JPH0215161A - イオンビームスパッタ法による炭化チタン膜形成方法 - Google Patents
イオンビームスパッタ法による炭化チタン膜形成方法Info
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- JPH0215161A JPH0215161A JP16537188A JP16537188A JPH0215161A JP H0215161 A JPH0215161 A JP H0215161A JP 16537188 A JP16537188 A JP 16537188A JP 16537188 A JP16537188 A JP 16537188A JP H0215161 A JPH0215161 A JP H0215161A
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、イオンビームスパッタ装置によって緻密で高
硬度の炭化チタン膜を形成する方法に関するものである
。
硬度の炭化チタン膜を形成する方法に関するものである
。
Ｔｉｅ（炭化チタン）は、高硬度であることから、耐摩
耗性被覆膜として幅広く利用されている。Ｔｉｅ膜の作
成には、ＣＶＤ （科学蒸着）法や、イオンブレーティ
ング法などが利用されている。最もよく利用されている
、ＣＶＤ法は、加熱した母材を四塩化チタン（Ｔｉ ｃ
１４） 、メタン（ＣＨ４）、水素（Ｈ２）などの混
合ガスの雰囲気にさらし、母材表面での化学反応により
Ｔｉｅ膜を得る方法であり、析出速度が速く、複雑な形
状の物体にも被覆できるなどの利点がある。しかしなが
ら、化学反応を利用するために、母相を高温に加熱する
必要があり、低融点物質や精密加工部品を母材とした場
合には、材料の変形や寸法変化が発生するため、被覆で
きないことがある。
耗性被覆膜として幅広く利用されている。Ｔｉｅ膜の作
成には、ＣＶＤ （科学蒸着）法や、イオンブレーティ
ング法などが利用されている。最もよく利用されている
、ＣＶＤ法は、加熱した母材を四塩化チタン（Ｔｉ ｃ
１４） 、メタン（ＣＨ４）、水素（Ｈ２）などの混
合ガスの雰囲気にさらし、母材表面での化学反応により
Ｔｉｅ膜を得る方法であり、析出速度が速く、複雑な形
状の物体にも被覆できるなどの利点がある。しかしなが
ら、化学反応を利用するために、母相を高温に加熱する
必要があり、低融点物質や精密加工部品を母材とした場
合には、材料の変形や寸法変化が発生するため、被覆で
きないことがある。
イオンブレーティング法は、加熱蒸発した被膜材料をイ
オン化し、電位をかけた母材に堆積させ、薄膜を形成す
る方法であり、ＣＶＤ法に比べると、密着性が良く、高
硬度の膜が得られるなどの特徴を有するが、イオンを千
〇用するため、絶縁物への被覆は難しく、膜厚の不均一
が大きいなどの欠点もある。
オン化し、電位をかけた母材に堆積させ、薄膜を形成す
る方法であり、ＣＶＤ法に比べると、密着性が良く、高
硬度の膜が得られるなどの特徴を有するが、イオンを千
〇用するため、絶縁物への被覆は難しく、膜厚の不均一
が大きいなどの欠点もある。
イオンビームスパッタ法は、真空容器内においてイオン
銃から放出される不活性イオンによってターゲット原子
を叩き出し、母材表面にターゲラ原子で形成される薄膜
を形成する方法である。この方法は、コーテイング物質
の運動エネルギーを利用して付着させるため、母材を加
熱する必要がなく、ＣＶＤ法などに比へて低温のままで
被覆が可能であり、真空蒸着法に比へても、付着の際の
エネルギーが１００倍程慶大きいため密着性の良い膜が
得られる等の利点がある。イオンビームスパッタ法によ
ってＴｉｃ膜を作成するにはチタンとグラファイトのタ
ーゲットを同時に不活性ガスイオンによってスパッタし
、チタン原子および炭素原子を母材表面へ付着させるこ
とにより形成されるが、クラファイＩ〜ターゲットから
スパッタされた炭素原子は、チタンと反応してＴｉｃを
形成するものと、チタンと反応せず母材上で再びクラフ
ァイト構造を形成するものがあり、母材表面に形成され
る膜は、これらの混合層となる。グラフアイ１へは結晶
構造がＴ］Ｃと異なり、硬度も小さいことから、緻密で
高硬度のＴ］Ｃ膜をイオンビムスパッタ装置により作成
する場合には、膜中に混入したこれらのグラファイト成
分を除去する必要がある。
銃から放出される不活性イオンによってターゲット原子
を叩き出し、母材表面にターゲラ原子で形成される薄膜
を形成する方法である。この方法は、コーテイング物質
の運動エネルギーを利用して付着させるため、母材を加
熱する必要がなく、ＣＶＤ法などに比へて低温のままで
被覆が可能であり、真空蒸着法に比へても、付着の際の
エネルギーが１００倍程慶大きいため密着性の良い膜が
得られる等の利点がある。イオンビームスパッタ法によ
ってＴｉｃ膜を作成するにはチタンとグラファイトのタ
ーゲットを同時に不活性ガスイオンによってスパッタし
、チタン原子および炭素原子を母材表面へ付着させるこ
