JPH04221059A - 立方晶窒化ほう素膜の形成方法 - Google Patents
立方晶窒化ほう素膜の形成方法Info
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- JPH04221059A JPH04221059A JP40416890A JP40416890A JPH04221059A JP H04221059 A JPH04221059 A JP H04221059A JP 40416890 A JP40416890 A JP 40416890A JP 40416890 A JP40416890 A JP 40416890A JP H04221059 A JPH04221059 A JP H04221059A
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は立方晶窒化ほう素膜の形
成方法に関し、機械一般の耐摩耗性を要する摺動部材等
の工具に適用されるものである。
成方法に関し、機械一般の耐摩耗性を要する摺動部材等
の工具に適用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】周知の如く、立方晶窒化ほう素はダイヤ
モンドに次いで硬く、鉄との親和力が小さいことより、
高温高圧で合成した粒を工具の刃先として実用されてお
り、近年は次のような方法で工具の刃先を立方晶窒化ほ
う素薄膜で被覆する研究が鋭意進められている。
モンドに次いで硬く、鉄との親和力が小さいことより、
高温高圧で合成した粒を工具の刃先として実用されてお
り、近年は次のような方法で工具の刃先を立方晶窒化ほ
う素薄膜で被覆する研究が鋭意進められている。
【０００３】（１） イオンプレーティング方法；この
方法は、図１に示すような真空装置を用いて約１０−３
Ｔｏｒｒの窒素雰囲気で電子ビーム蒸発源１よりほう素
２を蒸発させ、熱フィラメント３と電極４間での放電に
よりほう素蒸気及び窒素をイオン化し、基板６に印加し
た高周波電力５の自己バイアスにより基板６にほう素イ
オン，窒素イオンを引き寄せ、立方晶窒化ほう素を成膜
する方法である。
方法は、図１に示すような真空装置を用いて約１０−３
Ｔｏｒｒの窒素雰囲気で電子ビーム蒸発源１よりほう素
２を蒸発させ、熱フィラメント３と電極４間での放電に
よりほう素蒸気及び窒素をイオン化し、基板６に印加し
た高周波電力５の自己バイアスにより基板６にほう素イ
オン，窒素イオンを引き寄せ、立方晶窒化ほう素を成膜
する方法である。
【０００４】（２） イオンビーム蒸着方法；この方法
は、図２に示すような真空装置を用いて電子ビーム蒸発
源１よりほう素２を蒸発させ、イオン銃７により窒素イ
オン又は窒素とアルゴンの混合イオンを０．５ 〜１Ｋ
Ｖ程度に加速し、立方晶窒化ほう素を成膜する方法であ
る。
は、図２に示すような真空装置を用いて電子ビーム蒸発
源１よりほう素２を蒸発させ、イオン銃７により窒素イ
オン又は窒素とアルゴンの混合イオンを０．５ 〜１Ｋ
Ｖ程度に加速し、立方晶窒化ほう素を成膜する方法であ
る。
【０００５】その際、成膜の前にイオン銃の加速電圧を
数ＫＶ以上とすると、ほう素及び窒素が基板６中に注入
され、同時に基板６の元素はスパッタされて飛び出すた
め、数百Ａ以上のほう素，窒素，及び基板の元素が混合
されたミキシング層が形成される。これにひきつづき、
上記の立方晶窒化ほう素のできる条件で成膜すると、基
材と立方晶窒化ほう素皮膜との間に明確な界面がなくな
り、組成が連続し、応力集中も少ない密着力の良い皮膜
が得られる。
数ＫＶ以上とすると、ほう素及び窒素が基板６中に注入
され、同時に基板６の元素はスパッタされて飛び出すた
め、数百Ａ以上のほう素，窒素，及び基板の元素が混合
されたミキシング層が形成される。これにひきつづき、
上記の立方晶窒化ほう素のできる条件で成膜すると、基
材と立方晶窒化ほう素皮膜との間に明確な界面がなくな
り、組成が連続し、応力集中も少ない密着力の良い皮膜
が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によれば、高速鋼や超硬等の工具材料の表面に窒化ほ
う素皮膜を形成した場合、以下に述べる問題点を有する
。
術によれば、高速鋼や超硬等の工具材料の表面に窒化ほ
う素皮膜を形成した場合、以下に述べる問題点を有する
。
【０００７】（１） イオンプレーティング方法；この
方法では、図３に示すように高周波の自己バイアス電圧
が基板にかかっているため、複雑形状の基板８の場合で
も等電位線９は基材表面と平行にできるため、イオンは
基板表面に垂直に入射でき付き回り性が良い。しかし、
自己バイアス電圧は真空容器内のインピーダンスより制
限があり大きくできないので、イオンミキシング効果が
小さい。即ち、イオンが注入される深さが浅いため、ほ
う素，窒素，基材元素の厚い混合層ができないため、立
