JP2001192825A

JP2001192825A - Ｒｆバイアス式ｅｃｒスパッタリング金型離型処理方法

Info

Publication number: JP2001192825A
Application number: JP2000007257A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nishikawa; 雅弘西川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-01-17
Filing date: 2000-01-17
Publication date: 2001-07-17

Abstract

(57)【要約】【課題】鋳造用の金型の表面に、ｃ−ＢＮ相リッチ又
はｈ−ＢＮ相リッチな離型処理用のＢＮ被膜を簡単に選
択的または重層的に形成でき、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と離型処理をする
金型を配設し、この金型に高周波のＲＦバイアス電圧又
はパルス状ＲＦバイアス電圧を印加して金型を負極とす
る自己バイアス電圧を生起させ、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
子を前記金型の表面に固着堆積させ、自己バイアス電圧
やパルス周期を可変することにより、金型表面にｃ−Ｂ
Ｎ相リッチ又はｈ−ＢＮ相リッチな窒素ホウ素被膜を選
択的又は重層的に形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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被膜（以下、
ＢＮ皮膜と呼ぶ）を、ＲＦバイアス式のＥＣＲスパッタ
リングによっ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ウム合
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等、金型
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被膜（窒化硼素被膜）を
形成し、当該ＢＮ被膜を従前の離型剤から成る離型用被
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
る。ｈ−ＢＮ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。

【０００６】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。例えば、特公平２−５９８６３
号、特開平５−１６３０２７号、特開平７−１０２３６
０号、特公平２−５９８６３号、特開平５−１６３０２
７号及び特開平７−１０２３６０号等がある。

【０００７】これらの被膜形成方法はいずれも技術的に
優れたものであるが、解決すべき多くの問題点も残され
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、被膜形成装置の
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。

【０００８】また、上記従前の被膜形成技術では、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被膜を形成する
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被膜を
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。

【０００９】そこで、本発明者は、これらの従来技術の
欠点を解消するために、特願平１１−３６０３号により
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案した。

【００１０】この金型離型処理方法は、窒素ガスと希ガ
スの混合ガスを電子サイクロトロン共鳴法により電離し
て真空処理槽内にＥＣＲプラズマを生成し、このプラズ
マイオンにより固体ボロンターゲットからボロン原子を
スパッターさせ、この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、この金型を負極とする
ようにＤＣＦバイアス電圧又は高周波のＲＦバイアス電
圧を印加し、このバイアス電圧により窒素イオンを金型
に固着堆積させ、ボロン原子と窒素原子が反応して金型
表面にＢＮ皮膜を形成させることを特徴としている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法にも不十分な点がある。印加電圧がＤＣバイアス電圧
のとき、金型は負極であるから、プラズマイオンの内、
窒素イオンと不活性ガスイオンが金型に衝突する。一般
にＢＮ物質は絶縁性が高いため、陽イオンが堆積すると
電荷の逃げ場がないために金型表面がプラズマにチャー
ジアップし、衝突しようとする陽イオンを逆に反発する
ことになる。従って、金型表面のＢＮ被膜が薄くなった
り、剥れやすくなる等の欠点がある。

【００１２】このＤＣバイアス電圧の弱点を解消するた
めに、高周波のＲＦバイアス電圧を印加する方式を開発
した。ＲＦバイアス電圧は交流であるから、金型表面の
チャージアップの問題は解決できる。しかし、次のよう
な問題が生じる。

【００１３】高周波のＲＦバイアス電圧を金型に印加す
ると、陽イオンと電子の質量差に基づく易動度の相違か
ら、金型表面の平均電位がゼロからマイナス側に移動
し、この平均電位の移動量を自己バイアス電圧と呼んで
いる。

【００１４】自己バイアス電圧によって金型表面は負極
となり、この金型表面に陽イオンが衝突する。この自己
バイアス電圧はＤＣバイアスと同様の作用をするが、自
己バイアス電圧の大きさとｃ−ＢＮ相やｈ−ＢＮ相の生
成との関係は明らかではなかった。つまり、自己バイア
ス電圧の大きさが幾らのときに、ｃ−ＢＮ相が主に（ｃ
−ＢＮ相リッチと云う）作られ、またｈ−ＢＮ相が主に
（ｈ−ＢＮ相リッチと云う）作られるのかが明白ではな
かった。

【００１５】更に、高周波ＲＦバイアスの場合には、陽
イオンが絶えず金型表面に衝突堆積するため、形成され
るＢＮ被膜に内部応力が蓄積される場合が多い。内部応
力には圧縮性と引張性の２種があるが、いずれにしても
内部応力が蓄積されるとＢＮ被膜が金型から剥離した
り、ＢＮ被膜自体が細かく破断したりする等の問題があ
る。

