JP2002105665A - Hard thin film forming method using ion beam - Google Patents
Hard thin film forming method using ion beamInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、イオンビ
ームを用いた硬質薄膜作製法に関するものである。さら
に詳しくは、この出願の発明は、基板の形状および温度
特性に関わらず、硬質の結晶質薄膜を高速で作製でき、
膜の表面粗さが制御可能な、イオンビームを用いた新規
な硬質薄膜作製法に関するものである。The present invention relates to a method for producing a hard thin film using an ion beam. More specifically, the invention of this application can produce a hard crystalline thin film at high speed regardless of the shape and temperature characteristics of the substrate,
The present invention relates to a novel method for producing a hard thin film using an ion beam, in which the surface roughness of the film can be controlled.
【０００２】[0002]
【従来の技術とその課題】ホウ化物、炭化物、窒化物等
の硬質材料は、従来より、工業をはじめとする様々な分
野で広く利用されている。なかでも、炭化ホウ素（Ｂ4
Ｃ）は、ＨV（ビッカース硬さ）が〜５０００程度とダ
イヤモンドに次ぐ硬さを有し、耐摩耗性および高温安定
性をも兼ね備えた優れた超高質材料である。そのため、
炭化ホウ素の切削工具等の摺動部材等への応用が期待さ
れており、炭化ホウ素の薄膜化に関する研究が進められ
ている。2. Description of the Related Art Hard materials such as borides, carbides and nitrides have been widely used in various fields including industry. Among them, boron carbide (B 4
C) is, H V (Vickers hardness) has a hardness second only to 5000 degrees and diamond, an excellent ultra high quality material also having wear resistance and high temperature stability. for that reason,
The application of boron carbide to sliding members, such as cutting tools, is expected, and research on thinning boron carbide is ongoing.
【０００３】炭化ホウ素等のホウ化物の薄膜化の技術と
しては、これまでに、たとえば、イオンビームを併用し
た化学気相成長（ＣＶＤ）法が報告（T.Hu, et al., Th
in solid Films, 332(1998)80-86）されている。しかし
ながら、このＣＶＤ法では、得られた炭化ホウ素薄膜の
表面粗さが数μｍと粗く、平坦な薄膜の作製や複雑な形
状の基板への成膜ができないという欠点があった。ま
た、レーザー照射を併用したマグネトロンスパッタリン
グ法による炭化ホウ素薄膜の形成が報告（O.Conde, A.
J.Silvestre and J.C.Oliveria, Surface and Coatings
Technology, 125(2000) 141-146）されてもいる。しか
し、このマグネトロンスパッタリング法によると、得ら
れる膜は化学量論組成から外れた非晶質のＢ−Ｃ薄膜で
あり、結晶化した炭化ホウ素薄膜を得るには基板を高温
にまで加熱する必要があった。そのため、たとえば、こ
の方法で焼入鋼等に成膜すると、鋼材が焼き戻されてし
まうという欠点があった。As a technique for forming a thin film of a boride such as boron carbide, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method using an ion beam has been reported (T. Hu, et al., Th.
in solid Films, 332 (1998) 80-86). However, this CVD method has a drawback that the obtained boron carbide thin film has a rough surface roughness of several μm, making it impossible to produce a flat thin film or form a film on a substrate having a complicated shape. In addition, the formation of a boron carbide thin film by magnetron sputtering combined with laser irradiation was reported (O. Conde, A.
J. Silvestre and JCOliveria, Surface and Coatings
Technology, 125 (2000) 141-146). However, according to the magnetron sputtering method, the obtained film is an amorphous B-C thin film having a stoichiometric composition, and it is necessary to heat the substrate to a high temperature in order to obtain a crystallized boron carbide thin film. there were. Therefore, for example, when a film is formed on hardened steel or the like by this method, there is a disadvantage that the steel material is tempered.
【０００４】このように、従来の炭化ホウ素薄膜等の硬
質薄膜の作製は満足できるものではなく、実用には至っ
ていないのが現状であった。As described above, the conventional production of a hard thin film such as a boron carbide thin film is not satisfactory, and at present it has not been put to practical use.