方晶窒化ほう素の大きな内部応力及び外力により容易に
剥離する。つまり、十分な密着力が得られない。なお、
図３において、１０はイオンの軌跡である。
方法では、図３に示すように高周波の自己バイアス電圧
が基板にかかっているため、複雑形状の基板８の場合で
も等電位線９は基材表面と平行にできるため、イオンは
基板表面に垂直に入射でき付き回り性が良い。しかし、
自己バイアス電圧は真空容器内のインピーダンスより制
限があり大きくできないので、イオンミキシング効果が
小さい。即ち、イオンが注入される深さが浅いため、ほ
う素，窒素，基材元素の厚い混合層ができないため、立
方晶窒化ほう素の大きな内部応力及び外力により容易に
剥離する。つまり、十分な密着力が得られない。なお、
図３において、１０はイオンの軌跡である。
【０００８】（２） イオン蒸着方法；この方法では、
前述のようにイオン銃の加速電圧Ｖａを変えることによ
り厚いミキシング層が得られるため、密着力の良い立方
晶窒化ほう素皮膜をえることがでれる。しかし、図４に
示すように加速されたイオンは直進性があり、複雑形状
の基板８の場合、イオンの入射方向と垂直に近い面しか
成膜できないため、図５のように基材を動かすか、イオ
ン銃を動かすことによってイオンが複雑形状基材の表面
に垂直に入射するようにしてやる必要がある。また、そ
の際、イオンが斜めに入射する基材表面はスパッタリン
グにより減肉するため、図５のようにマスキング１１を
する必要が生じる。更に、イオン銃は現在未だ発展途上
の技術であるため、大電流密度で大面積を取り出せるも
のが開発されておらず、立方晶窒化ほう素の成膜速度自
体もイオンプレーティング方法に比較して小さい。
前述のようにイオン銃の加速電圧Ｖａを変えることによ
り厚いミキシング層が得られるため、密着力の良い立方
晶窒化ほう素皮膜をえることがでれる。しかし、図４に
示すように加速されたイオンは直進性があり、複雑形状
の基板８の場合、イオンの入射方向と垂直に近い面しか
成膜できないため、図５のように基材を動かすか、イオ
ン銃を動かすことによってイオンが複雑形状基材の表面
に垂直に入射するようにしてやる必要がある。また、そ
の際、イオンが斜めに入射する基材表面はスパッタリン
グにより減肉するため、図５のようにマスキング１１を
する必要が生じる。更に、イオン銃は現在未だ発展途上
の技術であるため、大電流密度で大面積を取り出せるも
のが開発されておらず、立方晶窒化ほう素の成膜速度自
体もイオンプレーティング方法に比較して小さい。
【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
、基材との密着力が強く、かつ複雑な形状の基材でも高
い生産性で形成できる立方晶ほう素膜の形成方法を提供
することを目的とする。
、基材との密着力が強く、かつ複雑な形状の基材でも高
い生産性で形成できる立方晶ほう素膜の形成方法を提供
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板表面に加
速電圧を高めたイオン銃により、窒素又はアルゴン＋窒
素ガスイオンを照射しつつほう素を蒸着させて基板表面
に窒素，ほう素及び基板元素の混合層を形成する工程と
、上記イオン銃の加速電圧を低下させて同様の処理を行
い上記混合層上に立方晶窒化ほう素の薄膜を形成する工
程と、フィラメントと電極間の放電により窒素又は窒素
＋アルゴンガスをイオン化しつつ、ほう素を蒸着させて
前記薄膜上に立方晶ほう素膜を形成する工程とを具備す
ることを特徴とする立方晶ほう素膜の形成方法である。
速電圧を高めたイオン銃により、窒素又はアルゴン＋窒
素ガスイオンを照射しつつほう素を蒸着させて基板表面
に窒素，ほう素及び基板元素の混合層を形成する工程と
、上記イオン銃の加速電圧を低下させて同様の処理を行
い上記混合層上に立方晶窒化ほう素の薄膜を形成する工
程と、フィラメントと電極間の放電により窒素又は窒素
＋アルゴンガスをイオン化しつつ、ほう素を蒸着させて
前記薄膜上に立方晶ほう素膜を形成する工程とを具備す
ることを特徴とする立方晶ほう素膜の形成方法である。
【００１１】
【作用】本発明においては、イオン蒸着方法で初期にほ
う素を蒸着しながら数ＫＶ以上の加速電圧で窒素イオン
又は窒素とアルゴンの混合イオンを照射し、厚いミキシ
ング層を形成した後、０．５ 〜１ＫＶ程度の加速電圧
で薄い立方晶窒化ホウ素皮膜を形成し、密着性を確保し
、ひきつづき高速度で大面積，複雑形状の基材の成膜が
可能な厚膜かイオンプレーティング方法で立方晶窒化ホ
ウ素皮膜を厚膜かすることにより、高い生産性が確保で
きる。
う素を蒸着しながら数ＫＶ以上の加速電圧で窒素イオン
又は窒素とアルゴンの混合イオンを照射し、厚いミキシ
ング層を形成した後、０．５ 〜１ＫＶ程度の加速電圧
で薄い立方晶窒化ホウ素皮膜を形成し、密着性を確保し
