膜を形成するようにし
たことを発明の基本構成とするものである。
【００１６】請求項２の発明は、請求項１の発明に於い
て希ガスをアルゴンガスに、固体ボロンを高純度の固体
ボロンにすると共に、固体ボロンターゲットに高電圧の
ＤＣバイアス電圧を印加し、更に金型に少なくともＤＣ
３００Ｖのバイアス電圧又は高周波のＲＦバイアス電圧
を印加するようにしたものである。
て希ガスをアルゴンガスに、固体ボロンを高純度の固体
ボロンにすると共に、固体ボロンターゲットに高電圧の
ＤＣバイアス電圧を印加し、更に金型に少なくともＤＣ
３００Ｖのバイアス電圧又は高周波のＲＦバイアス電圧
を印加するようにしたものである。
【００１７】請求項３の発明は、請求項１の発明に於い
て、先ず金型に少なくとも３００Ｖの高周波のＲＦ自己
バイアス電圧を印加した状態でＢＮ皮膜を形成し、金型
表面にｃ−ＢＮ相を多く含むＢＮ皮膜を形成したあと、
金型のバイアス電圧を減少させ、前記ｃ−ＢＮ相を多く
含んだＢＮ皮膜の上にｈ−ＢＮ相のＢＮ皮膜を形成する
ようにしたものである。
て、先ず金型に少なくとも３００Ｖの高周波のＲＦ自己
バイアス電圧を印加した状態でＢＮ皮膜を形成し、金型
表面にｃ−ＢＮ相を多く含むＢＮ皮膜を形成したあと、
金型のバイアス電圧を減少させ、前記ｃ−ＢＮ相を多く
含んだＢＮ皮膜の上にｈ−ＢＮ相のＢＮ皮膜を形成する
ようにしたものである。
【００１８】請求項４の発明は請求項１の発明に於い
て、先ず金型にｈ−ＢＮを多く含むＢＮ皮膜を形成した
あと、金型に少なくとも３００Ｖの高周波のＲＦバイア
ス電圧を印加して、前記ＢＮ皮膜の上にｃ−ＢＮ相を多
く含むＢＮ皮膜を形成し、その後金型のバイアス電圧を
減少させて前記ｃ−ＢＮ相を多く含むＢＮ皮膜の上にｈ
−ＢＮ相のＢＮ皮膜を形成するようにしたものである。
また、請求項５の発明は請求項１の発明に於いて、混合
ガス内の窒素ガスの分圧を調整することにより金型表面
へのＢＮ皮膜の堆積速度を制御し、金型表面に近い部分
のＢＮ皮膜ほど、その堆積速度を小さくするようにした
ものである。
て、先ず金型にｈ−ＢＮを多く含むＢＮ皮膜を形成した
あと、金型に少なくとも３００Ｖの高周波のＲＦバイア
ス電圧を印加して、前記ＢＮ皮膜の上にｃ−ＢＮ相を多
く含むＢＮ皮膜を形成し、その後金型のバイアス電圧を
減少させて前記ｃ−ＢＮ相を多く含むＢＮ皮膜の上にｈ
−ＢＮ相のＢＮ皮膜を形成するようにしたものである。
また、請求項５の発明は請求項１の発明に於いて、混合
ガス内の窒素ガスの分圧を調整することにより金型表面
へのＢＮ皮膜の堆積速度を制御し、金型表面に近い部分
のＢＮ皮膜ほど、その堆積速度を小さくするようにした
ものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明の実施に使用する
金型用離型膜形成装置の断面概要図であり、図に於いて
１は真空処理槽（チャンバー）、２は混合ガス供給口、
３はマイクロウェーブ入射窓、４は排気口、５はボロン
ターゲット支持装置、６は金型支持装置、７はボロンタ
ーゲットのバイアス用電源、８は金型のバイアス用電
源、９・１０はプラズマ輸送用磁場コイル、１１はマイ
クロ波供給部、１２は窒素供給源、１３はアルゴン供給
源、１４・１５はマスフローコントローラ、１６はガス
混合部、１７はターボ分子ポンプである。
施の形態を説明する。図１は、本発明の実施に使用する
金型用離型膜形成装置の断面概要図であり、図に於いて
１は真空処理槽（チャンバー）、２は混合ガス供給口、
３はマイクロウェーブ入射窓、４は排気口、５はボロン
ターゲット支持装置、６は金型支持装置、７はボロンタ
ーゲットのバイアス用電源、８は金型のバイアス用電
源、９・１０はプラズマ輸送用磁場コイル、１１はマイ
クロ波供給部、１２は窒素供給源、１３はアルゴン供給
源、１４・１５はマスフローコントローラ、１６はガス
混合部、１７はターボ分子ポンプである。
【００２０】前記真空処理槽（チャンバー）１はステン
レス鋼等により所望の内容積を有する筒状体に形成され
ており、混合ガス供給口２やマイクロウェーブ入射窓
３、排気口４等が設けられている。
レス鋼等により所望の内容積を有する筒状体に形成され
ており、混合ガス供給口２やマイクロウェーブ入射窓
３、排気口４等が設けられている。
【００２１】前記ボロンターゲット支持装置５はセラミ
ック製のるつぼ５ａと、これを支持する電気絶縁材製の
支持台５ｂ等から形成されており、チャンバー１の壁面
に支持固定されている。また、前記るつぼ５ａ内には、
純度が９９．９％の粉体状の固体ボロン５ｃが適宜量充
填されており、当該固体ボロン５ｃの充填層にはボロン
ターゲット用バイアス電源７の負極側が接続されてい
る。尚、ボロンターゲット支持装置５は、固体ボロン５
ｃの外表面がチャンバー１の中心軸線上の共鳴点に位置
するように配設されている。
ック製のるつぼ５ａと、これを支持する電気絶縁材製の
支持台５ｂ等から形成されており、チャンバー１の壁面
に支持固定されている。また、前記るつぼ５ａ内には、
純度が９９．９％の粉体状の固体ボロン５ｃが適宜量充
填されており、当該固体ボロン５ｃの充填層にはボロン
ターゲット用バイアス電源７の負極側が接続されてい