【０００５】そこで、この出願の発明は、以上の通りの
事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を
解消し、基板の形状および温度特性に関わらず、硬質の
結晶質薄膜を高速で作製でき、膜の表面粗さが制御可能
な、イオンビームを用いた新規な硬質薄膜作製法を提供
することを課題としている。The invention of this application has been made in view of the above circumstances, and solves the problems of the prior art. Thus, a hard crystalline thin film can be formed regardless of the shape and temperature characteristics of a substrate. It is an object of the present invention to provide a novel hard thin film manufacturing method using an ion beam, which can be manufactured at a high speed and the surface roughness of the film can be controlled.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】そこで、この出願の発明
は、上記の課題を解決するものとして、以下の通りの発
明を提供する。Accordingly, the invention of this application provides the following invention to solve the above problems.
【０００７】すなわち、まず第１には、この出願の発明
は、イオンビームをターゲットに照射して発生させたア
ブレーションプラズマを、基板を加熱することなく、基
板上に堆積させて、結晶質の硬質薄膜を形成することを
特徴とするイオンビームを用いた硬質薄膜作製法を提供
する。That is, first, according to the invention of this application, an ablation plasma generated by irradiating a target with an ion beam is deposited on a substrate without heating the substrate to form a crystalline hard material. Provided is a method for manufacturing a hard thin film using an ion beam, which is characterized by forming a thin film.
【０００８】そして、この出願の発明は、第２には、上
記第１の出願の発明において、硬質薄膜が、炭化物、窒
化物、酸化物からなる膜であることを特徴とするイオン
ビームを用いた硬質薄膜作製法を、第３には、硬質薄膜
が、炭化ホウ素薄膜であることを特徴とするイオンビー
ムを用いた硬質薄膜作製法を、第４には、マスクを用い
ることで基板の一部に成膜することを特徴とするイオン
ビームを用いた硬質薄膜作製法を、第５には、基板とタ
ーゲットの距離を変化させることで硬質薄膜の表面粗さ
を制御することを特徴とするイオンビームを用いた硬質
薄膜作製法を提供する。[0008] Secondly, the invention of this application uses an ion beam according to the invention of the first application, wherein the hard thin film is a film made of carbide, nitride or oxide. Third, a hard thin film manufacturing method using an ion beam characterized in that the hard thin film is a boron carbide thin film. Fifth, the method is characterized in that the surface roughness of the hard thin film is controlled by changing the distance between the substrate and the target. Provided is a method for manufacturing a hard thin film using an ion beam.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記の通りの
特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention of this application has the features as described above, and embodiments thereof will be described below.
【００１０】まず、この出願の第１の発明が提供するイ
オンビームを用いた硬質薄膜作製法は、イオンビームを
ターゲットに照射して発生させたアブレーションプラズ
マを、基板を加熱することなく、基板上に堆積させて、
結晶質の硬質薄膜を形成するものである。First, in the method of manufacturing a hard thin film using an ion beam provided by the first invention of this application, ablation plasma generated by irradiating a target with an ion beam is applied to a substrate without heating the substrate. Deposited on
This is to form a crystalline hard thin film.
【００１１】アブレーションプラズマは、目的とする硬
質薄膜の膜源であるターゲットに、大強度の軽イオンビ
ームをパルス照射することにより発生される。大強度の
軽イオンビームは、パルス幅数十ｎｓｅｃ程度で照射さ
れると伝導および放射による熱損失が少なくなるため、
ターゲットの表面のみを加熱して、高温で高密度のアブ
レーションプラズマを発生させる。軽イオンビームとし
ては、たとえば、水素イオンビーム等を利用することが
でき、この水素イオンビームは、磁気絶縁型イオンビー
ムダイオード等により発生させることができる。The ablation plasma is generated by irradiating a target, which is a film source of a target hard thin film, with a pulse of a high intensity light ion beam. When a high-intensity light ion beam is irradiated with a pulse width of about several tens of nanoseconds, heat loss due to conduction and radiation is reduced.
Only the surface of the target is heated to generate high-temperature, high-density ablation plasma. As the light ion beam, for example, a hydrogen ion beam or the like can be used, and the hydrogen ion beam can be generated by a magnetically insulated ion beam diode or the like.
【００１２】このように発生されたアブレーションプラ
ズマは、約１０-4Ｔｏｒｒ以下の真空中で断熱的に膨張
し、ターゲット近傍に設置した基板上に堆積する。これ
によって、基板を加熱することなく、また、成膜後の熱
処理を必要とせずに、結晶質の硬質薄膜を形成すること
ができる。The ablation plasma thus generated expands adiabatically in a vacuum of about 10 -4 Torr or less, and deposits on a substrate placed near the target. Thus, a crystalline hard thin film can be formed without heating the substrate and without requiring heat treatment after film formation.
