JP2002249870A - 単一ソ−スを用いたコ−ティングと表面処理装置及び方法 - Google Patents

単一ソ−スを用いたコ−ティングと表面処理装置及び方法

Info

Publication number
JP2002249870A
JP2002249870A JP2001378760A JP2001378760A JP2002249870A JP 2002249870 A JP2002249870 A JP 2002249870A JP 2001378760 A JP2001378760 A JP 2001378760A JP 2001378760 A JP2001378760 A JP 2001378760A JP 2002249870 A JP2002249870 A JP 2002249870A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target
pulse
laser
coating
base material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001378760A
Other languages
English (en)
Inventor
Moku Kim Won
ウォン・モク・キム
Kuwan Kim Suun
スーン・クヮン・キム
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korea Institute of Science and Technology KIST
Original Assignee
Korea Institute of Science and Technology KIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Korea Institute of Science and Technology KIST filed Critical Korea Institute of Science and Technology KIST
Publication of JP2002249870A publication Critical patent/JP2002249870A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 単一ソ−スを用いて常温で全ての固相の金属
と絶縁体に対するコ−ティング及び表面処理が可能な単
一ソ−スを用いたコ−ティングと表面処理装置及び方
法。 【解決手段】 レ−ザ−光を発生するレ−ザ−１と；前
記レ−ザ−により発生されたレ−ザ−光のフォ−カシン
グとスキャニングとを行うための光アセンブリ２と；
前記レ−ザ−光により発生されたプラズマの蒸着源とな
るタ−ゲット７と；前記タ−ゲットを取り付けるタ−ゲ
ットホルダ−９と；前記タ−ゲットにパルスモ−ドの高
電圧パルスを供給する高電圧パルス発生部５と；前記高
電圧パルス発生部にて出力される高電圧パルスを前記タ
−ゲットに供給する高電圧フィ−ドスル−６と；コ−テ
ィングまたは表面改質の対象となる母材８と母材ホルダ
−１０と；前記タ−ゲット、母材等を内部に受容し且つ
一定の真空度を維持する真空チャンバ４と；前記真空チ
ャンバの真空度を一定に維持する真空システムとで構成
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は単一ソ−スを用いた
コ−ティングと表面処理装置及び方法に係り、より詳し
くは単一ソ−ス(Single Source)を用いて常温にて全て
の固相の金属と絶縁体に対するコ−ティング及び表面処
理が可能な単一ソ−スを用いたコ−ティングと表面処理
装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、母材の表面に機能性を付加す
るための技術開発の努力に従って、環境汚染の心配のな
い乾式コ−ティングは目覚しい発展を重ねてきた。コ−
ティングや表面改質を通して母材の表面に美麗な色相、
耐摩耗性、潤滑性、耐腐食性、高強度などの機能を与え
るための従来の乾式コ−ティング及び表面改質方式にお
いては、スパッタリング、蒸着(vapor deposition)、真
空ア−クなどを用いたコ−ティングを行ったり、母材に
照射されるイオンエネルギ−を用いるためのイオンビ−
ムソ−スなどを個別的にまたは併合して用いることによ
り、望みの目的を達成してきた。
【０００３】個別蒸着源を用いた従来の技術において
は、コ−ティングしようとする母材に負電位のバイアス
電圧を加えることにより、蒸着源から発生したプラズマ
内の陽イオンを母材の方向に加速させる方法を用いて、
表面改質またはコ−ティング膜の機械的、物理的、化学
的特性の向上を図った。
【０００４】しかし、乾式コ−ティングは、ライン−オ
ブ−サイト(line-of-sight)特性により蒸着源の対向面
にだけ表面処理が可能であるため、複雑な形状の母材に
均一な表面処理効果を得るためには、停止した母材に複
数個の蒸着源を多くの方向から照射するようにするか、
単一蒸着源に対して露出される母材の面を変えられるよ
うに表面処理中の母材を駆動させることが必須的であっ
た。