る。尚、ボロンターゲット支持装置５は、固体ボロン５
ｃの外表面がチャンバー１の中心軸線上の共鳴点に位置
するように配設されている。
【００２２】前記金型支持装置６は金型保持架台６ａと
架台６ａを回動並びに傾動させる駆動部６ｂ等から形成
されており、金型保持架台６ａの前面に金型６ｃが、そ
の表面（離型膜形成面）をボロンターゲット装置５と対
向せしめた状態で固定されている。尚、金型６ｃとして
は、ダイス鋼等の特殊工具鋼の他に、一般的な鋼材も多
く使用される。また、金型６ｃの外形寸法には、離型膜
形成の点からの技術的な制約は無いが、チャンバー１の
内容積から必然的に金型６ｃの外形寸法が制約を受ける
ことは勿論である。
架台６ａを回動並びに傾動させる駆動部６ｂ等から形成
されており、金型保持架台６ａの前面に金型６ｃが、そ
の表面（離型膜形成面）をボロンターゲット装置５と対
向せしめた状態で固定されている。尚、金型６ｃとして
は、ダイス鋼等の特殊工具鋼の他に、一般的な鋼材も多
く使用される。また、金型６ｃの外形寸法には、離型膜
形成の点からの技術的な制約は無いが、チャンバー１の
内容積から必然的に金型６ｃの外形寸法が制約を受ける
ことは勿論である。
【００２３】前記ボロンターゲットのバイアス用電源７
は、るつぼ５ａ内の固体ボロン５ｃに負の直流バイアス
を印加するものであり、約１〜１０ＫＶの直流電圧が印
加される。同様に、前記金型６ｃのバイアス用電源８
は、支持架台６ａ上の金型６ｃに負の直流バイアスを印
加するものであり、１００〜５００Ｖの直流電圧又は高
周波のＲＦ直流電圧が適宜に印加される。
は、るつぼ５ａ内の固体ボロン５ｃに負の直流バイアス
を印加するものであり、約１〜１０ＫＶの直流電圧が印
加される。同様に、前記金型６ｃのバイアス用電源８
は、支持架台６ａ上の金型６ｃに負の直流バイアスを印
加するものであり、１００〜５００Ｖの直流電圧又は高
周波のＲＦ直流電圧が適宜に印加される。
【００２４】尚、図１の実施形態に於いては、前記金型
バイアス用電源８として直流電圧（ＤＣバイアス）を用
いているが、ＲＦバイアス（例えば１３．５６ＭＨｚの
１００〜５００Ｖの自己バイアス）を用い、後述するよ
うに金型６ｃの外表面に形成された堆積皮膜にイオンに
よるたたき作用を加え、これによって金属面との密着性
を高めたり、皮膜密度を高めるようにしてもよい。
バイアス用電源８として直流電圧（ＤＣバイアス）を用
いているが、ＲＦバイアス（例えば１３．５６ＭＨｚの
１００〜５００Ｖの自己バイアス）を用い、後述するよ
うに金型６ｃの外表面に形成された堆積皮膜にイオンに
よるたたき作用を加え、これによって金属面との密着性
を高めたり、皮膜密度を高めるようにしてもよい。
【００２５】前記プラズマ輸送用磁場コイル９・１０
は、最大磁場が１５００〜５０００Ｇ程度となるように
選定されており、後述するように、チャンバー１内に生
成された高密度プラズマを磁場により移動させ、高密度
プラズマによるボロン原子のスパッタリングやスパッタ
ーされたボロン原子のイオン化、金型６ｃ側への移動等
を促進する。
は、最大磁場が１５００〜５０００Ｇ程度となるように
選定されており、後述するように、チャンバー１内に生
成された高密度プラズマを磁場により移動させ、高密度
プラズマによるボロン原子のスパッタリングやスパッタ
ーされたボロン原子のイオン化、金型６ｃ側への移動等
を促進する。
【００２６】前記マイクロ波供給部１０は公知の２．４
５ＧＨｚのマイクロ波を導波管を通してチャンバー１内
の有磁場高密度プラズマ内へ供給するものであり、マイ
クロ波電力は１０００Ｗ〜１０ＫＷ程度の間に適宜に選
定される。
５ＧＨｚのマイクロ波を導波管を通してチャンバー１内
の有磁場高密度プラズマ内へ供給するものであり、マイ
クロ波電力は１０００Ｗ〜１０ＫＷ程度の間に適宜に選
定される。
【００２７】前記窒素ガス供給源１２及びアルゴンガス
供給源１３からは、マスフローコントローラ１４・１５
を介して窒素Ｎ2 とアルゴンＡｒの混合ガスが、所定の
流量並びに混合比（Ｎ2 ／Ａｒ）でもってチャンバー１
内へ供給される。また、前記ターボ分子ポンプ１７には
２０００〜５０００ｌ／ｓのターボ分子ポンプが用いら
れており、内径約１０００〜１５００ｍｍφのチャンバ
ー１内は、１０-6ｔｏｒｒ程度の真空度にまで排気され
る。
供給源１３からは、マスフローコントローラ１４・１５
を介して窒素Ｎ2 とアルゴンＡｒの混合ガスが、所定の
流量並びに混合比（Ｎ2 ／Ａｒ）でもってチャンバー１
内へ供給される。また、前記ターボ分子ポンプ１７には
２０００〜５０００ｌ／ｓのターボ分子ポンプが用いら
れており、内径約１０００〜１５００ｍｍφのチャンバ
ー１内は、１０-6ｔｏｒｒ程度の真空度にまで排気され
る。
【００２８】即ち、本発明に於けるプラズマ源は前記磁
場コイル１０・１１とマイクロ波供給部１２とから構成
したＥＣＲプラズマ源であり、所謂電子サイクロトロン
共鳴法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｏｒｏｎ Ｒ
ｅｓｏｎａｎｃｅ ＥＣＲ）により、チャンバー１内の
混合ガス（放電ガス）を電離して高密度プラズマ（Ａｒ