【００１３】この出願の第２の発明が提供するイオンビ
ームを用いた硬質薄膜作製法は、上記第１の発明におい
て、硬質薄膜が、炭化物、窒化物、酸化物からなる膜で
あることを特徴としている。この出願の発明により薄膜
化できる硬質材料としては、たとえば、ＴｉＣ，Ｓｉ
Ｃ，ＷＣ等の炭化物、ＢＮ，ＡｌＮ，ＴｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4
等の窒化物、ＺｒＯ2等の酸化物を例示することができ
る。そして、この出願の第３の発明においては、さらに
は、硬質薄膜である炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）をもその対象
とすることができる。[0013] The method for producing a hard thin film using an ion beam provided by the second invention of the present application is characterized in that, in the first invention, the hard thin film is a film made of carbide, nitride or oxide. And Examples of the hard material that can be thinned according to the invention of this application include, for example, TiC, Si
Carbides such as C and WC, BN, AlN, TiN, Si 3 N 4
And oxides such as ZrO 2 . Further, in the third invention of this application, boron carbide (B 4 C), which is a hard thin film, can also be targeted.
【００１４】従来の硬質薄膜の作製方法では、室温では
炭化ホウ素薄膜は非晶質のＢ−Ｃ薄膜として得られ、結
晶化した炭化ホウ素薄膜を得るには基板を高温にまで加
熱する必要があった。この出願の発明の方法によって、
基板を加熱することなく、Ｈ V２３００程度の硬質な結
晶質の炭化ホウ素薄膜を得ることが可能となる。そのた
め、たとえば、この出願の発明の方法では、基板として
焼入鋼等を用いた場合であっても、鋼材が焼き戻される
ことなく成膜することができるようになる。In a conventional method for producing a hard thin film, at room temperature,
The boron carbide thin film is obtained as an amorphous BC thin film.
To obtain a crystallized boron carbide thin film, the substrate must be heated to a high temperature.
I needed to heat it. By the method of the invention of this application,
H without heating the substrate VHard connection of about 2300
A crystalline boron carbide thin film can be obtained. That
For example, in the method of the present invention,
Even if hardened steel is used, the steel material is tempered
It becomes possible to form a film without any problem.
【００１５】この出願の第４の発明が提供するイオンビ
ームを用いた硬質薄膜作製法は、上記第１ないし３いず
れかの発明において、マスクを用いることで基板の一部
に成膜することを特徴としている。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a hard thin film using an ion beam according to any one of the first to third aspects, wherein a film is formed on a part of a substrate by using a mask. Features.
【００１６】この出願の発明において、アブレーション
プラズマは、真空中で断熱的に膨張して成膜チャンバー
内に拡散される。したがって、拡散されたアブレーショ
ンプラズマは、たとえば、基板が平板の場合、ターゲッ
トと対向する基板表面にも堆積するが、基板の裏側にも
回り込みんで基板の側面および裏面等にも堆積させるこ
とができる。また、基板が、たとえば、凹凸を有した複
雑な形状であっても、その凸部はもちろん凹部にまで成
膜が可能である。すなわち、この出願の発明の方法によ
ると、基板の形状に関わらず、その全面に硬質薄膜を成
膜することができる。In the invention of this application, the ablation plasma expands adiabatically in a vacuum and is diffused into the film formation chamber. Therefore, for example, when the substrate is a flat plate, the diffused ablation plasma is deposited also on the surface of the substrate facing the target. However, the diffused ablation plasma can reach the back side of the substrate and be deposited on the side and back surfaces of the substrate. Further, even if the substrate has a complicated shape having irregularities, for example, the film can be formed not only on the convex portions but also on the concave portions. That is, according to the method of the present invention, a hard thin film can be formed on the entire surface of the substrate regardless of the shape of the substrate.
【００１７】しかしながら、様々な材料からなるマスク
や基板ホルダー等を有効に利用することで、たとえば基
板の片面のみや、基板の一部に、部分的に成膜すること
もできる。However, by effectively utilizing a mask, a substrate holder, or the like made of various materials, it is possible to form a film on only one side of the substrate or a part of the substrate, for example.