【０００５】複数個の蒸着源を用いる場合、装置の複雑
性はもちろん、装置自体が高価になる。また、母材を駆
動しようとする場合、真空を通して駆動されている母材
にバイアスを掛けプラズマ内のイオンエネルギ−を調節
するのに限界があった。
【０００６】これを克服するための一つの方法は、蒸着
源とは独立したイオンソ−スを別途に設置することによ
り、蒸着とイオンエネルギ−とを用いた表面処理の方式
を採択することができ、実際このような二重ソ−スを結
合した表面処理方式が多く用いられている。このような
二重ソ−ス(Dual Source)を用いる従来の方法は、同時
使用の際各ソ−スの個別的なパラメ−タ−調節を通して
蒸着速度、イオン注入量(dose)及びイオンエネルギ−を
別個に調節することができる利点があるが、全体乾式成
膜／表面処理装置の構造が複雑になるだけでなく高価で
ある欠点があった。
【０００７】また、通常の蒸着源やイオンビ−ムソ−ス
の場合には、プラズマ形成を可能にするために、真空チ
ャンバ内に一定の圧力が維持されるように工程用ガスを
注入し使用するのが通常的なことであり、従って工程圧
力が１０−５〜１０−２ｔｏｒｒ程度になるが、このよ
うな工程圧力の増加はイオンの平均自由行路を減少させ
てイオンエネルギ−の減少をもたらすだけでなく、工程
ガスがコ−ティング層に不純物として吸収される欠点も
ある。
【０００８】一方、母材の表面に機能性を付加するため
に蒸着されたコ−ティングの物理的、機械的性質は、母
材と薄膜材料との間の接着力、内部応力、コ−ティング
の微細構造及び密度などにより大きく影響を受ける。コ
−ティングの機械的、物理的性質を改善するために蒸着
されたフィルムに高エネルギ−のイオンを照射したり、
蒸着ソ−ス(Deposition Source)とイオンビ−ムソ−ス
(Ion Beam Source)とを同時に可動させ、コ−ティング
中の薄膜構造の制御及び密度を向上させる方法(Ion Bea
m Modification；ＩＢＭ)が効果的なものと判明され広
く用いられている。通常的に前記のＩＢＭ，ＩＢＡＤ(I
on Beam Assisted Deposition)，ＩＢＥＤ(Ion Beam En
hanced Deposition)を用いるためには、蒸着ソ−スと別
個のイオンビ−ムソ−スを同時または交代に用いること
によりなされるが、このような二重ソ−ス(Dual Sourc
e)を用いる従来の方法は、同時使用の際各ソ−スの個別
的なパラメ−タ調節を通して蒸着速度、イオン注入量(d
ose)及びイオンエネルギ−を別個に調節可能とする利点
はあるが、全体のコ−ティング装置の構造が複雑になる
だけでなく、高価となる欠点がある。
【０００９】真空ア−クや蒸発ソ−ス(evaporation sou
rce)を用いるイオンめっき(Ion Plating)方式やスパッ
タリング方式を適用する蒸着方式では、コ−ティングし
ようとする母材に負電位の基板バイアス電圧を掛けるこ
とにより、本発明と類似した蒸着またはＩＢＭ(Ion Bea
m Modification)の効果を得ることができる。
【００１０】しかし、前記基板バイアス方式では、イオ
ン注入(Ion Implantation)のための数ｋＶ以上の高電圧
の掛かった母材を、均一なコ−ティング効果を得るため
に駆動させることが不可能であるだけでなく、真空ア−
ク方式の場合、コ−ティングのために用いられるタ−ゲ
ット自体も金属に限定されることになる。また、タ−ゲ
ット加熱防止のためのタ−ゲット水冷装置が必須的であ
るため、構造が複雑になる問題点があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明はこの
ような従来の技術の問題点を勘案し案出されたものとし
て、その目的は、単一ソ−ス(Single Source)を用い
て、常温で適切な波長帯のレ−ザ−エネルギ−を吸収す
ることができる、全ての固相の金属と絶縁体にも適用可
能で且つ不純物の影響を排除した高真空でのコ−ティン
グ及び表面処理が可能なコ−ティングと表面処理装置及
び方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、レ−ザ−光を発生するレ−ザ−と；前記
レ−ザ−により発生されたレ−ザ−光のフォ−カシング
(Focusing)とスキャニング(Scanning)とを行うための光
アセンブリと；前記レ−ザ−光により発生されたプラズ
マの蒸着源となるタ−ゲットと；前記タ−ゲットを取り
付けるタ−ゲットホルダ−と；前記タ−ゲットにパルス
モ−ドの高電圧を供給する高電圧パルス発生部と；前記
高電圧パルス発生部にて出力される高電圧パルスを前記
タ−ゲットに供給する高電圧フィ−ドスル−と；前記レ
−ザ−により発生されたパルスモ−ドのレ−ザ−光によ
り発生されたタ−ゲットのプラズマを用いたコ−ティン
グまたは表面改質の対象となる母材と；前記母材を取り
付ける母材ホルダ−と；前記タ−ゲット、タ−ゲットホ
ルダ−、母材、母材ホルダ−をその内部に受容し且つ一
定の真空度を維持する真空チャンバと；前記真空チャン
バの真空度を一定に維持する真空システムとを含むこと
を特徴とする単一ソ−スを用いたコ−ティングと表面処
理装置を提供する。
【００１３】前記レ−ザ−は、パルスモ−ドのレ−ザ−