及びＮ2 の不活性ガス放電、１０11〜１０12ｃｍ-3）を
生成する。また、生成された高密度プラズマ（ＥＣＲプ
ラズマ）は、磁場内でプラズマイオンスパッタリング法
によりボロンターゲット（固体ボロン）５ａからボロン
原子をスパッターさせ、更に、前記スパッターされたボ
ロン原子は、高密度プラズマ内でプラズマ電子と衝突す
ることによりイオン化され、当該有磁場高密度プラズマ
内で形成されたボロンのイオンが、金型６ｃの表面に順
次固着・堆積し、これによってＢＮ皮膜が形成されて行
くことになる。
場コイル１０・１１とマイクロ波供給部１２とから構成
したＥＣＲプラズマ源であり、所謂電子サイクロトロン
共鳴法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｏｒｏｎ Ｒ
ｅｓｏｎａｎｃｅ ＥＣＲ）により、チャンバー１内の
混合ガス（放電ガス）を電離して高密度プラズマ（Ａｒ
及びＮ2 の不活性ガス放電、１０11〜１０12ｃｍ-3）を
生成する。また、生成された高密度プラズマ（ＥＣＲプ
ラズマ）は、磁場内でプラズマイオンスパッタリング法
によりボロンターゲット（固体ボロン）５ａからボロン
原子をスパッターさせ、更に、前記スパッターされたボ
ロン原子は、高密度プラズマ内でプラズマ電子と衝突す
ることによりイオン化され、当該有磁場高密度プラズマ
内で形成されたボロンのイオンが、金型６ｃの表面に順
次固着・堆積し、これによってＢＮ皮膜が形成されて行
くことになる。
【００２９】次に、本発明による離型膜の形成について
説明する。先ず、金型支持装置６の支持架台６ａに離型
膜を形成すべき金型６ｃを固定し、その被処理面がボロ
ンターゲット支持装置５に保持された固体ボロン５ｃと
略対向するように、駆動部６ｂの作動によって金型支持
架台６ａの姿勢調整を行なう。また、ボロンターゲット
支持装置５のるつぼ５ａ内へ純度９９．９％の粉体状の
固体ボロン５ｃを充填する。尚、るつぼ５ａはチャンバ
ー１の中心軸線上の共鳴点に配置されており、固体ボロ
ン５ｃと金型６ｃとの距離は５０〜３００ｍｍ程度に選
定される。更に、マイクロ波供給部１１、両バイアス用
電源７・８及び両磁場コイル９・１０等をスタンバイの
状態とする。
説明する。先ず、金型支持装置６の支持架台６ａに離型
膜を形成すべき金型６ｃを固定し、その被処理面がボロ
ンターゲット支持装置５に保持された固体ボロン５ｃと
略対向するように、駆動部６ｂの作動によって金型支持
架台６ａの姿勢調整を行なう。また、ボロンターゲット
支持装置５のるつぼ５ａ内へ純度９９．９％の粉体状の
固体ボロン５ｃを充填する。尚、るつぼ５ａはチャンバ
ー１の中心軸線上の共鳴点に配置されており、固体ボロ
ン５ｃと金型６ｃとの距離は５０〜３００ｍｍ程度に選
定される。更に、マイクロ波供給部１１、両バイアス用
電源７・８及び両磁場コイル９・１０等をスタンバイの
状態とする。
【００３０】次に、ターボ分子ポンプ１７を作動させ、
チャンバー１内を１０-7Ｔｏｒｒ程度の真空度にまで排
気する。その後、混合ガス供給口２から所定流量のＡｒ
ガスのみを先ず供給し、Ａｒ放電によって約３０〜６０
分間、チャンバー１の内壁面や金型６ｃの内表面、ボロ
ンターゲット５ｃの表面等を洗浄する。
チャンバー１内を１０-7Ｔｏｒｒ程度の真空度にまで排
気する。その後、混合ガス供給口２から所定流量のＡｒ
ガスのみを先ず供給し、Ａｒ放電によって約３０〜６０
分間、チャンバー１の内壁面や金型６ｃの内表面、ボロ
ンターゲット５ｃの表面等を洗浄する。
【００３１】次に、前記Ａｒ放電下の洗浄が完了する
と、Ｎ2 供給源を開放し、ガス混合部１６に於いて形成
した所定流量・所定混合比（Ａｒ／Ｎ2 ≒０．５〜３．
０）の混合ガスをチャンバー１内へ供給する。この場
合、混合ガスの供給によりチャンバー１の内圧は２〜５
×１０-3ｔｏｒｒ程度にまで上昇するが、その後はター
ボ分子ポンプ１７の排気量とのバランスでほぼ１０-3程
度の定真空度に保持される。
と、Ｎ2 供給源を開放し、ガス混合部１６に於いて形成
した所定流量・所定混合比（Ａｒ／Ｎ2 ≒０．５〜３．
０）の混合ガスをチャンバー１内へ供給する。この場
合、混合ガスの供給によりチャンバー１の内圧は２〜５
×１０-3ｔｏｒｒ程度にまで上昇するが、その後はター
ボ分子ポンプ１７の排気量とのバランスでほぼ１０-3程
度の定真空度に保持される。
【００３２】マイクロ波供給部１１からのマイクロ波入
射電力は金型６ｃの大きさに応じて約１００Ｗ〜１０Ｋ
Ｗ程度に調整される。また、プラズマ輸送用磁場コイル
の磁場は２０００〜４０００Ｇ程度に調整される。更
に、マイクロ波の入射により形成された高密度プラズマ
（ＥＣＲプラズマ）イオンの衝突により、ターゲットで
ある固体ボロン５ｃの温度が上昇すると、その抵抗率は
急激に減少する（２０℃の抵抗率４×１０6 Ωｃｍが３
００℃で約１０-1Ωｃｍとなる）。固体ボロン５ｃの抵
抗率が減少すると、電源７を調整して固体ボロン５ｃの
バイアスが−２．５〜５．０ＫＶ程度の適宜の値に調整
する。
射電力は金型６ｃの大きさに応じて約１００Ｗ〜１０Ｋ
Ｗ程度に調整される。また、プラズマ輸送用磁場コイル