【００１８】この出願の第５の発明が提供するイオンビ
ームを用いた硬質薄膜作製法は、上記いずれかの発明に
おいて、基板とターゲットの距離を変化させることで硬
質薄膜の表面粗さを制御することを特徴としている。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a hard thin film using an ion beam, wherein the surface roughness of the hard thin film is controlled by changing a distance between a substrate and a target. It is characterized by:
【００１９】この出願の発明においては、ターゲットと
基板との間隔を小さく設定することで、アブレーション
過程にターゲットより放出された微粒子がドロップレッ
トの状態で基板に多く堆積し、得られる硬質薄膜の表面
を粗くすることができる。逆に、ターゲットと基板との
間隔を大きく設定することで、基板に到達するドロップ
レットを少なくし、得られる硬質薄膜の表面を極めて平
滑にすることができる。作製する膜の材料等によっても
異なってくるが、たとえば、ターゲット−基板間距離を
７０〜１００ｍｍ程度の範囲で変化させることで、硬質
薄膜の表面粒子の大きさ（表面粗さ）を約５０μｍ〜１
０ｎｍ程度の範囲で所望の粗さに制御することが可能で
ある。In the invention of this application, by setting the distance between the target and the substrate small, a large amount of fine particles emitted from the target during the ablation process are deposited on the substrate in the form of droplets, and the surface of the obtained hard thin film is obtained. Can be roughened. Conversely, by setting the distance between the target and the substrate large, the number of droplets reaching the substrate can be reduced, and the surface of the obtained hard thin film can be made extremely smooth. For example, by changing the target-substrate distance in the range of about 70 to 100 mm, the size (surface roughness) of the surface particles of the hard thin film can be changed from about 50 μm to about 50 μm. 1
The desired roughness can be controlled in the range of about 0 nm.
【００２０】たとえば、炭化ホウ素薄膜をハードコーテ
ィング材として実用化する場合等には、膜の表面が粗い
と、その個所に荷重が大きく集中し、耐摩耗性が低下し
てしまう。そのため、このような用途には、炭化ホウ素
薄膜の表面を平滑にすることが好ましい。また、炭化ホ
ウ素薄膜の表面を粗くすることで、研磨あるいは切削等
の目的で利用することができ、粗い硬質薄膜でのコーテ
ィングを行うこと等も可能となる。For example, when a boron carbide thin film is put to practical use as a hard coating material, if the surface of the film is rough, the load will be concentrated at that location, and the wear resistance will be reduced. Therefore, for such applications, it is preferable to smooth the surface of the boron carbide thin film. In addition, by making the surface of the boron carbide thin film rough, it can be used for the purpose of polishing or cutting, and coating with a rough hard thin film can be performed.
【００２１】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。Embodiments of the present invention will be described below in more detail with reference to the accompanying drawings.
【００２２】[0022]
【実施例】（実施例１）図１に示す装置を用いて、結晶
質Ｂ4Ｃ硬質薄膜を作製した。この装置は、イオンビー
ムを発生するダイオードチャンバー（１）と、基板上へ
の成膜を行う成膜チャンバー（２）とから構成されてい
る。EXAMPLES (Example 1) A crystalline B 4 C hard thin film was produced using the apparatus shown in FIG. This apparatus includes a diode chamber (1) for generating an ion beam and a film forming chamber (2) for forming a film on a substrate.
【００２３】ダイオードチャンバー（１）には、水素イ
オンビームを発生するための磁気絶縁型イオンビームダ
イオード（ＭＩＤ）（３）が備えられている。ＭＩＤ
（３）は、厚さ１．５ｍｍでポリエチレン製のスラッシ
ュボードをイオン源とする陽極（４）と、ビーム引き出
しのためのスリット（図示せず）が設けられた陰極
（５）から構成され、陽極−陰極間距離を１０ｍｍに設
定したものである。陽極（４）は、水素イオンビームを
ターゲット（７）上に収束させるために、曲率半径１６
０ｍｍの凹面状に加工してある。陰極（５）は、単巻き
のθピンチコイルとしても動作するように、外部電源よ
り電流を供給するようになっている。The diode chamber (1) is provided with a magnetically insulated ion beam diode (MID) (3) for generating a hydrogen ion beam. MID
(3) is composed of an anode (4) using a slashboard made of polyethylene as an ion source and having a thickness of 1.5 mm, and a cathode (5) provided with a slit (not shown) for extracting a beam. The distance between the anode and the cathode was set to 10 mm. The anode (4) has a radius of curvature of 16 to focus the hydrogen ion beam on the target (7).