光を出力して、前記タ−ゲットをプラズマへと変化さ
せ、また前記レ−ザ−は、パルス幅、パルス周期そして
パルスエネルギ−の調節が可能なパルスモ−ドレ−ザ−
光を出力することにより、前記タ−ゲットのプラズマイ
ンテンシティ−の調節を可能とする。
【００１４】そして、前記タ−ゲットに供給される高電
圧パルス発生部の高電圧パルスとレ−ザ−のパルス間の
同期一致と、レ−ザ−パルスと高電圧パルス間の同期遅
延時間(delay time)との調節が可能である。
【００１５】前記高電圧パルス発生部は、前記タ−ゲッ
トにて発生して母材方向に進むプラズマ内のイオンエネ
ルギ−の調節を可能とするために出力電圧の調節が可能
である。前記母材ホルダ−は、回転及び直線運動が可能
な駆動部で成される。
【００１６】前記パルスレ−ザ−光の照射により前記タ
−ゲットにて発生するプラズマプラム(plum)は、単一プ
ラズマソ−スとして、これを用いて単純蒸着、イオン注
入(Ion Implantation)、ＩＢＡＤ(Ion Beam Assisted D
eposition)、ＩＢＥＤ(Ion Beam Enhanced Depositio
n)、蒸着／イオン注入同時処理が可能である。
【００１７】前記単一ソ−スを用いた蒸着方法には、単
純蒸着、イオン注入(Ion Implantation)、ＩＢＡＤ(Ion
Beam Assisted Deposition)、ＩＢＥＤ(Ion Beam Enha
ncedDeposition)、蒸着／イオン注入の内いずれか一つ
の方式を選択する方法と、前記方式の内二つ以上を選択
して任意の順序で組み合わせる方法とを行うことがで
き、これは前記タ−ゲットに供給される高電圧パルスの
有無、電圧の高低そして同期の高電圧発生部の高電圧パ
ルスとレ−ザ−のパルス間の同期遅延時間(delaytime)
の調節を通して可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明にて提供されるコ−ティン
グ／表面改質装置及び方式は、レ−ザ−パルスにより生
成されたプラズマ内のイオンを、タ−ゲットに印加され
た高電圧を用いて加速させ、高いエネルギ−を有するよ
うになったイオンを用いようとするものとして、タ−ゲ
ットに照射されるレ−ザ−パルスとタ−ゲットに印加さ
れる高電圧パルスとの相対的な遅延時間(delay time)の
調節、印加電圧調節及び印加時間の独立的な調節そして
パルスレ−ザ−のエネルギ−を調節して、加速されるイ
オンの量及びエネルギ−そして蒸着されるパ−ティクル
の量を調節することが可能であり、母材の表面改質のた
めのＩＢＭ(Ion Beam Modification)とＩＢＡＤ(Ion Be
am Assisted Deposition)、そしてイオン注入(Ion Impl
antation)の全てのモ−ドが可能となる。また、プラズ
マ形成のためのレ−ザ−がパルスの形態で与えられるた
めタ−ゲットの加熱が殆ど無いのでタ−ゲット水冷装置
を必要とせず、単一ソ−スだけを用いるため装置が簡単
であり、更に、従来の方式とは違ってプラズマを発生さ
せるための別途の工程ガスが必要無く、高真空下での作
業が可能で、不純物の含量が殆ど無い高純度コ−ティン
グが可能である。
【００１９】本発明の基本構成要素としては、図１に示
すとおり、一定の真空度を維持する真空チャンバ４と、
図面には省略してあるが真空ポンプ系と、レ−ザ−光を
発生するレ−ザ−１と、前記レ−ザ−１にて発生される
レ−ザ−のフォ−カス調整とスキャニング機具で成され
る光アセンブリ２と、前記レ−ザ−１にて照射されたレ
−ザ−光が照射されるタ−ゲット７及びこれを支持する
タ−ゲットホルダ−９と、そして前記タ−ゲットに高電
圧パルスを供給する高電圧パルス発生部５と、前記高電
圧パルス発生部５にて発生された高電圧パルスを前記タ
−ゲットホルダ−９を通して供給する高電圧フィ−ドス
ル−(feedthrough) ６と、電気的に接地され前記タ−ゲ
ット７によりコ−ティングされる母材８と、前記母材８
を支持する母材ホルダ−１０とで構成されている。
【００２０】本発明にて提供するコ−ティング及び表面
改質方式は、基本的に集束されたレ−ザ−ビ−ムとコ−
ティングしようとする物質で成されたタ−ゲットとの反
応により生成されるプラズマを用いるものとして、これ
は一般的にＬＰＶＤ(Laser Plasma Vapor Deposition)
という技術として分類されてきた。
【００２１】集束されたレ−ザ−ビームとタ−ゲットと
の反応により生成されたプラズマ内のイオン対中性粒子
の比は、レ−ザ−パルスエネルギ−、出力密度及びタ−
ゲット物質の光学的、物理的性質によって変化すること
になる。イオン化率は、レ−ザ−の出力密度が大きくな
る程、タ−ゲット物質のレ−ザ−吸収能が大きい程大き
くなり、実例として１０１１Ｗ／ｃｍ２の出力密度を有
する１０６４ｎｍ波長のＮｄ：ＹＡＧレ−ザ−を金属に
照射した場合、金属の表面にて放出された粒子が殆ど９
９％以上電離されると報告されている。
【００２２】従って、タ−ゲット７とコ−ティングしよ
うとする母材８間に適切な方式、例えば、タ−ゲット７
に正極を帯電させ形成された電気場をもちいるとプラズ
マ内のイオンを母材上に加速させられるようになりイオ