【００１６】また、高周波ＲＦバイアスの場合には、金
型表面に陽イオンが連続衝突するため、到着する陽イオ
ンが多い反面、堆積していたＢ原子やＮ原子を再放出さ
せる確率が高かった。従って、ＢＮ被膜の成膜速度を高
める改良方法が求められていた。

【００１７】

【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と離型処理をする金型を配設し、こ
の金型に高周波のＲＦバイアス電圧を印加して金型を負
極とする自己バイアス電圧を生起させ、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
ロン原子を前記金型の表面に固着堆積させ、このボロン
原子と前記自己バイアス電圧により金型に堆積する窒素
イオンとが反応して金型表面に窒化ほう素膜を形成し、
前記自己バイアス電圧が１００〜２５０Ｖのときに窒化
ほう素膜がＣ−ＢＮ相リッチとなり、また自己バイアス
電圧が０〜１００Ｖのときに窒化ほう素膜がｈ−ＢＮ相
リッチとなることを特徴とするＲＦバイアス式ＥＣＲス
パッタリングによる金型離型処理方法である。

【００１８】請求項２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
トと離型処理をする金型を配設し、この金型に高周波の
パルス状ＲＦバイアス電圧を印加して金型を負極とする
パルス状自己バイアス電圧を作用させ、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、このボロン原子と前記パルス状自己バイアス電
圧により金型に堆積する窒素イオンとが反応して金型表
面に窒素ほう素膜を形成し、前記パルス状自己バイアス
電圧とパルス周期を可変して金型上の窒化ほう素被膜を
ｃ−ＢＮ相リッチまたはｈ−ＢＮ相リッチに制御するこ
とを特徴とするＲＦバイアス式ＥＣＲスパッタリングに
よる金型離型処理方法である。

【００１９】請求項３の発明は、前記パルス状自己バイ
アス電圧を１００〜３００（Ｖ）の範囲およびパルス周
期を１０（ｍｓ）〜１０（ｓ）の範囲で可変するとき、
ｃ−ＢＮ相リッチになる領域は特定のパルス状自己バイ
アス電圧に対し０〜Ｔm （ｓ）の範囲のパルス周期で与
えられ、ｈ−ＢＮ相リッチになる領域はＴm （ｓ）〜１
０（ｓ）の範囲のパルス周期で与えられ、境界周期のＴ
m はパルス状自己バイアス電圧が増大するに従い増大す
る傾向にある請求項２記載の金型離型処理方法である。

【００２０】請求項４の発明は、まず金型にｃ−ＢＮ相
リッチなＢＮ被膜を形成し、この上にｈ−ＢＮ相リッチ
なＢＮ被膜を形成する請求項１又は２記載の金型剥離処
理方法である。

【００２１】請求項５の発明は、まず金型にｈ−ＢＮ相
リッチなＢＮ被膜を形成し、この上にｃ−ＢＮ相リッチ
なＢＮ被膜を形成し、更にその上にｈ−ＢＮ相リッチな
ＢＮ被膜を形成した請求項１又は２記載の金型離型処理
方法である。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明は、金型にＲＦバイアス電
圧を印加した場合に生起する自己バイアス電圧とこれに
より形成されるＢＮ被膜の結晶相との関係を研究した結
果、自己バイアス電圧が０〜１００（Ｖ）のときにＢＮ
被膜はｈ−ＢＮ相リッチになり、自己バイアス電圧が１
００〜２５０（Ｖ）のときにＢＮ被膜はｃ−ＢＮ相リッ
チになることを知得するに到った。

【００２３】また、高周波ＲＦバイアスの場合における
ＢＮ被膜中の内部応力の蓄積やＢ・Ｎ原子の再放出を防
止するために、高周波のＲＦバイアスをパルス化したパ
ルス状バイアスが効果的であることを発見するに到っ
た。つまり、パルスのオン状態のときにＢＮ被膜を成長
させ、パルスのオフ状態のときに内部応力の解消を図
り、再放出を防止することができる。このパルスの繰り
返しにより高性能のＢＮ被膜を形成しようとするもので
ある。

【００２４】これらの知見に基づいて本発明を完成した
ものであり、以下、図面に従っ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ＲＦ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。

【００２５】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。

【００２６】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５ｃ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。

【００２７】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、チャン
バー１の内容積との相対関係があるだけで、離型膜形成
の点からの技術的な制約は無い。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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１００Ｗ〜１０ｋＷ程度の間に適宜に選定
される。