It is processed into a concave shape of 0 mm. The cathode (5) supplies current from an external power supply so as to operate as a single-turn θ-pinch coil.
【００２４】成膜チャンバー（２）内には、Ｂ4Ｃ焼結
体ターゲット（７）とＳｉ基板（６）がそれぞれホルダ
ーにより設置されている。陽極（４）表面からターゲッ
ト（７）までの距離は１８０ｍｍ、ターゲット（７）と
基板（６）の距離は１００ｍｍとした。なお、成膜中に
は、基板（６）の近傍が１０-4Ｔｏｒｒ以下の真空とな
るように調整している。In the film forming chamber (2), a B 4 C sintered body target (7) and a Si substrate (6) are respectively set by holders. The distance from the surface of the anode (4) to the target (7) was 180 mm, and the distance between the target (7) and the substrate (6) was 100 mm. During the film formation, the vicinity of the substrate (6) is adjusted to be a vacuum of 10 -4 Torr or less.
【００２５】まず、陰極（５）に電流を流してＭＩＤ
（３）の陽極−陰極間に横磁場（〜１Ｔ）を発生させ、
続いて１．３ＭＶの高電圧パルスを印加し、陽極（４）
表面のフラッシュボードにより表面フラッシュオーバー
を生じさせて陽極プラズマを発生させた。この陽極プラ
ズマ中のイオンは、陽極−陰極間の電界によって加速さ
れ、陰極（５）のスリットを通過して、イオンビームと
して成膜チャンバー（２）に引き出された。なお、この
イオンビームは、８０％以上の水素イオンからなる水素
イオンビームであった。First, a current is applied to the cathode (5) to
(3) A transverse magnetic field (~ 1T) is generated between the anode and the cathode,
Subsequently, a high voltage pulse of 1.3 MV was applied to the anode (4).
A surface flashover was generated by a flash board on the surface to generate anode plasma. The ions in the anode plasma were accelerated by the electric field between the anode and the cathode, passed through the slit of the cathode (5), and extracted as an ion beam into the film formation chamber (2). Note that this ion beam was a hydrogen ion beam composed of 80% or more of hydrogen ions.
【００２６】成膜チャンバー（２）に引き出された上記
１．３ＭｅＶの水素イオンビームは、ターゲット（７）
に照射し、Ｂ4Ｃアブレーションプラズマを発生させ
た。Ｂ4Ｃアブレーションプラズマはほぼ進行方向と直
交するように設置されたＳｉ基板（６）の（１００）面
に到達し、堆積した。成膜中のＳｉ基板（６）の温度は
約２５℃程度であり、成膜後の熱処理は行わなかった。The 1.3 MeV hydrogen ion beam extracted into the film forming chamber (2) is applied to the target (7).
To generate B 4 C ablation plasma. The B 4 C ablation plasma reached the (100) plane of the Si substrate (6) placed almost perpendicular to the traveling direction and deposited. The temperature of the Si substrate (6) during the film formation was about 25 ° C., and no heat treatment was performed after the film formation.
【００２７】堆積物として得られた薄膜の結晶性をＸ線
回折装置で、化学結合状態をフーリエ変換赤外線吸収分
光光度計で、表面状態を走査型電子顕微鏡で、硬度をビ
ッカース硬度計で評価した。The crystallinity of the thin film obtained as a deposit was evaluated with an X-ray diffractometer, the chemical bonding state was evaluated with a Fourier transform infrared absorption spectrophotometer, the surface state was evaluated with a scanning electron microscope, and the hardness was evaluated with a Vickers hardness meter. .
【００２８】図２に得られた薄膜のＸ線回折図形を示し
た。全てのピークの位置および強度比が、Ｂ4Ｃ結晶の
ものと一致することが確認された。図３に得られた薄膜
の赤外線吸収分光スペクトルを示した。Ｂ−Ｃ結合に起
因するピークが観察され、Ｂ−Ｃ結合が薄膜中に存在し
ていることが判明した。これらの実験事実より、得られ
た薄膜が、結晶質Ｂ4Ｃ薄膜であることが示された。FIG. 2 shows an X-ray diffraction pattern of the obtained thin film. It was confirmed that the positions and intensity ratios of all the peaks coincided with those of the B 4 C crystal. FIG. 3 shows the infrared absorption spectrum of the obtained thin film. A peak due to the BC bond was observed, and it was found that the BC bond was present in the thin film. From these experimental facts, it was shown that the obtained thin film was a crystalline B 4 C thin film.