ン注入(Ion Implantation)やＩＢＭ(Ion Beam Modifica
tion)の効果を誘発することができ、これが本発明にて
提供しようとする技術の要旨である。
【００２３】タ−ゲットホルダ−９を通して連結された
高電圧パルス発生部５からパルスモ−ドの高電圧をタ−
ゲット７に印加すると、タ−ゲット７は接地された状態
の母材８と比べて正電位を帯びる。このようにタ−ゲッ
ト７と母材８間に高電圧パルスが印加されている間に電
位差が形成される。
【００２４】このようなパルスモ−ドの電位差をプラズ
マを生成するパルスレ−ザ−と同期させると、レ−ザ−
プラズマ内のイオンがタ−ゲット７と母材８間の電位差
により母材８の方向に加速され押されていく。
【００２５】また、プラズマ内の中性粒子は、電位差に
無関係に一定量のエネルギ−を有して母材８に進み蒸着
される。従って、蒸着とＩＢＭ(Ion Beam Modificatio
n)またはイオン注入(Ion Implantation)の効果を単一ソ
−スだけを用いて得ることができる。タ−ゲット７に印
加される電圧を消すと単純蒸着だけが行われるのはもち
ろんである。
【００２６】そして、本発明にて提供するコ−ティング
方式においては、タ−ゲット７に照射されるレ−ザ−パ
ルスとタ−ゲット７に印加される高電圧パルスの相対的
な遅延時間を調節することにより、加速されるイオンの
量を調節することが可能なだけでなく、タ−ゲット７に
印加される電圧を調節することにより、イオンのエネル
ギ−を調節することが可能なため、母材８の表面改質の
ためのＩＢＭ(Ion Beam Modification)とＩＢＡＤ(Ion
Beam Assisted Deposition)、そしてイオン注入(Ion Im
plantation)の全てのモ−ドが可能となる。
【００２７】また、プラズマ形成のためのレ−ザ−がパ
ルスの形態で与えられるため、タ−ゲット７の加熱が殆
ど無いので、既存のコ−ティング装置と違ってタ−ゲッ
トの冷却のための水冷装置が不必要となる。
【００２８】第１の実施の形態 図２にはシリコン基板(母材)の上にＦｅタ−ゲットを用
いて本発明にて提供する方式を適用させた例のＲＢＳ(R
utherford Backscattering Spectroscopy)の分析結果を
示した。第１の実施の形態においては、波長１０６４ｎ
ｍ、パルス幅１０ｎｓのＱスイッチング(Q-switching)
されたＮｄ：ＹＡＧレ−ザ−が用いられた。
【００２９】パルスの繰り返し回数は１２.５Ｈｚ、タ
−ゲット７／基板(母材；８)間の距離は８０ｍｍ、タ−
ゲット７に集束されたビ−ムの大きさは０.２ｍｍで、
１００ｋＶのパルス電圧がタ−ゲット７にレ−ザ−パル
スと同期して印加された。高電圧パルスの印加持続時間
(duration)は４μｓで、全体蒸着時間は十分であった。
【００３０】図２ａと図２ｂはそれぞれ５０ｍＪ，２５
０ｍＪのパルスエネルギ−を用いた場合のＲＢＳの結果
を図示しているが、それぞれには任意の角で測定された
ＲＢＳスペクトラム１１,１３とシリコン基板方向１０
０に整列されたビ−ムによるチャネリングスペクトラム
１２,１４を比べた。
【００３１】図２ａに示すとおり、５０ｍＪのレ−ザ−
パルスエネルギ−の使用の際、約１０ｎｍ以内の薄いＦ
ｅ薄膜が形成されたものを示し、チャネリングスペクト
ラム１２によるとＦｅイオン注入の結果、シリコン基板
の非晶質化及びディフェクト(defect)生成が約８０ｎｍ
の深さまで生じたものを示しているが、これは１００Ｋ
ｅＶのエネルギ−を有するＦｅイオンの浸透の深さに該
当するものである。
【００３２】図２ｂに示すとおり、２５０ｍＪのレ−ザ
−パルスエネルギ−を用いる場合、約５０ｎｍ程度の比
較的に厚いＦｅ薄膜が基板に形成され、５０ｍＪの場合
と比べて相対的に低いイオン注入量(dose)のＦｅイオン
浸透結果を示している。このようにレ−ザ−パルスエネ
ルギ−の調節により本発明にて提供する方式は、相対的
な蒸着速度及びイオン注入量を調節することができるこ
とを表している。
【００３３】これに従って、低いレ−ザ−パルスエネル
ギ−を用いると、効果的に蒸着されるフィルムのスティ
ッチ溶着(stitching)効果による接着力の向上を図るこ
とができ、また高いレ−ザ−パルスエネルギ−を用い
て、蒸着速度を高め、相対的なイオン衝突効果を減少さ
せることにより、成長するフィルムの構造調節が可能で
且つ高密度なフィルムが得られる効果を誘発することが
できる。
【００３４】第２の実施の形態 図３には、遅延時間調節による固定された蒸着速度での
イオン注入量の変化が可能であることを示すオシロスコ
−プ測定結果を模式図に図示した。
【００３５】第２実施例では波長１０６４ｎｍ、パルス
幅１０ｎｓのＱスイッチング(Q-switching)されたＮ
ｄ：ＹＡＧレ−ザ−が用いられた。パルスの繰り返し回
数は１２.５Ｈｚ，タ−ゲット７／基板(母材；８)間の
距離は８０ｍｍ、タ−ゲットに集束されたビ−ムの大き
さは０．２ｍｍで、１００ｋＶのパルス電圧がタ−ゲッ
ト７にレ−ザ−パルスと同期して印加された。
【００３６】高電圧パルスの印加持続時間(duration)は
４μｓで、測定のための電極(detecting electrode)は