【００３１】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
１００〜５０００ｌ／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^-7Ｔｏｒｒ程度の真空度にまで排気され
る。

【００３２】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Ｅ
ＣＲプラズマ源であり、電子サイクロトロン共鳴法（Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎ
ｃｅ：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のイ
オン、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、前記バイ
アス用電源によりボロンターゲット５ｃに衝突し、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、金型６ｃの
表面に順次固着・堆積し、これによってＢＮ被膜が形成
されて行くことになる。

【００３３】本発明の特徴である金型バイアス用電源８
としては高周波のＲＦバイアス電源が用いられ、例えば
周波数が１３．５６ＭＨｚで振幅が１００〜５００Ｖの
高周波である。この金型バイアス用電源８は、プラズマ
イオンであるＮ₂ ⁺やＡｒ⁺を電気引力により金型表面
に衝突・堆積させる作用をする。その結果、前述したＢ
原子とＮ原子が反応してＢＮ被膜を金型表面に形成す
る。特に、前記ＲＦバイアス電源が高周波交流を用いて
いる理由は、金型６ｃの表面に形成されたＢＮ堆積被膜
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、被膜密度を高める効果を奏する
からである。

【００３４】本発明で利用されるＲＦバイアス電源に
は、連続作用（ＣＷ）をするＲＦバイアス電源とパルス
波としてのパルス状ＲＦバイアス電源がある。これらの
電源は金型支持装置６とアース間に介裝される。ＲＦバ
イアス電圧自体は高周波の交流であるが、金型６ｃの表
面電位Ｖspはマイナス側にシフトした交流となる。

【００３５】図２は連続作用（ＣＷ）をするＲＦバイア
ス電圧を印加した場合の金型表面電位Ｖspの波形であ
る。また、図３はパルス状ＲＦバイアス電圧を印加した
場合の金型表面電位Ｖspの波形である。

【００３６】図２および図３において、金型表面電位Ｖ
spの振動中心をマイナス量として自己バイアス電圧Ｖｓ
と呼び、その絶対値を自己バイアス電圧Ｖｓという。ど
ちらも記号Ｖｓを用いるが正負で区別する。この自己バ
イアスが生じる理由はプラズマと交周波との相互作用で
あり、更に詳しく言えば、イオンと電子の質量差による
易動度の相違が原因である。

【００３７】この自己バイアス電圧Ｖs の結果、金型表
面が負極となり、プラズマ中のＮ₂ ⁺イオンやＡｒ⁺イ
オンが金型表面に電気引力で堆積し、スパッターにより
飛来するＢ原子と反応して、ＢＮ被膜が金型表面に形成
される。

【００３８】交流としてのＲＦバイアス電圧の振幅Ｖｏ
と周波数ｆの大きさは、イオンによるＢＮ被膜へのたた
き作用に関係する。連続作用（ＣＷ）ではイオンがＢＮ
被膜上に絶えず堆積するため、ＢＮ被膜中の内部応力が
解消されないまま被膜形成が進行することが多い。その
結果、完成した被膜が金型から応力剥離することがあ
る。

【００３９】図３に示すパルス状ＲＦバイアス電圧で
は、パルスのオン状態ではイオンの堆積が生じるが、パ
ルスのオフ状態ではイオンの堆積はほとんどない。従っ
て、オフ状態にＢＮ被膜中で原子の再配置が生じ、内部
応力が解消されることが期待できる。また、オフ状態で
はイオン衝突がないからＢ・Ｎ原子の再放出が抑制さ
れ、結果的に堆積速度が速くなることも期待できる。

【００４０】これらの効果はパルス周期Ｔｐやデューテ
ィー比τ／Ｔｐ（τ：オン時間）にも依存する。特に、
形成されるＢＮ被膜の結晶相に、前記自己バイアス電位
Ｖｓとパルス周期Ｔｐが大きく影響することが分かっ
た。特に自己バイアス電位Ｖｓは、連続作用およびパル
ス作用の両者において結晶相への影響が大きい。

【００４１】図４は、種々の条件において作成されたＢ
Ｎ被膜のＦＴ−ＩＲスペクトルを示す。ＦＴ−ＩＲ法は
ＢＮ被膜の赤外分光法で、赤外領域の透過光の波数分布
を与える。７８０ｃｍ^-1と１４００ｃｍ^-1の吸収はｈ−
ＢＮ相による振動吸収に相当し、ｈ−ＢＮ相が形成され
ていることを意味する。また、１０６０ｃｍ^-1の吸収は
ｃ−ＢＮ相による吸収に相当し、ｃ−ＢＮ相が形成され
ていることを意味する。両者が混在している場合には吸
収量の深さからｃ−ＢＮ相リッチ又はｈ−ＢＮ相リッチ
が判定される。