の磁場は２０００〜４０００Ｇ程度に調整される。更
に、マイクロ波の入射により形成された高密度プラズマ
（ＥＣＲプラズマ）イオンの衝突により、ターゲットで
ある固体ボロン５ｃの温度が上昇すると、その抵抗率は
急激に減少する（２０℃の抵抗率４×１０6 Ωｃｍが３
００℃で約１０-1Ωｃｍとなる）。固体ボロン５ｃの抵
抗率が減少すると、電源７を調整して固体ボロン５ｃの
バイアスが−２．５〜５．０ＫＶ程度の適宜の値に調整
する。
【００３３】一方、前記固体ボロン５ｃのバイアス電源
の調整と同時に金型６ｃのバイアス電源８の方を調整
し、金型６ｃに５０〜５００Ｖ程度のＤＣバイアスを印
加するように金型バイアス電源８を調整する。
の調整と同時に金型６ｃのバイアス電源８の方を調整
し、金型６ｃに５０〜５００Ｖ程度のＤＣバイアスを印
加するように金型バイアス電源８を調整する。
【００３４】上述の如き状態下に於いて、ＥＣＲプラズ
マ源からのプラズマ中のイオン衝突によってボロン原子
をスパッターさせ、金型６ｃの外表面に堆積膜（ＢＮ
膜）を形成する。尚、ターゲット表面の温度は赤外線放
射温度計（図示省略）より連続的に測定されており、約
６００°〜８００℃の温度にまで上昇する。
マ源からのプラズマ中のイオン衝突によってボロン原子
をスパッターさせ、金型６ｃの外表面に堆積膜（ＢＮ
膜）を形成する。尚、ターゲット表面の温度は赤外線放
射温度計（図示省略）より連続的に測定されており、約
６００°〜８００℃の温度にまで上昇する。
【００３５】金型６ｃの外表面に堆積したＢＮ皮膜を所
謂ｃ−ＢＮ相を多量に含む皮膜とするためには、堆積膜
からの再スパッターを生じない限界付近の電圧（約３０
０Ｖ）にまで、金型６ｃのバイアス電圧を上昇させ、堆
積膜に混合作用を加える必要がある。この混合作用を増
強すると云う観点から、前記金型６ｃのバイアス電圧は
高周波例えば１３．５６ＭＨＺ程度のＲＦ自己バイアス
とし、イオンやＮ2 励起原子によってＢＮ皮膜に断続的
なたたき作用を加えるのが、膜品質（密着性やｃ−ＢＮ
相の量を増すこと）を高めるうえで好都合である。
謂ｃ−ＢＮ相を多量に含む皮膜とするためには、堆積膜
からの再スパッターを生じない限界付近の電圧（約３０
０Ｖ）にまで、金型６ｃのバイアス電圧を上昇させ、堆
積膜に混合作用を加える必要がある。この混合作用を増
強すると云う観点から、前記金型６ｃのバイアス電圧は
高周波例えば１３．５６ＭＨＺ程度のＲＦ自己バイアス
とし、イオンやＮ2 励起原子によってＢＮ皮膜に断続的
なたたき作用を加えるのが、膜品質（密着性やｃ−ＢＮ
相の量を増すこと）を高めるうえで好都合である。
【００３６】金型６ｃの表面に形成するＢＮ皮膜は、金
型表面側をｃ−ＢＮ相の皮膜とし、その上方にｈ−ＢＮ
相の皮膜を形成するのが望ましい。ｃ−ＢＮ相は熱伝導
性や機械的強度等に優れているからであり、また、ｈ−
ＢＮ相は潤滑性や平滑性に優れているからである。
型表面側をｃ−ＢＮ相の皮膜とし、その上方にｈ−ＢＮ
相の皮膜を形成するのが望ましい。ｃ−ＢＮ相は熱伝導
性や機械的強度等に優れているからであり、また、ｈ−
ＢＮ相は潤滑性や平滑性に優れているからである。
【００３７】また、ＢＮ皮膜の堆積速度は、そのスピー
ドが遅い方（例えば０．２〜０．５ｎｍ／ｓｅｃ）が、
ＢＮ皮膜の内部応力が圧縮応力性となり、皮膜の平滑化
及び金型６ｃ表面への密着性等の点で好都合である。
尚、ＢＮ皮膜の堆積速度を上昇させた場合には、ＢＮ皮
膜の内部応力が前記とは逆に引っ張り性の応力となり、
金型６ｃへの固着力が低下したり、膜質が粗になる等の
不都合を生ずることになる。しかし、金型６ｃの温度を
上昇例えば３００℃〜６００℃に上昇させることによ
り、前記引っ張り性の応力は圧縮性の応力に変化するた
め、金型６ｃの温度を上昇させることにより、ＢＮ皮膜
の堆積速度を上昇させて金型処理速度の向上を図りつ
つ、高品質のＢＮ皮膜を形成することができる。
ドが遅い方（例えば０．２〜０．５ｎｍ／ｓｅｃ）が、
ＢＮ皮膜の内部応力が圧縮応力性となり、皮膜の平滑化
及び金型６ｃ表面への密着性等の点で好都合である。
尚、ＢＮ皮膜の堆積速度を上昇させた場合には、ＢＮ皮
膜の内部応力が前記とは逆に引っ張り性の応力となり、
金型６ｃへの固着力が低下したり、膜質が粗になる等の
不都合を生ずることになる。しかし、金型６ｃの温度を
上昇例えば３００℃〜６００℃に上昇させることによ
り、前記引っ張り性の応力は圧縮性の応力に変化するた
め、金型６ｃの温度を上昇させることにより、ＢＮ皮膜
の堆積速度を上昇させて金型処理速度の向上を図りつ
つ、高品質のＢＮ皮膜を形成することができる。
【００３８】加えてＥＣＲプラズマの所謂シース作用、
即ち金型表面の凹凸部を円滑につつみ込む作用を制御す
ることにより、大きな凹凸のある金型表面であっても、
表面全体に比較的均一な厚みのＢＮ皮膜を容易に形成す
ることが可能となり、ボロン原子イオン流の陰となる部
分の皮膜厚さが小さくなったり、或いは膜形成が不均一
になることを防止することができる。尚、通常の金属鋳
造用金型に於いては、数ミクロンの厚さを有する離型処
理膜（ＢＮ皮膜）が形成されることになる。
即ち金型表面の凹凸部を円滑につつみ込む作用を制御す