とにより形成されるが、クラファイＩ〜ターゲットから
スパッタされた炭素原子は、チタンと反応してＴｉｃを
形成するものと、チタンと反応せず母材上で再びクラフ
ァイト構造を形成するものがあり、母材表面に形成され
る膜は、これらの混合層となる。グラフアイ１へは結晶
構造がＴ］Ｃと異なり、硬度も小さいことから、緻密で
高硬度のＴ］Ｃ膜をイオンビムスパッタ装置により作成
する場合には、膜中に混入したこれらのグラファイト成
分を除去する必要がある。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、イ
オンビームスパッタ法によって、チタン及びグラファイ
トから成る複合ターゲラｌ−を水素雰囲気中でスパッタ
して、母材表面上に緻密で高硬度のＴＩＣ膜を形成する
ことである。
オンビームスパッタ法によって、チタン及びグラファイ
トから成る複合ターゲラｌ−を水素雰囲気中でスパッタ
して、母材表面上に緻密で高硬度のＴＩＣ膜を形成する
ことである。
本発明は、１個のイオン銃とチタン及びグラファイトか
ら成る複合ターゲラ１〜を備えたイオンビムスパノタ装
置において、Ａｒなどの不活性ガスイオンを複合ターゲ
ラ１〜に照射し、ターゲットから叩き出されたチタン原
子及び炭素原子を母材に付着させ、炭化チタン膜を析出
させる際、真空容器内に水素ガスを導入し、炭化チタン
と同時に母材上へ析出するグラファイ１〜成分を、水素
と反応させて母材上から除去することにより、緻密で高
硬度の炭化チタン膜を得る方法である。
ら成る複合ターゲラ１〜を備えたイオンビムスパノタ装
置において、Ａｒなどの不活性ガスイオンを複合ターゲ
ラ１〜に照射し、ターゲットから叩き出されたチタン原
子及び炭素原子を母材に付着させ、炭化チタン膜を析出
させる際、真空容器内に水素ガスを導入し、炭化チタン
と同時に母材上へ析出するグラファイ１〜成分を、水素
と反応させて母材上から除去することにより、緻密で高
硬度の炭化チタン膜を得る方法である。
本発明の実施例を第１図で説明する。コーティング用の
真空チャンバーにはイオン銃１、複数のターゲットを取
り付ける事ができる回転式ターゲットホルダー２、及び
被覆膜が母材に均一に付着する様に回転機構がついた試
料ホルダー３が設置されている。炭化チタン膜を形成す
るには、酸素などの不純物の混入を減らすために、真空
チャンバー内を１０ ４（Ｐａ）台まで排気し、その後
ガス導入口６からＡｒなどの不活性ガスをイオン銃の中
へ導入し、２ｋｅＶ程度のエネルギーを持ったＡｒイオ
ンをターゲット４に照射する。ターゲット４はチタンと
グラファイトから成りＡｒイオンに対するスパッタ率の
差などから若干の違いはあるものの、ターゲット上でＡ
ｒイオンが照射される双方の面積比によって、Ｔｉｃ膜
の組成が決定される。そのため、Ａｒイオン照射面積を
変える事により、容易に組成制御を行なうことができる
。また、第２図に示す様に、ターゲラ１へホルダー」二
でのチタンとグラファイトの配置や母材ホルダーの位置
を変える事により、甲板や円筒形など様々な形状の物体
に均一なＴｉｃ膜の被覆が可能である。Ｔｉｅ成膜中は
、ガス導入ロアより水素ガスを導入する。グラフアイ１
−ターゲットからスパッタされた炭素原子のほとんどは
、チタンタゲッ１−からスパッタされたチタン原子と反
応して母材表面」二にＴｉｃ膜を形成するが、反応に関
与しなかった一部の炭素原子は、グラファイト構造を持
ちＴｉｃ膜中に混入する。真空容器へ導入された水素は
、膜中に混入したグラファイトと反応し、メタンなどの
炭化水素を形成して、気相中へ放出する役目を持ち、膜
中のグラファイトは取り除かれ、母材上にはＴｉｃ膜の
みが残る。
真空チャンバーにはイオン銃１、複数のターゲットを取
り付ける事ができる回転式ターゲットホルダー２、及び
被覆膜が母材に均一に付着する様に回転機構がついた試
料ホルダー３が設置されている。炭化チタン膜を形成す
るには、酸素などの不純物の混入を減らすために、真空
チャンバー内を１０ ４（Ｐａ）台まで排気し、その後
ガス導入口６からＡｒなどの不活性ガスをイオン銃の中
へ導入し、２ｋｅＶ程度のエネルギーを持ったＡｒイオ
ンをターゲット４に照射する。ターゲット４はチタンと
グラファイトから成りＡｒイオンに対するスパッタ率の
差などから若干の違いはあるものの、ターゲット上でＡ
ｒイオンが照射される双方の面積比によって、Ｔｉｃ膜
の組成が決定される。そのため、Ａｒイオン照射面積を
変える事により、容易に組成制御を行なうことができる
。また、第２図に示す様に、ターゲラ１へホルダー」二
でのチタンとグラファイトの配置や母材ホルダーの位置
を変える事により、甲板や円筒形など様々な形状の物体
に均一なＴｉｃ膜の被覆が可能である。Ｔｉｅ成膜中は
、ガス導入ロアより水素ガスを導入する。グラフアイ１
−ターゲットからスパッタされた炭素原子のほとんどは
、チタンタゲッ１−からスパッタされたチタン原子と反
応して母材表面」二にＴｉｃ膜を形成するが、反応に関