、ひきつづき高速度で大面積，複雑形状の基材の成膜が
可能な厚膜かイオンプレーティング方法で立方晶窒化ホ
ウ素皮膜を厚膜かすることにより、高い生産性が確保で
きる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。
【００１３】即ち、本実施例では、まず、複雑形状な基
板８表面に加速電圧を高めたイオン銃７により、窒素又
はアルゴン＋窒素ガスイオンを照射しつつ、ほう素を蒸
着させて基板８表面に窒素，ほう素及び基板元素の混合
層を形成した。つづいて、上記イオン銃７の加速電圧を
低下させ、同様の処理を行って上記混合層上に立方晶窒
化ほう素の薄膜を形成した。更に、熱フィラメント３と
電極４間の放電により窒素又は窒素＋アルゴンガスをイ
オン化しつつ、ほう素を蒸着させて前記薄膜上に目的と
する立方晶ほう素膜を形成した。
板８表面に加速電圧を高めたイオン銃７により、窒素又
はアルゴン＋窒素ガスイオンを照射しつつ、ほう素を蒸
着させて基板８表面に窒素，ほう素及び基板元素の混合
層を形成した。つづいて、上記イオン銃７の加速電圧を
低下させ、同様の処理を行って上記混合層上に立方晶窒
化ほう素の薄膜を形成した。更に、熱フィラメント３と
電極４間の放電により窒素又は窒素＋アルゴンガスをイ
オン化しつつ、ほう素を蒸着させて前記薄膜上に目的と
する立方晶ほう素膜を形成した。
【００１４】後掲する表１は、比較例及び本発明の実施
例１、２の成膜条件及び皮膜の評価結果を示す。ただし
、表１において、条件Ａはミキシング条件，条件Ｂは立
方晶窒化ほう素成膜条件、条件Ｃは立方晶窒化ホウ素成
膜条件、Ｖ１，Ｖ２ はイオン加速電圧［ＫＶ］、Ｉ１
，Ｉ２ はイオン電流密度［μＡ／ｃｍ２ ］、Ｗは
高周波電力［Ｗ］、Ｐは真空槽内圧力［Ｔｏｒｒ］、有
無とはイオンバード（前処理）の有無をいう。
例１、２の成膜条件及び皮膜の評価結果を示す。ただし
、表１において、条件Ａはミキシング条件，条件Ｂは立
方晶窒化ほう素成膜条件、条件Ｃは立方晶窒化ホウ素成
膜条件、Ｖ１，Ｖ２ はイオン加速電圧［ＫＶ］、Ｉ１
，Ｉ２ はイオン電流密度［μＡ／ｃｍ２ ］、Ｗは
高周波電力［Ｗ］、Ｐは真空槽内圧力［Ｔｏｒｒ］、有
無とはイオンバード（前処理）の有無をいう。
【００１５】また、表１において、成膜は比較例１では
図１に示すイオンプレーティング装置を、比較例２では
図２に示すイオン蒸着装置を、本発明の実施例１，２で
は両者を用いた。また、密着性の評価は、成膜後の光学
顕微鏡観察と切削試験により行った。ここで、切削条件
は、硬さＨｖ１７０ のＳＣＭ４１５ を用い切削速度
１００ ｍ／ｍｉｎ で、切削長２５ｍｍを切り込み深
さ０．２ｍｍ 断続的に繰返し切削した。切削寿命は、
工具刃先の逃げ面の磨耗幅ＶＢ を逐次測定し、ＶＢ
が０．２ｍｍ になった時の切削回数と比較して示した
。比較例１では、成膜中及び成膜後にうろこ状に皮膜が
剥離し、切削試験を行うことができなかった。
図１に示すイオンプレーティング装置を、比較例２では
図２に示すイオン蒸着装置を、本発明の実施例１，２で
は両者を用いた。また、密着性の評価は、成膜後の光学
顕微鏡観察と切削試験により行った。ここで、切削条件
は、硬さＨｖ１７０ のＳＣＭ４１５ を用い切削速度
１００ ｍ／ｍｉｎ で、切削長２５ｍｍを切り込み深
さ０．２ｍｍ 断続的に繰返し切削した。切削寿命は、
工具刃先の逃げ面の磨耗幅ＶＢ を逐次測定し、ＶＢ
が０．２ｍｍ になった時の切削回数と比較して示した
。比較例１では、成膜中及び成膜後にうろこ状に皮膜が
剥離し、切削試験を行うことができなかった。
【００１６】これに対し、本発明の実施例では切削試験
においても、基材と立方晶窒化ホウ素皮膜界面、及びイ
オン蒸着による立方晶窒化ホウ素皮膜とイオンプレーテ
ィングによった立方晶窒化ホウ素皮膜の界面両者とも剥
離は認められず、良好な密着性を示した。また、切削寿
命も比較例２のイオン蒸着法によるものと略同様で、窒
化チタン皮膜の約２．５ 倍が得られた。
においても、基材と立方晶窒化ホウ素皮膜界面、及びイ
オン蒸着による立方晶窒化ホウ素皮膜とイオンプレーテ
ィングによった立方晶窒化ホウ素皮膜の界面両者とも剥
離は認められず、良好な密着性を示した。また、切削寿
命も比較例２のイオン蒸着法によるものと略同様で、窒
化チタン皮膜の約２．５ 倍が得られた。
【００１７】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、基材
との密着力が強く、かつ複雑な形状の基材でも高い生産
性で形成できる立方晶ほう素膜の形成方法を提供できる
。
との密着力が強く、かつ複雑な形状の基材でも高い生産
性で形成できる立方晶ほう素膜の形成方法を提供できる
。
【００１８】
【表１】
【図１】イオンプレーティング装置の説明図。
【図２】イオン蒸着装置の説明図。
【図３】イオンプレーティングによる複雑形状基材の成
