JPH0244901B2 - Reezaomochiitajochakusochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、各種の金属、合金、セラミツクスか
ら成る基板の表面に各種の機能を備えた被覆層を
形成した部材、例えば、切削工具及び耐摩耗工具
のような工具部品並びに半導体素子基板のような
電子工業部品、を製造する際に用いて好適なレー
ザを用いた蒸着装置に関し、更に詳しくは、基板
への被覆層形成時に後述する光学系調整器の汚染
を防止でき、もつて連続作業を可能とすることに
より作業能率を高めることができる構造のレーザ
を用いた蒸着装置に関する。

［従来技術］ 一般に、金属、合金、セラミツクスから成る基
板の表面に様々な機能を有する被覆層を形成する
ための蒸着装置には、大別して、化学蒸着装置
（CVD装置）と物理蒸着装置（PVD装置）があ
る。

後者の装置を更に分類すると、イオンプレーテ
イング装置、スパツタリング装置、真空蒸着装置
になるが、このうちの真空蒸着装置の１種とし
て、被照射試料を加熱蒸発させる手段にレーザ光
を用いるレーザを用いた蒸着装置が知られてい
る。

従来から多用されているレーザを用いた蒸着装
置は、強力なエネルギー密度に絞りこんだ集束レ
ーザ光を被照射試料に照射するため、この被照射
試料はレーザ光の照射部分がその他の非照射部分
に比べて多量に蒸発して照射痕となり、連続運転
が困難となる。このため、従来のレーザを用いた
蒸着装置に適用されているレーザ光は、その照射
エネルギーを100W以下に抑制した小出力レーザ
光が主流である。

しかしながら、レーザ光の照射エネルギーが小
さい場合は、被照射試料からの蒸発物の蒸発量が
少なくなり基板表面に形成される被覆層の成膜速
度は小さくなる。また、基板に形成された被覆層
の機械的強度も小さく、基板との密着性も弱くな
るという問題点が指摘されてる。

このような問題点を解決するために、本発明者
らは新規な構造の装置を開発した（特開昭59−
116373号公報参照）。

ここで開示されている装置は、大出力のレーザ
光を被照射試料に照射することを可能にしたもの
で、具体的には、リング状に形状加工した被照射
試料を真空容器内で軸回転させ、その接線方向か
ら大出力の集束レーザ光を照射することを特徴と
する。このような態様を採用することにより、被
照射試料から蒸発する蒸発物の活性化は促進さ
れ、この高活性の蒸発物から成る被覆層と基板と
の密着性は著しく向上し、更には、蒸発物を回転
リング状の被照射試料から基板に連続的かつ安定
して供給することができる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながらこの装置の場合、被照射試料を長
時間に亘つて蒸発させたときまたは短時間ではあ
つても断続的に数回蒸発を反復したとき、反応容
器の中、とりわけ容器の壁面に配設されるレーザ
光導入用窓の内側の面または容器内に導入された
レーザ光を集束するための凹面鏡若しくは放物面
鏡のような光学系調整器への蒸発物の付着が激し
くなり、被照射試料へのレーザ照射効率が低下す
るという事態を招いている。

そして、反応容器の中、とりわけ光学系調整器
に付着した蒸発物を除去する場合には、往々にし
て光学系調整器の表面に傷がつく。表面損傷を受
けた光学系調整器は当然にもそのレーザ照射効率
が低下する。

本発明は、特開昭59−116373号公報に開示され
ているレーザ蒸着装置における上記問題点を解消
し、反応容器内、とりわけ光学系調整器の汚染を
防止しうるとともに被覆層の強度特性の向上、被
覆層と基板との密着性の向上を可能たらしめる新
規構造のレーザを用いた蒸着装置の提供を目的と
する。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意研究を
重ねたところ、被照射試料を蒸発しているときに
汚染防止の対象個所に後述する洗浄用のイオンビ
ームを照射して付着物をスパツタすることは有効
な手段であるとの事実を見出し、本発明の装置を
開発するに到つた。

すなわち、本発明のレーザを用いた蒸着装置
は、反応容器内で軸回転する被照射試料と、レー
ザ光を導入しかつ集束せしめて該被照射試料に照
射する光学系調整器と、該被照射試料に対向して
配設され、その表面には該被照射試料の蒸発物に
よる被覆層が形成される基板とを具備するレーザ
を用いた蒸着装置において、該光学系調整基を照
射する洗浄用イオンビームのイオン源が付設され
ていることを特徴とする。