ることにより、大きな凹凸のある金型表面であっても、
表面全体に比較的均一な厚みのＢＮ皮膜を容易に形成す
ることが可能となり、ボロン原子イオン流の陰となる部
分の皮膜厚さが小さくなったり、或いは膜形成が不均一
になることを防止することができる。尚、通常の金属鋳
造用金型に於いては、数ミクロンの厚さを有する離型処
理膜（ＢＮ皮膜）が形成されることになる。
【００３９】
【実施例１】直径約１５０ｍｍφ、長さ約３００ｍｍφ
のチャンバー１を用い、Ａｒ／Ｎ2＝１、マイクロ波入
力Ｐ＝３５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）、チャンバー１の作
動圧力２．４×１０-3ｔｏｒｒ、ターゲットは固体ボロ
ン（セラミックるつぼ…直径２０ｍｍ、深さ５ｍｍ）、
ターゲットバイアスはＤＣ＝２．５ＫＶとして、作動時
に於けるターゲットの温度とターゲットの抵抗率との関
係を調査した。その結果、赤外線放射温度計を用いた計
測によれば、ターゲット表面温度は約８００℃であり、
また、その時のボロンターゲットの抵抗率は約１０-1Ω
ｃｍであった。
のチャンバー１を用い、Ａｒ／Ｎ2＝１、マイクロ波入
力Ｐ＝３５０Ｗ（２．４５ＧＨｚ）、チャンバー１の作
動圧力２．４×１０-3ｔｏｒｒ、ターゲットは固体ボロ
ン（セラミックるつぼ…直径２０ｍｍ、深さ５ｍｍ）、
ターゲットバイアスはＤＣ＝２．５ＫＶとして、作動時
に於けるターゲットの温度とターゲットの抵抗率との関
係を調査した。その結果、赤外線放射温度計を用いた計
測によれば、ターゲット表面温度は約８００℃であり、
また、その時のボロンターゲットの抵抗率は約１０-1Ω
ｃｍであった。
【００４０】
【実施例２】ボロンターゲットのバイアスＤＣ１ｋＶ、
マイクロ波入力電力Ｐ２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）、金
型（高速度工具鋼２０ｍｍ×２０ｍｍ×厚さ２ｍｍ）の
バイアス（浮遊電圧）の条件下で、Ｎ2 ガスの分圧と金
型表面のＢＮ皮膜の堆積速度との関係を調査した。その
結果、Ｎ2 分圧比０．０２のときＢＮ皮膜堆積速度Ｖｆ
は約０．５ｎｍ／ｓｅｃ、Ｎ2 分圧比０．１のときＶｆ
＝約０．２ｎｍ／ｓｅｃであった（尚、Ａｒ／Ｎ2 混合
気体の全圧は２．４×１０-3ｔｏｒｒであり、Ｎ2 の分
圧／全圧をＮ2 分圧比とする）。ＢＮ皮膜堆積速度Ｖｆ
のＮ2 分圧比による変化は、主にボロンターゲットに入
射するイオン流速の変化を反映しているものと考えられ
る。
マイクロ波入力電力Ｐ２００Ｗ（２．４５ＧＨｚ）、金
型（高速度工具鋼２０ｍｍ×２０ｍｍ×厚さ２ｍｍ）の
バイアス（浮遊電圧）の条件下で、Ｎ2 ガスの分圧と金
型表面のＢＮ皮膜の堆積速度との関係を調査した。その
結果、Ｎ2 分圧比０．０２のときＢＮ皮膜堆積速度Ｖｆ
は約０．５ｎｍ／ｓｅｃ、Ｎ2 分圧比０．１のときＶｆ
＝約０．２ｎｍ／ｓｅｃであった（尚、Ａｒ／Ｎ2 混合
気体の全圧は２．４×１０-3ｔｏｒｒであり、Ｎ2 の分
圧／全圧をＮ2 分圧比とする）。ＢＮ皮膜堆積速度Ｖｆ
のＮ2 分圧比による変化は、主にボロンターゲットに入
射するイオン流速の変化を反映しているものと考えられ
る。
【００４１】
【実施例３】Ｎ2 分圧６×１０-4ｔｏｒｒ、マイクロ波
電力Ｐ＝２００Ｗ、Ａｒ／Ｎ2 混合ガスの全圧２．４×
１０-3ｔｏｒｒのとき、ターゲットのバイアス電圧ＤＣ
T とＢＮ皮膜の堆積速度Ｖｆとの関係を調査した。その
結果は、ＤＣT ＝０．６ＫＶのとき、Ｖｆ＝０．０４ｎ
ｍ／ｓｅｃ、ＶDCT ＝１．２ｋＶのときＶｆ＝０．２２
ｎｍ／ｓｅｃ、ＤＣT ＝１．５ｋＶのときＶｆ＝０．８
ｎｍ／ｓｅｃであり、ターゲットのバイアス電圧ＤＣT
の増加と共に、ＢＮ皮膜の堆積速度ｎｍ／ｓｅｃも増加
する。
電力Ｐ＝２００Ｗ、Ａｒ／Ｎ2 混合ガスの全圧２．４×
１０-3ｔｏｒｒのとき、ターゲットのバイアス電圧ＤＣ
T とＢＮ皮膜の堆積速度Ｖｆとの関係を調査した。その
結果は、ＤＣT ＝０．６ＫＶのとき、Ｖｆ＝０．０４ｎ
ｍ／ｓｅｃ、ＶDCT ＝１．２ｋＶのときＶｆ＝０．２２
ｎｍ／ｓｅｃ、ＤＣT ＝１．５ｋＶのときＶｆ＝０．８
ｎｍ／ｓｅｃであり、ターゲットのバイアス電圧ＤＣT
の増加と共に、ＢＮ皮膜の堆積速度ｎｍ／ｓｅｃも増加
する。
【００４２】
【実施例４】ＰＶＤプロセスによってＢＮ皮膜を合成す
る場合、ｃ−ＢＮ相皮膜を形成するためには、成長中の
ＢＮ皮膜に高エネルギーを有するイオンを同時に放射す
る必要がある。しかし、照射イオンのエネルギー値が過
大になれば、堆積物質が再スパッタされることになり、
ＢＮ皮膜の成長が停止する。前記照射イオンエネルギー
の限界値は、イオン種や照射イオンと堆積原子（ボロ
ン）の流束比に依存する。
る場合、ｃ−ＢＮ相皮膜を形成するためには、成長中の
ＢＮ皮膜に高エネルギーを有するイオンを同時に放射す
る必要がある。しかし、照射イオンのエネルギー値が過
大になれば、堆積物質が再スパッタされることになり、
ＢＮ皮膜の成長が停止する。前記照射イオンエネルギー
の限界値は、イオン種や照射イオンと堆積原子（ボロ
ン）の流束比に依存する。
【００４３】金型６ｃへ飛来するボロン原子の流束ＬB