図１に示した母材１０の位置に取り付けられた。図３に
点線で示した線１５は、レ−ザ−パルスの照射によるレ
−ザ−プラズマの生成瞬間を示す。そして、矢印で示し
た部分は、高電圧パルスの印加スタ−トの瞬間を示す。
【００３７】レ−ザ−パルスと高電圧パルス間の遅延時
間が小さい場合(カ−ブ１６)には、プラズマ内のイオン
が４μｓの高電圧パルスには反応しないことを示してい
る。
【００３８】しかし、遅延時間が増加するに連れて、プ
ラズマ内の正のイオンと電子との分離が起こることによ
り、ディテクタ−(detector)に届くイオン電流１７,１
８がだんだんと増加することを示し、電子による陰電流
の量がだんだんと減少し、最適な遅延時間ではただ正イ
オンだけの最大の電流量１９を得ることになる。
【００３９】しかし、遅延時間が更に増加すると、レ−
ザ−プラズマプラム(plum)が消滅されるに従って正イオ
ン電流量２０が減少する結果を得ることになる。このよ
うに、単にレ−ザ−パルスと高電圧パルス間の遅延時間
を調節することにより、加速されるイオンの量を調節す
ることが可能となる。
【００４０】第３の実施の形態 本発明において提供するイオン注入及び蒸着同時処理効
果を、シリコン基板(母材；８)に波長１０６４ｎｍのＮ
ｄ：ＹＡＧレ−ザ−を用いて非晶質カ−ボンコ−ティン
グを行い、ボ−ル オン ディスク(Ball-on-disc)耐摩耗
テストを行うことにより比べた。
【００４１】図４ａには、レ−ザ−パルスエネルギ−１
００ｍＪにてパルスレ−ザ−プラズマにより単純蒸着さ
れた非晶質カ−ボンコ−ティングの耐摩耗テストの結果
２１と、１００ｋＶ高電圧パルスを同時に用いてＩＢＡ
Ｄ方式で蒸着された非晶質カ−ボンコ−ティングの耐摩
耗テストの結果２２とを比べた。
【００４２】また、図４ｂにはレ−ザ−パルスエネルギ
−が図４ａの２.５倍である２５０ｍＪにてパルスレ−
ザ−プラズマにより単純蒸着された非晶質カ−ボンコ−
ティングの耐摩耗テスト結果２３と、１００ｋＶ高電圧
パルスを同時に用いてＩＢＡＤ方式で蒸着された非晶質
カ−ボンコ−ティングの耐摩耗テスト結果２４とを比べ
た。
【００４３】テストに用いられたサファイアベアリング
ボ−ルの直径は３.１ｍｍで、耐摩耗テストは０.５Ｎの
荷重に線速０.１ｍ／ｓで行った結果であり、用いられ
た非晶質カ−ボンコ−ティングの厚さは全て２００ｎｍ
であった。図４にて明らかなとおり、小さい出力密度を
用いて得られた単純蒸着非晶質カ−ボンコ−ティング２
１は、耐摩耗の寿命が約６００サイクルに過ぎないが、
これを高電圧パルスと同期させ本発明にて提供するＩＢ
ＡＤ方式により蒸着させた非晶質カ−ボンコ−ティング
２２は、寿命が約１７００サイクルに延長されたことを
示し、約１３００サイクルの寿命を示していた大出力密
度レ−ザ−による単純蒸着非晶質カ−ボンコ−ティング
２３も、ＩＢＡＤ方式で製作されたコ−ティング２４で
は約２６００サイクルとして寿命が二倍近く増加された
ことが分かる。
【００４４】第４の実施の形態 図５には固体潤滑薄膜として広く用いられるＭｏＳ２材
料を用いて、本発明にて提供する方式でシリコン基板上
にコ−ティングされた薄膜の潤滑特性を比べた。
【００４５】ＭｏＳ２コ−ティング層の厚さは３５０ｎ
ｍで、潤滑テストに用いられたサファイアベアリングボ
−ルの直径は３.１ｍｍで、潤滑テストは０.５Ｎの荷重
に線速０.１ｍ／ｓで行った結果である。
【００４６】図５ａに示した結果２５は、レ−ザ−パル
スエネルギ−２５０ｍＪで単純蒸着されたＭｏＳ２薄膜
の潤滑特性である。図５ｃに示した結果２７は、レ−ザ
−パルスエネルギ−２５０ｍＪにて高電圧パルス１００
ｋＶを蒸着時間の間同期させ得た、ＩＢＡＤ方式で製作
された薄膜の潤滑特性の結果である。図に示すとおり、
図５ｃにて示す結果は、図５ａに示した単純蒸着された
ＭｏＳ２コ−ティングと比べて潤滑特性が向上されてい
ないことを示している。一方、図５ｂに示したＭｏＳ２
薄膜の潤滑特性２６は、図５ａの単純蒸着コ−ティング
の潤滑特性２５や図５ｃによるＩＢＡＤ方式による潤滑
特性２７と比べて格別な性質を示す。図５ｂに示したＭ
ｏＳ２薄膜は、初期５分間の蒸着では５０ｍＪのレ−ザ
−パルスエネルギ−を使用し、１００ｋＶの高電圧パル
スを同期させ強力なイオンスティッチ溶着(ion stitchi
ng)の効果を誘発させた後、２０分間２５０ｍＪのレ−
ザ−パルスエネルギ−で単純蒸着させた後、最後の５分
間は再び５０ｍＪのレ−ザ−パルスエネルギ−を用いて
１００ｋＶの高電圧を同期させイオン衝突(ion bombard
ment)効果を薄膜に誘発させて製作したものである。こ
のように用いようとするコ−ティング材料の種類または
使用機能の目的によって、本発明にて提供する蒸着、イ
オン注入(Ion Implantation)、 ＩＢＭ(Ion Beam Modifi
cation)などの効果を適切に組み合わせることにより、
単一ソ−スだけを用いて、機械的物理的特性の優れたコ
−ティングを製作することができる。
【００４７】
【発明の効果】前記のように成された本発明は、単一ソ
−スだけを用いて単純蒸着はもちろん、イオン注入／蒸
着同時処理、ＩＢＡＤ(Ion Beam Assisted Deposition)