以下に本発明装置を概略図として示した例に基
づいて更に詳細に説明する。

図で、１は反応容器で内部は真空または所定圧
のAr、He、N₂のようなガス雰囲気に維持され
る。２は容器１の中に配設された被照射試料であ
つて、紙面を垂直の方向に伸張する回転軸２ａの
周りを例えば矢線P₁方向に軸回転する。

この被照射試料は、基体の表面に形成させよう
とする被覆層の種類に応じて黒鉛、炭素、金属、
合金、金属化合物またはセラミツクス焼結体のな
かの少なくとも１種から成る材質で構成される。

具体的には、黒鉛；炭素；Ti、Zr、Hf、Ｖ、
Nb、Ta、Ｗ、Mo、Cr、Ｂ、Siの金属若しくは
これらを含む合金；各種の超硬合金、サーメツト
などの合金；TiC、TiN、TiO₂、TiB₂、Al₂O₃、
SiC、Si₃N₄、hBN、cBN、Ti（Ｃ、Ｎ）、（Ti、
Ta）Ｃなどの金属化合物；Al₂O₃系セラミツク
ス、ZrO₂系セラミツクス、SiC系セラミツクス、
Si₃N₄系セラミツクス、cBN系焼結体、ダイヤモ
ンド系焼結体などのセラミツクス焼結体を例示す
ることができる。また、被照射試料の形状として
は、円柱体、円筒体、円錐体、湾曲体、リング
体、円板体など軸回転の際にバランスよく回転で
きる形状であればどのような形であつてもよい。
これらの形状体は上に列記した各材質のみで構成
されてもよいが、上記各材質を２種類以上使用し
てこれらを複合した形状にすると、基板の表面に
は多重の層構成の被覆層を形成することができて
有用である。

なお、被照射試料２が回転軸２ａの軸長方向に
摺動できるようにしておくと、後述するレーザ光
照射の際に、被照射試料の被照射領域を拡張する
ことができて有効である。

また、被照射試料にレーザ光が照射されると、
該試料は急激に部分加熱されて往々にして熱割れ
現象を起すことがあるが、これを防止するため
に、レーザ光照射に先立ち被照射試料を予熱する
ことを目的として、該被照射試料の外周部に温度
制御が可能な加熱器３を配設しておくと好適であ
る。

レーザ光は、発振器４で発振され例えばCu製
の平面鏡４ａ，４ｂで矢線P₂のように光路転換
され、集光レンズ５ａで集光されて容器１内に導
入される。

５ｂは例えばKCl製の透過窓でここからレーザ
光が導入される。そして、レーザ光は容器１の内
壁に付設された例えばCu製の凹面鏡（又は放物
面鏡）５ｃの鏡面に到達し、ここで集束されかつ
光路転換されて矢線P₃にように進んで被照射試
料２の被照射面を接線方向から照射する。

本発明装置においては、上記した透過窓５ｂ、
凹面鏡（若しくは放物面鏡）を全体として光学系
調整器という。なお、凹面鏡又は放物面鏡５ｃは
透過窓５ｂから進んできたレーザ光の反射角を微
量調整できるようにしておくと、被照射試料の被
照射面へのレーザ光照射のコントロールが容易に
行なえて好適である。

かくして、被照射試料２の被照射面からは矢線
P₄方向に蒸発物が放散していく。

被照射試料２の上方には基板６が対向して配設
される。基板には、ガラス、合成樹脂、金属、合
金、セラミツクス焼結体など用途に応じて全ゆる
材質のものを用いることができる。具体的には、
耐熱ガラス；熱硬化性樹脂；Ti、Zr、Hf、Ｖ、
Nb、Ta、Ｗ、Mo、Cr、Al、Cu、Fe、Ni、Co
などの金属；炭素鋼、高速度鋼、ステンレスステ
イール、ハステロイ、インコネル、超硬合金、サ
ーメツトなどの合金；Al₂O₃系セラミツクス、
ZrO₂系セラミツクス、Si₃N₄系セラミツクス、
SiC系セラミツクス、TiC系セラミツクス、TiB₂
系セラミツクス、B₄C系セラミツクス、cBN系焼
結体、ダイヤモンド系焼結体などのセラミツクス
焼結体；を例示することができる。

これらの材質から成る基板６の表面には被照射
試料２からの蒸発物が沈着して被覆層が形成され
るのであるが、基板６と被覆層との密着性を高め
るために、基板を昇温する装置、例えば基板６の
外周部に温度制御ができる加熱器６ａを配設する
ことが好適である。７は、基板６の前面に設置さ
れた可動シヤツタであつて、蒸発物の基板６への
蒸着時間を任意に調節する。