【００４２】図４において、まず連続作用（ＣＷ）から
考察する。この場合にはパルス周期Ｔｐ＝０と表記して
いる。自己バイアス電位Ｖｓが−１７５Ｖおよび−２５
０Ｖでｃ−ＢＮ相リッチであるが、Ｖｓ＝３００Ｖでは
ｃ−ＢＮにもｈ−ＢＮにもなってないことが分かる。つ
まり、Ｖｓ＝３００Ｖになると、Ｂ原子やＮ原子の再放
出が激しくなり、ＢＮ被膜が形成されなくなることが分
かった。

【００４３】本発明者は更に研究を重ね、Ｖｓ＝０〜１
００Ｖではｈ−ＢＮ相リッチであり、Ｖｓ＝１００〜−
２５０Ｖではｃ−ＢＮ相リッチであり、これ以外ではＢ
Ｎ被膜形成が困難であることを究明した。このように、
連続作用においては、自己バイアス電位を調整すること
により、ｃ−ＢＮ相リッチ又はｈ−ＢＮ相リッチにＢＮ
被膜を制御できる。

【００４４】次に、図４におけるパルス作用を考察す
る。デューディー比は１／２である。Ｖｓ＝−１７５Ｖ
では、Ｔｐ＝２０ｍｓではｃ−ＢＮ相リッチであるが、
Ｔｐ＝１ｓではｈ−ＢＮ相リッチである。Ｖｓ＝−２５
０Ｖでは、Ｔｐ＝２０ｍｓおよび１ｓでｃ−ＢＮ相リッ
チである。また、Ｖｓ＝−３００Ｖでは、Ｔｐ＝２０ｍ
ｓおよび１ｓでｃ−ＢＮ相リッチである。

【００４５】これらの傾向を更に詳細に検討した結果、
図５に示すようなパルス周期と自己バイアス電圧の関係
図を得るに到った。図５では自己バイアス電圧ではなく
自己バイアス電圧を用いているため、Ｖｓはプラス量で
表現されている。

【００４６】想像線が境界周期Ｔm を与え、これを境界
として下方の斜線部がｃ−ＢＮ相リッチな領域、上方の
空白部がｈ−ＢＮ相リッチな領域を与える。パルス作用
では自己バイアス電圧が２５０Ｖを越えてもＢＮ被膜が
形成されることが分かる。また、１７５Ｖより小さい領
域ではＴｐ≦２０ｍｓがｃ−ＢＮ相リッチを与える。

【００４７】一般的傾向としては、自己バイアス電圧Ｖ
ｓが増加するにつれて境界周期Ｔmも増加する。従っ
て、自己バイアス電圧Ｖｓが与えられたときには、ｃ−
ＢＮ相リッチな領域は０−Ｔm （ｓ）であり、ｈ−ＢＮ
相リッチな領域はＴm 〜１０（ｓ）である。このように
して、自己バイアス電圧Ｖｓとパルス周期Ｔｐを設定す
ることによりＢＮ結晶相をｃ−ＢＮ相リッチやｈ−ＢＮ
相リッチに制御することができる。

【００４８】前述したように、ｃ−ＢＮ相リッチなＢＮ
被膜は高硬度であるため耐摩耗剤となり、またｈ−ＢＮ
相リッチＢＮ被膜は高摺動性のために固体潤滑剤として
用いられる。

【００４９】従って、金型表面にまずｃ−ＢＮ相リッチ
なＢＮ被膜を形成し、その上にｈ−ＢＮ相リッチなＢＮ
被膜を形成すれば、潤滑剤を有すると同時に耐摩耗性を
有する金型を提供することができる。

【００５０】また、金型表面にまずｈ−ＢＮ相リッチな
ＢＮ被膜を形成し、その上にｃ−ＢＮ相リッチなＢＮ被
膜を重ね、更にその上層にｈ−ＢＮ相リッチなＢＮ被膜
を形成しても、潤滑性と耐摩耗性を併有した金型を提供
できる。

【００５１】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種
々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含す
るものである。

【００５２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、連続作用のＲ
Ｆバイアス電圧を印加して、その自己バイアス電圧を調
整することにより、金型上にｃ−ＢＮ相リッチ又はｈ−
ＢＮ相リッチなＢＮ被膜を自在に選択的に形成すること
ができる。