またはＩＢＥＤ(Ion Beam Enhanced Deposition)そし
て、これらを組み合わせた方式を自由に用いて、機械
的、物理的に優れた性質のコ−ティングを提供すること
ができる方式として、装置の構造も簡単ながらコ−ティ
ングしようとする母材は電気的に接地されたため自由な
モ−ション駆動が可能であるので、複雑な形状を有する
母材にも均一なコ−ティングを適用し易い優れたコ−テ
ィング方式である。
【００４８】また、本発明はプラズマを発生させるため
の別途のガスソ−スが必要でなくなり高真空にて作業が
可能なので不純物が殆ど無い高純度コ−ティングが可能
である。
【００４９】以上においては、本発明を特定の好適な実
施の形態を例をして挙げ図示し説明したが、本発明は前
記の実施例に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範
囲内で、当該発明の属する技術分野にて通常の知識を有
するものにより様々な変更と修正が可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において提供する装置の模式図である。
【図２】本発明において提供される蒸着／イオン注入同
時処理の実施によるＲＢＳ分析の結果を示す図である。
【図３】遅延時間の変化によるイオン電流の特性を示す
模式図である。
【図４】本発明において提供する方式によりコ−ティン
グされた耐摩耗非晶質カ−ボン薄膜の耐摩耗性向上を示
した例である。
【図５】本発明において提供する方式によりコ−ティン
グされた固体潤滑性ＭｏＳ２薄膜の潤滑特性向上を示し
た例である。
【符号の説明】
１：レ−ザ− ２：光アセンブリ ３：入射窓 ４：真
空チャンバ ５：高電圧パルス発生部 ６：高電圧フィ
−ドスル− ７：タ−ゲット ８：母材 ９：タ−ゲッ
トホルダ− １０：母材ホルダ−
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スーン・クヮン・キム 大韓民国、キョンキ−ドー、コヤン−シ、 イルサン−ク、ジュヨブ−ドン、ウーソ ン・アパートメント 1903−101 Ｆターム(参考） 4K029 AA06 BA09 BA34 BA51 CA01 CA13 DB20 4M104 AA01 BB04 BB16 BB36 DD35

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レ−ザ−光を発生するレ−ザ−と；前記
    レ−ザ−により発生されたレ−ザ−光のフォ−カシング
    (Focusing)とスキャニング(Scanning)とを行うための光
    アセンブリと；前記レ−ザ−光により発生されたプラズ
    マの蒸着源となるタ−ゲットと；前記タ−ゲットを取り
    付けるタ−ゲットホルダ−と；前記タ−ゲットにパルス
    モ−ドの高電圧を供給する高電圧パルス発生部と；前記
    高電圧パルス発生部にて出力される高電圧パルスを前記
    タ−ゲットに供給する高電圧フィ−ドスル−と；前記レ
    −ザ−により発生されたパルスモ−ドのレ−ザ−光によ
    り発生されたタ−ゲットのプラズマを用いたコ−ティン
    グまたは表面改質の対象となる母材と；前記母材を取り
    付ける母材ホルダ−と；前記タ−ゲット、タ−ゲットホ
    ルダ−、母材、母材ホルダ−をその内部に受容し且つ一
    定の真空度を維持する真空チャンバと；前記真空チャン
    バの真空度を一定に維持する真空システムとを含むこと
    を特徴とする単一ソ−スを用いたコ−ティングと表面処
    理装置。
  2. 【請求項２】 前記レ−ザ−は、パルスモ−ドのレ−ザ
    −光を出力して、前記タ−ゲットをプラズマに変化させ
    ることを特徴とする請求項１に記載の単一ソ−スを用い
    たコ−ティングと表面処理装置。
  3. 【請求項３】 前記レ−ザ−は、パルス幅、パルス周期
    そしてパルスエネルギ−の調節が可能なパルスモ−ドレ
    −ザ−光を出力することにより、前記タ−ゲットのプラ
    ズマインテンシティ−の調節を可能とすることを特徴と
    する請求項２に記載の単一ソ−スを用いたコ−ティング
    と表面処理装置。
  4. 【請求項４】 前記タ−ゲットに供給される高電圧パル
    ス発生部の高電圧パルスとレ−ザ−のパルス間の同期が
    可能であり、レ−ザ−パルスと高電圧パルス間の同期遅
    延時間(delay time)の調節が可能であることを特徴とす
    る請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の単一ソ
    −スを用いたコ−ティングと表面処理装置。
  5. 【請求項５】 前記高電圧パルス発生部は、前記タ−ゲ
    ットにて発生して母材方向に進むプラズマ内のイオンエ
    ネルギ−の調節を可能とするために、出力電圧の調節が
    可能であることを特徴とする請求項１に記載の単一ソ−
    スを用いたコ−ティングと表面処理装置。
  6. 【請求項６】 前記母材ホルダ−は、回転及び直線運動
    が可能な駆動部を含むことを特徴とする請求項１に記載
    の単一ソ−スを用いたコ−ティングと表面処理装置。