本発明装置は、更に後述のイオン源８を備えて
いる。このイオン源８から照射されるイオンビー
ムは光学系調整器の反射面に射突して反射面に付
着している（または付着しつつある）蒸発物をス
パツタして除去でき、しかも反射面に化学的変化
などの損傷を起こさないイオンビームであれば何
であつてもよい。具体的には、Ar、He、N₂など
のイオンビームをあげることができる。

したがつて、このイオン源８は、図の凹面鏡５
ｃ、透過窓５ｂのような光学系調整器をターゲツ
トにするような位置に配設される。またこのイオ
ン源８はターゲツトの位置に対応して所定の角度
で首振り運動ができる機構を備えていることが好
適である。

かくして、イオンビームが光学系調整器に照射
されると透過窓５ｂの内側の面、凹面鏡若しくは
放物面鏡５ｃの表面に付着してくる蒸発物はこの
イオンビームによるスパツタ効果またはボンバー
ド効果によつて除去されこれら光学系調整器が清
掃される。かくして、この場合は、光学系調整器
の蒸発物による汚染を随時除去することができ、
光学系調整器のレーザ照射効率を設計基準どおり
に保持することができ装置の連続運転が可能とな
る。この効果を得るために必要なイオンビームの
エネルギーは数十eVから数千eVであればよい。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明のレーザ
を用いた蒸着装置は、形成すべき被覆層に含有さ
れてもよいイオン種のビームを照射するイオン源
を具備し、このイオンビームを透過窓、凹面鏡、
（または放物面鏡）のような光学系調整器に照射
すればその光学系調整器への蒸着物による付着を
防止することができ、もつてレーザ照射効率の低
下が防止され、装置の長時間に亘る連続運転も可
能となつて作業能率は大幅に向上してその工業的
価値は大である。

［発明の実施例］ 以下に本発明装置の優れた効果を立証すべく具
体的に実施例を示す。

実施例 １ Cu製の凹面鏡５ｃ、材質がTiC−TiN系セラ
ミツクスで円柱体の被照射試料２、WC5重量％
の超硬合金製の基板６を容器１内にセツトして図
に示したような装置を組立てた。

容器１内を１×10^-5Torrよりも高真空となる
ように排気し、被照射試料２を20rpmで軸回転さ
せながら加熱器３によつて500℃に予熱し、また
基板６を加熱器６ａによつて500℃に予熱した。

つぎにレーザ光発振器４からCWCO₂レーザ光
を発振させ、透過窓５ｂ（KCl製）から容器１内
に導入し、これを凹面鏡５ｃで集光して2000Wの
集束CWCO₂レーザ光を被照射試料２にその接線
方向から照射して基板６の表面にTiC−TiN系の
被覆層を形成した。このとき、イオン源８からは
イオン加速エネルギーが1000eVの窒素イオンビ
ームを凹面鏡５ｃに照射し続けたところ、凹面鏡
５ｃの鏡面の汚染が起こらず連続的に蒸着可能で
あつた。一方、イオンビームを照射しない場合
は、20分間の使用で凹面鏡の汚染が激しくなり蒸
着効率が著しく低下して使用不能となつた。

【図面の簡単な説明】

図は本発明のレーザ蒸発装置の好適な１例を示
す概略図である。 １……反応容器、２……被照射試料、２ａ……
回転軸、３……加熱器、４……レーザ光発振器、
４ａ，４ｂ……ミラー、５ａ……集光レンズ、５
ｂ……透過窓、５ｃ……凹面鏡（放物面鏡）、６
……基板、６ａ……加熱器、７……可動シヤツ
タ、８……イオン源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反応容器内で軸回転する被照射試料と、レー
   ザ光を導入しかつ集束せしめて該被照射試料に照
   射する光学系調整器と、該被照射試料に対向して
   配設され、その表面には該被照射試料の蒸発物に
   よる被覆層が形成される基板とを具備するレーザ
   を用いた蒸着装置において、該光学系調整器を照
   射する洗浄用イオンビームのイオン源が付設され
   ていることを特徴とするレーザを用いた蒸着装
   置。 ２ 該イオン源が、窒素イオン又は不活性元素イ
   オン源のいずれかである特許請求の範囲第１項記
   載のレーザを用いた蒸着装置。 ３ 該被照射試料には、温度制御が可能な加熱器
   が付設されている特許請求の範囲第１項記載のレ
   ーザを用いた蒸着装置。 ４ 該基板には、温度制御が可能な加熱器が付設
   されている特許請求の範囲第１項記載のレーザを
   用いた蒸着装置。