【００２９】図４に、得られた結晶質Ｂ4Ｃ薄膜のＳＥ
Ｍ像を示した。膜表面は平滑であることがわかった。得
られた結晶質Ｂ4Ｃ薄膜は、厚さ３．６μｍの部分のビ
ッカース硬度が２３００であった。 （実施例２）実施例１と同じ実験装置を用い、成膜室に
おける基板の設定位置を図５に示したＡとＢの２ヶ所と
し、その他は同様の条件でＢ4Ｃ薄膜の作成を行った。
なお、基板Ａは、ターゲット−基板間距離が７０ｍｍで
ターゲットに対向するように設置し、基板Ｂは、基板Ａ
の奥でターゲット−基板間距離が９２ｍｍの位置に設置
した。FIG. 4 shows the SE of the obtained crystalline B 4 C thin film.
The M image was shown. The film surface was found to be smooth. The obtained crystalline B 4 C thin film had a Vickers hardness of 2,300 at a portion having a thickness of 3.6 μm. (Example 2) Using the same experimental apparatus as in Example 1, the substrate was set in the film forming chamber at two positions A and B shown in FIG. 5, and a B 4 C thin film was formed under the same conditions as the others. went.
The substrate A was installed so as to face the target at a target-substrate distance of 70 mm.
At a position where the distance between the target and the substrate is 92 mm.
【００３０】各基板上に得られた薄膜Ａおよび薄膜Ｂの
膜表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。図６
の（Ａ）（Ｂ）に、薄膜Ａおよび薄膜ＢのＳＥＭ像を示
した。The film surfaces of the thin films A and B obtained on each substrate were observed with a scanning electron microscope (SEM). FIG.
(A) and (B) show SEM images of the thin film A and the thin film B.
【００３１】薄膜Ａには最大５０μｍ程度の粒子が見ら
れ、実施例１で作製した膜と比較して、ターゲット−基
板間距離を調整することで、膜表面の粗さを制御できる
ことが示された。In the thin film A, particles having a maximum size of about 50 μm were observed, indicating that the roughness of the film surface can be controlled by adjusting the distance between the target and the substrate as compared with the film prepared in Example 1. Was.
【００３２】薄膜Ｂには大きな粒子はなく、基板全面に
平滑な膜が得られたことが確認された。基板Ｂが基板Ａ
の奥に設置されているにもかかわらず均質な薄膜Ｂが得
られたことから、アブレーションプラズマが基板の細部
や裏にまで回り込むことが確認された。It was confirmed that the thin film B had no large particles, and a smooth film was obtained on the entire surface of the substrate. Substrate B is Substrate A
However, it was confirmed that the ablation plasma wrapped around the details and the back of the substrate since a uniform thin film B was obtained despite being placed in the back of the substrate.
【００３３】この薄膜Ａと薄膜Ｂのビッカース硬度は、
それぞれ１８００、１５００であった。The Vickers hardness of the thin films A and B is as follows:
They were 1800 and 1500, respectively.
【００３４】これらのことから、高硬度結晶質薄膜を、
複雑形状を有する基板にも、薄膜の表面粗さを制御しつ
つ作製できることが示された。 （実施例３）膜源であるターゲットを変化させ、実施例
１と同様の装置を用いて硬質薄膜の作製を行なった。From these facts, a high-hardness crystalline thin film is
It was shown that a substrate having a complicated shape can be manufactured while controlling the surface roughness of the thin film. (Example 3) A hard thin film was produced using the same apparatus as in Example 1 while changing the target as the film source.
【００３５】その結果、ＣＮ（窒化炭素），ＡｌＮ（窒
化アルミニウム），ＢＮ（窒化ホウ素），ＺｒＯ２（酸
化ジルコニウム）等の結晶質の薄膜を、表面粗さを制御
して、得ることができた。As a result, a crystalline thin film such as CN (carbon nitride), AlN (aluminum nitride), BN (boron nitride), ZrO 2 (zirconium oxide) can be obtained by controlling the surface roughness. Was.
【００３６】もちろん、この発明は以上の例に限定され
るものではなく、細部については様々な態様が可能であ
ることは言うまでもない。Of course, the present invention is not limited to the above-described example, and it goes without saying that various embodiments are possible in detail.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、基板の形状および温度特性に関わらず、硬質の結
晶質薄膜を高速で作製でき、膜の表面粗さが制御可能
な、イオンビームを用いた新規な硬質薄膜作製法が提供
される。As described in detail above, according to the present invention, a hard crystalline thin film can be produced at a high speed regardless of the shape and temperature characteristics of a substrate, and an ion beam is used which can control the surface roughness of the film. And a new method for producing a hard thin film.