与しなかった一部の炭素原子は、グラファイト構造を持
ちＴｉｃ膜中に混入する。真空容器へ導入された水素は
、膜中に混入したグラファイトと反応し、メタンなどの
炭化水素を形成して、気相中へ放出する役目を持ち、膜
中のグラファイトは取り除かれ、母材上にはＴｉｃ膜の
みが残る。
第３図に、成膜の際に水素を導入しない場合（ａ）と、
水素を導入した場合（ｂ）のそれぞれのオージェスペク
トルを示す。炭素のスペクｌ〜ルの形状から、膜中には
グラフアイｌ−成分がほとんど含まれていない事がわか
る。
水素を導入した場合（ｂ）のそれぞれのオージェスペク
トルを示す。炭素のスペクｌ〜ルの形状から、膜中には
グラフアイｌ−成分がほとんど含まれていない事がわか
る。
本実施例によると、成膜中に真空容器内へ水素を導入せ
ず、複合ターゲラ１へのスパッタのみで得られた膜厚］
−８ＯμｍのＴｉｃ膜がヌープ硬さ２６００であったの
に対し、水素を２０８ ＣＣＭ導入しながら形成したＴ
ｉ ｃ膜では、同し膜厚１、、．０μｍで、ヌープ硬
さ３５００（荷重１０ｇ）と、Ｔ ｉ ｃのバルク値に
近い値が得られた。また、水素導入による堆積速度の変
化や、膜中の酸素などの不純物の増加は認められなかっ
た。この様に、成膜中に水素を導入しグラフアイｈ成分
を除去する事により、緻密で高硬度のＴｉｅ膜がイオン
ビームスパッタ法によって得られる。
ず、複合ターゲラ１へのスパッタのみで得られた膜厚］
−８ＯμｍのＴｉｃ膜がヌープ硬さ２６００であったの
に対し、水素を２０８ ＣＣＭ導入しながら形成したＴ
ｉ ｃ膜では、同し膜厚１、、．０μｍで、ヌープ硬
さ３５００（荷重１０ｇ）と、Ｔ ｉ ｃのバルク値に
近い値が得られた。また、水素導入による堆積速度の変
化や、膜中の酸素などの不純物の増加は認められなかっ
た。この様に、成膜中に水素を導入しグラフアイｈ成分
を除去する事により、緻密で高硬度のＴｉｅ膜がイオン
ビームスパッタ法によって得られる。
本発明によれば、１個のイオン銃とチタン及びグラファ
イトから成る複合ターゲットを持つイオンビームスパッ
タ装置において、不活性ガスイオンでターゲットを照射
して炭化チタン膜を母材表面に形成する際、真空容器内
に水素を導入することにより、母材」−でのグラファイ
トの析出を抑制し、緻密で高硬度の炭化チタン膜を形成
することができる。この方法を用いることにより、今ま
で被覆できなかった低融点物質や精密加工部品などにも
、イオンビームスパッタ法を利用して、耐摩耗性のすぐ
れた炭化チタン膜を被覆することが可能になり、広範囲
にわたる摩耗部品の寿命向」二という効果を奏すること
ができる。
イトから成る複合ターゲットを持つイオンビームスパッ
タ装置において、不活性ガスイオンでターゲットを照射
して炭化チタン膜を母材表面に形成する際、真空容器内
に水素を導入することにより、母材」−でのグラファイ
トの析出を抑制し、緻密で高硬度の炭化チタン膜を形成
することができる。この方法を用いることにより、今ま
で被覆できなかった低融点物質や精密加工部品などにも
、イオンビームスパッタ法を利用して、耐摩耗性のすぐ
れた炭化チタン膜を被覆することが可能になり、広範囲
にわたる摩耗部品の寿命向」二という効果を奏すること
ができる。
第１図は、本発明の実施例であるイオンビームスパッタ
装置の縦断面図である。第２図は、各種形状の母材を示
す模式図であり、（ａ）は円筒形（ｂ）は平面状の母材
への被覆例である。゛第３図は、本イオンビームスパッ
タ装置によって作成された炭化チタン膜のオージェスペ
クトルを示したものである。（ａ）は、Ｔ］とグラフア
イＩ−の複合ターゲラ１へのスパッタのみによって作成
した炭化チタン、（ｂ）は水素を導入しながら複合タゲ
ットをスパッタして作成した炭化チタン膜のオージェス
ペクトルである。 図において、１はイオン銃、２はターゲラ１へホルダー
、３は母材ホルダー、４はターゲット、５は母材、６は
Ａｒガス導入口、７は水素ガス導入口、８は形成膜、９
はＡｒイオンビーム、１０は母材、１１はＴｉターゲッ
ト、１２はグラファイトターゲットである。 特許出願人の名称 日立工機株式会社 芋 図 芽２図 第３図 （α） （ｂ） τ１ １［ ！
装置の縦断面図である。第２図は、各種形状の母材を示
す模式図であり、（ａ）は円筒形（ｂ）は平面状の母材
への被覆例である。゛第３図は、本イオンビームスパッ
タ装置によって作成された炭化チタン膜のオージェスペ
クトルを示したものである。（ａ）は、Ｔ］とグラフア
イＩ−の複合ターゲラ１へのスパッタのみによって作成
した炭化チタン、（ｂ）は水素を導入しながら複合タゲ
ットをスパッタして作成した炭化チタン膜のオージェス
ペクトルである。 図において、１はイオン銃、２はターゲラ１へホルダー
、３は母材ホルダー、４はターゲット、５は母材、６は
Ａｒガス導入口、７は水素ガス導入口、８は形成膜、９
はＡｒイオンビーム、１０は母材、１１はＴｉターゲッ
ト、１２はグラファイトターゲットである。 特許出願人の名称 日立工機株式会社 芋 図 芽２図 第３図 （α） （ｂ） τ１ １［ ！