  7. 【請求項７】 前記タ−ゲットに照射されるパルスレ−
    ザ−ビ−ムのスキャニング(scanning)がレ−ザ−ビーム
    のフォ−カシングのためのレンズ光学部の駆動を通して
    なされることを特徴とする請求項１に記載の単一ソ−ス
    を用いたコ−ティングと表面処理装置。
  8. 【請求項８】 一定の真空度を有する真空チャンバに単
    一ソ−スプラズマ生成源となるタ−ゲットと、前記タ−
    ゲットにより生成されたプラズマが蒸着される母材を設
    定する段階と；前記タ−ゲットに高電圧パルスを供給し
    ながら、前記タ−ゲットにパルスモ−ドのレ−ザ−光を
    照射することによりプラズマを生成する段階とで構成さ
    れることを特徴とする単一ソ−スを用いたコ−ティング
    と表面処理方法。
  9. 【請求項９】 前記単一ソ−スにより生成されたプラズ
    マを用いて単純蒸着、イオン注入(Ion Implantation)、
    ＩＢＡＤ(Ion Beam Assisted Deposition)、ＩＢＥＤ(I
    on Beam Enhanced Deposition)、蒸着／イオン注入の内
    いずれか一つの方式を選択する方法と、前記方式の内二
    つ以上を選択して任意の順序で組み合わせる方法とを行
    うことができることを特徴とする請求項８に記載の単一
    ソ−スを用いたコ−ティングと表面処理方法。
  10. 【請求項１０】 前記レ−ザ−のパルスエネルギ−と、
    パルス幅とパルス周期と、同期された高電圧パルスとレ
    −ザ−パルスとの同期遅延時間(delay time)と、同期さ
    れるパルス高電圧の電圧の大きさと、そして電圧印加時
    間との独立的な調節が可能であることを特徴とする請求
    項８に記載の単一ソ−スを用いたコ−ティングと表面処
    理方法。
JP2001378760A 2001-01-31 2001-12-12 単一ソ−スを用いたコ−ティングと表面処理装置及び方法 Pending JP2002249870A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR2001-004666 2001-01-31
KR10-2001-0004666A KR100375333B1 (ko) 2001-01-31 2001-01-31 단일 소스를 이용한 코팅과 표면 처리 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002249870A true JP2002249870A (ja) 2002-09-06

Family

ID=19705154

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001378760A Pending JP2002249870A (ja) 2001-01-31 2001-12-12 単一ソ−スを用いたコ−ティングと表面処理装置及び方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2002249870A (ja)
KR (1) KR100375333B1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006103134A (ja) * 2004-10-05 2006-04-20 Konica Minolta Holdings Inc インクジェットヘッドの電極形成方法
JP2015081358A (ja) * 2013-10-22 2015-04-27 三井造船株式会社 皮膜形成装置及び皮膜形成方法
JP2015533928A (ja) * 2012-08-09 2015-11-26 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 堆積プロセスの同期のための方法および装置
CN114324181A (zh) * 2021-12-23 2022-04-12 重庆融海超声医学工程研究中心有限公司 激光换能装置及其控制方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006103134A (ja) * 2004-10-05 2006-04-20 Konica Minolta Holdings Inc インクジェットヘッドの電極形成方法
JP2015533928A (ja) * 2012-08-09 2015-11-26 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 堆積プロセスの同期のための方法および装置
JP2015081358A (ja) * 2013-10-22 2015-04-27 三井造船株式会社 皮膜形成装置及び皮膜形成方法
CN114324181A (zh) * 2021-12-23 2022-04-12 重庆融海超声医学工程研究中心有限公司 激光换能装置及其控制方法
CN114324181B (zh) * 2021-12-23 2024-02-27 重庆融海超声医学工程研究中心有限公司 激光换能装置及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR100375333B1 (ko) 2003-03-06