は、一般にＬB ＝１０3 ＮA ・ρ・Ｒ／Ｍｍ（ｓ-1・ｍ
-2）として表わされる。但し、ＮA はアボガドロ数、ρ
はＢＮの密度（ｋｇ／ｍ3 ）、Ｒは堆積速度（ｍ／
ｓ）、ＭｍはＢＮの分子量（２４．８）である。また、
イオン流束Ｌｉの方は、Ｌｉ＝Ｉｓ／ｅＳ（ｓ-1・
ｍ-2）として表わされる。但し、Ｉｓは金型のバイアス
電流（Ａ）、ｅは素電荷量（Ｃ）、Ｓは金型外表面積
（ｍ2 ）である。金型にＤＣバイアスを印加し、シース
によってイオンを加速し、どの程度のバイアス値まで、
再スパッタ無しでＢＮ皮膜の成長が可能か否かを調査し
た。結果を、金型のバイパス電圧と、ボロン原子の流束
ＬB とイオン流束Ｌｉとの比Ｌｉ／ＬB との関係で示す
と、Ｌｉ／ＬB の値が１０1 〜１０2 程度と高い場合に
は、ＢＮ皮膜が成長するためには金型のバイアスをＤＣ
３００Ｖ以下にする必要のあることが判明した。また、
金型に到達するボロン原子の流束を増加させるか、或い
はイオン流束Ｌｉを減少させることが、イオン照射エネ
ルギーの制御範囲を広げるために必要であることが判明
した。
は、一般にＬB ＝１０3 ＮA ・ρ・Ｒ／Ｍｍ（ｓ-1・ｍ
-2）として表わされる。但し、ＮA はアボガドロ数、ρ
はＢＮの密度（ｋｇ／ｍ3 ）、Ｒは堆積速度（ｍ／
ｓ）、ＭｍはＢＮの分子量（２４．８）である。また、
イオン流束Ｌｉの方は、Ｌｉ＝Ｉｓ／ｅＳ（ｓ-1・
ｍ-2）として表わされる。但し、Ｉｓは金型のバイアス
電流（Ａ）、ｅは素電荷量（Ｃ）、Ｓは金型外表面積
（ｍ2 ）である。金型にＤＣバイアスを印加し、シース
によってイオンを加速し、どの程度のバイアス値まで、
再スパッタ無しでＢＮ皮膜の成長が可能か否かを調査し
た。結果を、金型のバイパス電圧と、ボロン原子の流束
ＬB とイオン流束Ｌｉとの比Ｌｉ／ＬB との関係で示す
と、Ｌｉ／ＬB の値が１０1 〜１０2 程度と高い場合に
は、ＢＮ皮膜が成長するためには金型のバイアスをＤＣ
３００Ｖ以下にする必要のあることが判明した。また、
金型に到達するボロン原子の流束を増加させるか、或い
はイオン流束Ｌｉを減少させることが、イオン照射エネ
ルギーの制御範囲を広げるために必要であることが判明
した。
【００４４】
【実施例５】ＥＳＣＡ（Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ Ｓｐｅｃ
ｔｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｎａ
ｌｙｓｉｓ）によりＢＮ皮膜の分析を行なった。即ち、
Ｎ2 分圧６×１０-4ｔｏｒｒ、マイクロ波入力電力２０
０Ｗ、金型電位（浮遊電位）の条件で形成したＢＮ皮膜
をＥＳＣＡによりスペクトル分析した。その結果、ＢＮ
皮膜中のＢとＮの比はＢ／Ｎ＝１となっていることが判
明した。即ち、Ｎ2 の分圧が全圧の１／４程度であって
も、Ｂ／Ｎの組成比は１に近くなることが判った。
ｔｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｎａ
ｌｙｓｉｓ）によりＢＮ皮膜の分析を行なった。即ち、
Ｎ2 分圧６×１０-4ｔｏｒｒ、マイクロ波入力電力２０
０Ｗ、金型電位（浮遊電位）の条件で形成したＢＮ皮膜
をＥＳＣＡによりスペクトル分析した。その結果、ＢＮ
皮膜中のＢとＮの比はＢ／Ｎ＝１となっていることが判
明した。即ち、Ｎ2 の分圧が全圧の１／４程度であって
も、Ｂ／Ｎの組成比は１に近くなることが判った。
【００４５】
【実施例６】ＦＴ−ＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｓｆ
ｏｒｍ−Ｉｎｆｒａ Ｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐ
ｙ）によるＢＮ皮膜の相の同定を行なった。即ちＢＮに
おけるＳＰ2 結合とＳＰ3 結合での赤外の吸収帯の違い
を利用して、所謂反射法によりＢＮ皮膜の相同定を行な
った。図２はその結果を示すものであり、曲線Ａは金型
６ｃのバイアスを浮遊電位とした場合、また曲線Ｂ1 及
びＢ2 は金型バイアスをＤＣ３００Ｖ及びＤＣ３００以
上としたときのＢＮ皮膜のＦＴ−ＩＲスペクトルを示す
ものである。曲線Ｂ1及びＢ2 には、ＳＰ3 結合による
吸収ピーク（１０６０ｃｍ-1）が明らかに見られる。
尚、曲線Ｂ1 では約６０％程度のｃ−ＢＮが、また、曲
線Ｂ2 では約８０％程度のｃ−ＢＮが得られていること
が確認されている。当該実施例６から、ボロン・イオン
流束比を改善することによって高エネルギーイオンの照
射を可能にすること、及びＲＦバイアス方式により断続
的に金型表面へのイオン照射エネルギーを制御すること
により、ＢＮ皮膜の中のｃ−ＢＮ相の成分を高めること
が可能になることが示されている。
ｏｒｍ−Ｉｎｆｒａ Ｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐ
ｙ）によるＢＮ皮膜の相の同定を行なった。即ちＢＮに
おけるＳＰ2 結合とＳＰ3 結合での赤外の吸収帯の違い
を利用して、所謂反射法によりＢＮ皮膜の相同定を行な
った。図２はその結果を示すものであり、曲線Ａは金型