Claims (1)
- 真空容器内に設けたチタン及びグラファイトの複合ター
ゲットを、イオン銃から放出される不活性ガスイオンで
スパッタして母材表面に炭化チタン膜を作成するイオン
ビームスパッタ装置において、成膜の際、前記真空容器
内に水素を導入し、グラファイトターゲットからスパッ
タされた炭素原子のうち、炭化チタン膜にグラファイト
として混入される炭素を前記水素と反応させて除去する
事を特徴とするイオンビームスパッタ法による炭化チタ
ン膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16537188A JPH0215161A (ja) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | イオンビームスパッタ法による炭化チタン膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16537188A JPH0215161A (ja) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | イオンビームスパッタ法による炭化チタン膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0215161A true JPH0215161A (ja) | 1990-01-18 |
Family
ID=15811103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16537188A Pending JPH0215161A (ja) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | イオンビームスパッタ法による炭化チタン膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0215161A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090050469A1 (en) * | 2007-08-22 | 2009-02-26 | International Business Machines Corporation | Alignment film forming apparatus and methos |
| CN102936714A (zh) * | 2012-12-03 | 2013-02-20 | 哈尔滨工业大学 | 基于大面积强流脉冲电子束复合处理制备硬质碳化物陶瓷涂层的装置及其制备方法 |
| CN107419228A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-12-01 | 信利光电股份有限公司 | 一种金属钛掺杂类金刚石薄膜及其制备方法 |
-
1988
- 1988-07-01 JP JP16537188A patent/JPH0215161A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090050469A1 (en) * | 2007-08-22 | 2009-02-26 | International Business Machines Corporation | Alignment film forming apparatus and methos |
| US9034151B2 (en) * | 2007-08-22 | 2015-05-19 | International Business Machines Corporation | Alignment film forming apparatus and method |
| US9869014B2 (en) | 2007-08-22 | 2018-01-16 | International Business Machines Corporation | Formation of an alignment film for a liquid crystal on a substrate |
| CN102936714A (zh) * | 2012-12-03 | 2013-02-20 | 哈尔滨工业大学 | 基于大面积强流脉冲电子束复合处理制备硬质碳化物陶瓷涂层的装置及其制备方法 |
| CN107419228A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-12-01 | 信利光电股份有限公司 | 一种金属钛掺杂类金刚石薄膜及其制备方法 |
| CN107419228B (zh) * | 2017-06-19 | 2019-11-22 | 信利光电股份有限公司 | 一种金属钛掺杂类金刚石薄膜及其制备方法 |
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