KR20020064064A (ko) 2002-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20040089535A1 (en) Process and apparatus for pulsed dc magnetron reactive sputtering of thin film coatings on large substrates using smaller sputter cathodes
Ryabchikov et al. Low energy, high intensity metal ion implantation method for deep dopant containing layer formation
Yoshitake et al. Atomic force microscope study of carbon thin films prepared by pulsed laser deposition
US4303694A (en) Method and device of deposition through vacuum evaporation making use _of a modulated electron beam and a screen
Konov et al. Pulsed laser deposition of hard coatings in atmospheric air
RU2413033C2 (ru) Способ плазменного азотирования изделия из стали или из цветного сплава
JP2002249870A (ja) 単一ソ−スを用いたコ−ティングと表面処理装置及び方法
Zeb et al. Deposition of diamond-like carbon film using dense plasma focus
US4933065A (en) Apparatus for applying dielectric or metallic materials
Layes et al. Composite targets in HiPIMS plasmas: Correlation of in-vacuum XPS characterization and optical plasma diagnostics
Wołowski et al. Application of pulsed laser deposition and laser-induced ion implantation for formation of semiconductor nano-crystallites
US20090020415A1 (en) "Iontron" ion beam deposition source and a method for sputter deposition of different layers using this source
JP2008280579A (ja) 電子ビームスパッタリング装置
RU172351U1 (ru) Устройство для электронно-лучевого осаждения оксидных покрытий
RU2339735C1 (ru) Способ нанесения пленочного покрытия
JP4370949B2 (ja) 成膜方法
Rahman et al. Carbon multicharged ion generation from laser-spark ion source
CN114182212A (zh) 一种使用真空紫外光提高气相沉积过程离化率的方法
JP2005290510A (ja) 電子ビーム蒸着方法及びその装置
JPS61201772A (ja) 薄膜形成方法および装置
JPH06264225A (ja) イオンプレーティング装置
Cutroneo et al. Ion Beam Analysis applied to laser-generated plasmas
RU2135633C1 (ru) Способ вакуумного нанесения тонких пленок
RU2094891C1 (ru) Материал для катода
JP2657140B2 (ja) 高機能性薄膜の形成方法

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040520

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050419

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20050719

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20050722

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20051213