【図１】実施例におけるこの出願の発明の方法による硬
質薄膜作製に用いた装置の断面概略図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an apparatus used for producing a hard thin film according to a method of the present invention in an embodiment.
【図２】実施例において得られた薄膜のＸ線回折分析の
結果を例示した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the result of X-ray diffraction analysis of a thin film obtained in an example.
【図３】実施例において得られた薄膜の赤外線吸収分光
スペクトルを例示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an infrared absorption spectrum of a thin film obtained in an example.
【図４】実施例において得られた結晶質Ｂ4Ｃ薄膜のＳ
ＥＭ像を例示した図である。FIG. 4 shows the S of the crystalline B 4 C thin film obtained in the example.
It is the figure which illustrated the EM image.
【図５】実施例における基板の設定位置を示した図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a setting position of a substrate in the example.
【図６】実施例において得られた（Ａ）薄膜Ａ、および
（Ｂ）薄膜ＢのＳＥＭ像を例示した図である。FIG. 6 is a diagram exemplifying SEM images of (A) a thin film A and (B) a thin film B obtained in Examples.
１ ダイオードチャンバー ２ 成膜チャンバー ３ 磁気絶縁型イオンビームダイオード（ＭＩＤ） ４ 陽極 ５ 陰極 ６ 基板 ７ ターゲット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Diode chamber 2 Film-forming chamber 3 Magnetic insulation type ion beam diode (MID) 4 Anode 5 Cathode 6 Substrate 7 Target
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末松 久幸 新潟県長岡市学校町１−３−19 長岡住宅 ４−201 Ｆターム(参考） 4K029 BA43 BA55 BA58 BA59 BB01 BB03 CA05 DC37 EA00 4K044 AA11 BA12 BA18 BB01 BB10 BC01 BC06 CA41 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hisayuki Suematsu 1-3-19 School Town, Nagaoka City, Niigata Prefecture 4-201 Nagaoka Residence F-term (reference) 4K029 BA43 BA55 BA58 BA59 BB01 BB03 CA05 DC37 EA00 4K044 AA11 BA12 BA18 BB01 BB10 BC01 BC06 CA41
Claims (5)
生させたアブレーションプラズマを、基板を加熱するこ
となく、基板上に堆積させて、結晶質の硬質薄膜を形成
することを特徴とするイオンビームを用いた硬質薄膜作
製法。An ion beam characterized in that ablation plasma generated by irradiating a target with an ion beam is deposited on a substrate without heating the substrate to form a crystalline hard thin film. Hard thin film preparation method used.
らなる膜であることを特徴とする請求項１記載のイオン
ビームを用いた硬質薄膜作製法。2. The method for producing a hard thin film using an ion beam according to claim 1, wherein the hard thin film is a film made of carbide, nitride, or oxide.
を特徴とする請求項１または２記載のイオンビームを用
いた硬質薄膜作製法。3. The method for producing a hard thin film using an ion beam according to claim 1, wherein the hard thin film is a boron carbide thin film.
することを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載
のイオンビームを用いた硬質薄膜作製法。4. The method for producing a hard thin film using an ion beam according to claim 1, wherein the film is formed on a part of the substrate by using a mask.
とで硬質薄膜の表面粗さを制御することを特徴とする請
求項１ないし４いずれかに記載のイオンビームを用いた
硬質薄膜作製法。5. The method for producing a hard thin film using an ion beam according to claim 1, wherein the surface roughness of the hard thin film is controlled by changing the distance between the substrate and the target.
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2002302758A (en) * | 2001-04-06 | 2002-10-18 | Kiyoshi Yatsui | Manufacturing method for polycrystal silicon thin film |
| JP2007090483A (en) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Cutting tool and its manufacturing method |
| JP2016535240A (en) * | 2014-07-14 | 2016-11-10 | ヘルムホルツ−ツェントルム ゲーストハハト ツェントルム フュアー マテリアル ウント キュステンフォルシュンク ゲーエムベーハー | Manufacturing method of neutron converter |
-
2000
- 2000-09-28 JP JP2000296983A patent/JP3986243B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JP2007090483A (en) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Cutting tool and its manufacturing method |
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