６ｃのバイアスを浮遊電位とした場合、また曲線Ｂ1 及
びＢ2 は金型バイアスをＤＣ３００Ｖ及びＤＣ３００以
上としたときのＢＮ皮膜のＦＴ−ＩＲスペクトルを示す
ものである。曲線Ｂ1及びＢ2 には、ＳＰ3 結合による
吸収ピーク（１０６０ｃｍ-1）が明らかに見られる。
尚、曲線Ｂ1 では約６０％程度のｃ−ＢＮが、また、曲
線Ｂ2 では約８０％程度のｃ−ＢＮが得られていること
が確認されている。当該実施例６から、ボロン・イオン
流束比を改善することによって高エネルギーイオンの照
射を可能にすること、及びＲＦバイアス方式により断続
的に金型表面へのイオン照射エネルギーを制御すること
により、ＢＮ皮膜の中のｃ−ＢＮ相の成分を高めること
が可能になることが示されている。
【００４６】
【実施例７】一端を固定した短冊型のモリブデン基板上
に［実施例１］と同じ条件下でＢＮ皮膜を形成し、形成
過程で発生する皮膜の内部応力による基板の曲りを、光
てこ法を用いてその場測定し、膜厚に対するＢＮ皮膜の
内部応力及び全応力を測定した。その結果、皮膜堆積速
度が０．０６〜０．３ｎｍ／ｓｅｃと小さい場合には、
内部応力は圧縮応力となること、また、皮膜堆積速度が
０．３５〜０．６ｎｍ／ｓｅｃと大きい場合には内部応
力が引っ張り応力になること、更に、基板の温度が３０
０℃〜４００℃以上になると、引っ張り性の内部応力が
圧縮性の内部応力に転換することが、夫々判明した。
尚、形成中の膜厚は水晶振動式膜厚計によって測定をし
た。
に［実施例１］と同じ条件下でＢＮ皮膜を形成し、形成
過程で発生する皮膜の内部応力による基板の曲りを、光
てこ法を用いてその場測定し、膜厚に対するＢＮ皮膜の
内部応力及び全応力を測定した。その結果、皮膜堆積速
度が０．０６〜０．３ｎｍ／ｓｅｃと小さい場合には、
内部応力は圧縮応力となること、また、皮膜堆積速度が
０．３５〜０．６ｎｍ／ｓｅｃと大きい場合には内部応
力が引っ張り応力になること、更に、基板の温度が３０
０℃〜４００℃以上になると、引っ張り性の内部応力が
圧縮性の内部応力に転換することが、夫々判明した。
尚、形成中の膜厚は水晶振動式膜厚計によって測定をし
た。
【００４７】
【発明の効果】本発明に於いては、プラズマ源として所
謂ＥＣＲプラズマを用いているため、従前のスパッタ機
構（又は蒸着機構）と蒸着層へのイオン照射機構とを夫
々独立にチャンバー内に設ける必要が無い。その結果、
ＢＮ皮膜形成装置の構造の単純化が図れると共に、大型
の金型であっても、金型表面全体に均一な厚みのＢＮ皮
膜を形成することが可能となる。
謂ＥＣＲプラズマを用いているため、従前のスパッタ機
構（又は蒸着機構）と蒸着層へのイオン照射機構とを夫
々独立にチャンバー内に設ける必要が無い。その結果、
ＢＮ皮膜形成装置の構造の単純化が図れると共に、大型
の金型であっても、金型表面全体に均一な厚みのＢＮ皮
膜を形成することが可能となる。
【００４８】また、本発明に於いては、金型に少なくと
も３００ＶのＤＣバイアス電圧又は高周波のＲＦ直流バ
イアス電圧を印加することにより、比較的容易に且つ確
実に、ｃ−ＢＮ相を多量に含むＢＮ皮膜を形成すること
ができ、従前のＢＮ皮膜形成方法に比較して、実用化を
確実に図ることができる。本発明は上述の通り優れた実
用的効用を奏するものである。
も３００ＶのＤＣバイアス電圧又は高周波のＲＦ直流バ
イアス電圧を印加することにより、比較的容易に且つ確
実に、ｃ−ＢＮ相を多量に含むＢＮ皮膜を形成すること
ができ、従前のＢＮ皮膜形成方法に比較して、実用化を
確実に図ることができる。本発明は上述の通り優れた実
用的効用を奏するものである。
【図１】本発明の実施に使用する金型の離型膜形成装置
の概要を示す説明図である。
の概要を示す説明図である。
【図２】本発明により形成したＢＮ皮膜のＦＴ−ＩＲス
ペクトルを示すものである。
ペクトルを示すものである。
１は処理槽（チャンバー）、２は混合ガス供給口、３は
マイクロ波入射窓、４は排気口、５はボロンターゲット
支持装置、５ａはるつぼ、５ｂは支持架台、５ｃは粉体
状固体ボロン、６は金型支持装置、６ａは金型支持架
台、６ｂは架台の回動・傾動駆動部、６ｃは金型、７は
ボロンターゲットのバイアス電源、８は金型のバイアス
電源、９・１０はプラズマ輸送用磁場コイル、１１はマ
イクロ波供給部、１２は窒素ガス供給源、１３はアルゴ
ンガス供給源、１４・１５はマスフローコントローラ、
１６はガス混合部、１７はターボ分子ポンプ。
マイクロ波入射窓、４は排気口、５はボロンターゲット
支持装置、５ａはるつぼ、５ｂは支持架台、５ｃは粉体
状固体ボロン、６は金型支持装置、６ａは金型支持架
台、６ｂは架台の回動・傾動駆動部、６ｃは金型、７は
ボロンターゲットのバイアス電源、８は金型のバイアス
電源、９・１０はプラズマ輸送用磁場コイル、１１はマ
イクロ波供給部、１２は窒素ガス供給源、１３はアルゴ
ンガス供給源、１４・１５はマスフローコントローラ、
１６はガス混合部、１７はターボ分子ポンプ。
Claims (5)
- 【請求項１】 磁場コイルとマイクロ波供給部と窒素ガ
スと希ガスの混合ガスの供給部とを備えた真空処理槽の
内部に、粉体状の固体ボロンターゲットを配設すると共