【００５３】請求項２の発明によれば、パルス作用のＲ
Ｆバイアス電圧を印加して、その自己バイアス電圧とパ
ルス周期を可変することにより、金型上にｃ−ＢＮ相リ
ッチ又はｈ−ＢＮ相リッチなＢＮ被膜を自在に制御しな
がら形成できる。

【００５４】請求項３の発明によれば、パルス作用のＲ
Ｆバイアス電圧を作用して、その自己バイアス電圧とパ
ルス周期を具体的数値の下に可変することにより、金型
上にｃ−ＢＮ相リッチ又はｈ−ＢＮ相リッチなＢＮ被膜
を自在に制御しながら形成できる。

【００５５】請求項４および５の発明によれば、金型に
潤滑性と耐摩耗性の両性能を付与することができ、金型
の高性能化に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に係る金型用離型膜形成装置の断
面概要図である。

【図２】連続作用（ＣＷ）をするＲＦバイアス電圧によ
る金型表面電位Ｖspの波形図である。

【図３】パルス状ＲＦバイアス電圧による金型表面電位
Ｖspの波形図である。

【図４】種々の条件下で作成されたＢＮ被膜のＦＴ−Ｉ
Ｒスペクトル図である。

【図５】パルス周期と自己バイアス電圧の関係図であ
る。

【符号の説明】

１はチャンバー、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装置、５ａ
はるつぼ、５ｂは支持台、５ｃは固体ボロン、６は金型
支持装置、６ａは金型保持架台、６ｂは駆動部、６ｃは
金型、７はボロンターゲット用バイアス電源、８は金型
用ＲＦ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Ｎ₂供給源、１
３はＡｒ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、Ｖｓ
は自己バイアス電圧または自己バイアス電位、Ｔｐはパ
ルス周期、τはパルスオン部、ＶｏはＲＦ振幅、Ｖspは
金型表面電位。

Claims

【特許請求の範囲】

【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と離型処理をす
る金型を配設し、この金型に高周波のＲＦバイアス電圧
を印加して金型を負極とする自己バイアス電圧を生起さ
せ、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前記金型の表面に固着堆
積させ、このボロン原子と前記自己バイアス電圧により
金型に堆積する窒素イオンとが反応して金型表面に窒化
ほう素膜を形成し、前記自己バイアス電圧が１００〜２
５０Ｖのときに窒化ほう素膜がＣ−ＢＮ相リッチとな
り、また自己バイアス電圧が０〜１００Ｖのときに窒化
ほう素膜がｈ−ＢＮ相リッチとなることを特徴とするＲ
Ｆバイアス式ＥＣＲスパッタリングによる金型離型処理
方法。
【請求項２】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と離型処理をす
る金型を配設し、この金型に高周波のパルス状ＲＦバイ
アス電圧を印加して金型を負極とするパルス状自己バイ
アス電圧を作用させ、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ＥＣ
Ｒ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、このボロ
ン原子と前記パルス状自己バイアス電圧により金型に堆
積する窒素イオンとが反応して金型表面に窒素ほう素膜
を形成し、前記パルス状自己バイアス電圧とパルス周期
を可変して金型上の窒化ほう素皮膜をｃ−ＢＮ相リッチ
またはｈ−ＢＮ相リッチに制御することを特徴とするＲ
Ｆバイアス式ＥＣＲスパッタリングによる金型離型処理
方法。
【請求項３】前記パルス状自己バイアス電圧を１００
〜３００（Ｖ）の範囲およびパルス周期を１０（ｍｓ）
〜１０（ｓ）の範囲で可変するとき、ｃ−ＢＮ相リッチ
になる領域は特定のパルス状自己バイアス電圧に対し０
〜Ｔm （ｓ）の範囲のパルス周期で与えられ、ｈ−ＢＮ
相リッチになる領域はＴm （ｓ）〜１０（ｓ）の範囲の
パルス周期で与えられ、境界周期のＴm はパルス状自己
バイアス電圧が増大するに従い増大する傾向にある請求
項２記載の金型離型処理方法。
【請求項４】まず金型にｃ−ＢＮ相リッチなＢＮ被膜
を形成し、この上にｈ−ＢＮ相リッチなＢＮ被膜を形成
する請求項１又は２記載の金型離型処理方法。
【請求項５】まず金型にｈ−ＢＮ相リッチなＢＮ被膜
を形成し、この上にｃ−ＢＮ相リッチなＢＮ被膜を形成
し、更にその上にｈ−ＢＮ相リッチなＢＮ被膜を形成し
た請求項１又は２記載の金型離型処理方法。