に、前記磁場コイルとマイクロ波供給部からの電磁エネ
ルギーを用いた電子サイクロトロン共鳴法により前記混
合ガスを電離して真空処理槽内にＥＣＲプラズマを生成
し、プラズマイオンによって固体ボロンターゲットから
スパッターさせたボロン原子を真空処理槽内に配設した
金型の表面に固着推積させ、金型表面に窒化ほう素皮膜
を形成するようにしたことを特徴とするＥＣＲプラズマ
を用いた反応性スパッタリングによる金型の離型処理方
法。 - 【請求項２】 希ガスをアルゴンガスに、固体ボロンを
高純度の固体ボロンにすると共に、固体ボロンターゲッ
トに高電圧のＤＣバイアス電圧を印加し、更に金型に少
なくともＤＣ３００Ｖのバイアス電圧又は高周波のＲＦ
バイアス電圧を印加するようにした請求項１に記載のＥ
ＣＲプラズマを用いた反応性スパッタリングによる金型
の離型処理方法。 - 【請求項３】 先ず、金型に少なくとも３００Ｖの高周
波のＲＦバイアス電圧を印加した状態でＢＮ皮膜を形成
し、金型表面にｃ−ＢＮ相を多く含むＢＮ皮膜を形成し
たあと、金型のバイアス電圧を減少させ、前記ｃ−ＢＮ
相を多く含んだＢＮ皮膜の上にｈ−ＢＮ相のＢＮ皮膜を
形成するようにした請求項１に記載のＥＣＲプラズマを
用いた反応性スパッタリングによる金型の離型処理方
法。 - 【請求項４】 先ず金型にｈ−ＢＮを多く含むＢＮ皮膜
を形成したあと、金型に少なくとも３００Ｖの高周波の
ＲＦバイアス電圧を印加して、前記ＢＮ皮膜の上にｃ−
ＢＮ相を多く含むＢＮ皮膜を形成し、その後金型のバイ
アス電圧を減少させて、前記ｃ−ＢＮ相を多く含むＢＮ
皮膜の上にｈ−ＢＮ相のＢＮ皮膜を形成するようにした
請求項１に記載のＥＣＲプラズマを用いた反応性スパッ
タリングによる金型の離型処理方法。 - 【請求項５】 混合ガス内の窒素ガスの分圧を調整する
ことにより金型表面へのＢＮ皮膜の堆積速度を制御し、
金型表面に近い部分のＢＮ皮膜ほど、その堆積速度を小
さくするようにした請求項１に記載のＥＣＲプラズマを
用いた反応性スパッタリングによる金型の離型処理方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00360399A JP4294138B2 (ja) | 1999-01-11 | 1999-01-11 | Ｅｃｒプラズマを用いた反応性スパッタリングによる金型の離型処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00360399A JP4294138B2 (ja) | 1999-01-11 | 1999-01-11 | Ｅｃｒプラズマを用いた反応性スパッタリングによる金型の離型処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000202570A true JP2000202570A (ja) | 2000-07-25 |
| JP4294138B2 JP4294138B2 (ja) | 2009-07-08 |
Family
ID=11562078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00360399A Expired - Fee Related JP4294138B2 (ja) | 1999-01-11 | 1999-01-11 | Ｅｃｒプラズマを用いた反応性スパッタリングによる金型の離型処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4294138B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011168848A (ja) * | 2010-02-19 | 2011-09-01 | Nagaoka Univ Of Technology | 窒化ホウ素皮膜 |
| KR20180114329A (ko) * | 2017-04-10 | 2018-10-18 | 박순옥 | 입방정계 질화붕소(cBN) 박막의 합성 방법 |
-
1999
- 1999-01-11 JP JP00360399A patent/JP4294138B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011168848A (ja) * | 2010-02-19 | 2011-09-01 | Nagaoka Univ Of Technology | 窒化ホウ素皮膜 |
| KR20180114329A (ko) * | 2017-04-10 | 2018-10-18 | 박순옥 | 입방정계 질화붕소(cBN) 박막의 합성 방법 |
| KR101930812B1 (ko) | 2017-04-10 | 2019-03-11 | 박순옥 | 입방정계 질화붕소(cBN) 박막의 합성 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4294138B2 (ja) | 2009-07-08 |
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