膜の説明図。
膜の説明図。
【図４】イオン蒸着法による複雑形状基材の成膜の説明
図。
図。
【図５】イオン蒸着法による複雑形状基材の成膜の説明
図。
図。
１…電子ビーム蒸発源，２…ホウ素、３…熱フィラメン
ト、４…電極、５…講習は電力、６，８…基板、７…イ
オン銃、９…等電位線。
ト、４…電極、５…講習は電力、６，８…基板、７…イ
オン銃、９…等電位線。
Claims (1)
- 【請求項１】 基板表面に加速電圧を高めたイオン銃
により、窒素又はアルゴン＋窒素ガスイオンを照射しつ
つほう素を蒸着させて基板表面に窒素，ほう素及び基板
元素の混合層を形成する工程と、上記イオン銃の加速電
圧を低下させて同様の処理を行い上記混合層上に立方晶
窒化ほう素の薄膜を形成する工程と、フィラメントと電
極間の放電により窒素又は窒素＋アルゴンガスをイオン
化しつつ、ほう素を蒸着させて前記薄膜上に立方晶ほう
素膜を形成する工程とを具備することを特徴とする立方
晶ほう素膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2404168A JP2875892B2 (ja) | 1990-12-20 | 1990-12-20 | 立方晶窒化ほう素膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2404168A JP2875892B2 (ja) | 1990-12-20 | 1990-12-20 | 立方晶窒化ほう素膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04221059A true JPH04221059A (ja) | 1992-08-11 |
| JP2875892B2 JP2875892B2 (ja) | 1999-03-31 |
Family
ID=18513863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2404168A Expired - Lifetime JP2875892B2 (ja) | 1990-12-20 | 1990-12-20 | 立方晶窒化ほう素膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2875892B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011524638A (ja) * | 2008-06-11 | 2011-09-01 | インテバック・インコーポレイテッド | 半導体装置及び太陽電池製造方法 |
| US8997688B2 (en) | 2009-06-23 | 2015-04-07 | Intevac, Inc. | Ion implant system having grid assembly |
| US9318332B2 (en) | 2012-12-19 | 2016-04-19 | Intevac, Inc. | Grid for plasma ion implant |
| US9324598B2 (en) | 2011-11-08 | 2016-04-26 | Intevac, Inc. | Substrate processing system and method |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6176662A (ja) * | 1984-09-21 | 1986-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 薄膜形成方法および装置 |
-
1990
- 1990-12-20 JP JP2404168A patent/JP2875892B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6176662A (ja) * | 1984-09-21 | 1986-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 薄膜形成方法および装置 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011524638A (ja) * | 2008-06-11 | 2011-09-01 | インテバック・インコーポレイテッド | 半導体装置及び太陽電池製造方法 |
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| US9303314B2 (en) | 2009-06-23 | 2016-04-05 | Intevac, Inc. | Ion implant system having grid assembly |
| US9741894B2 (en) | 2009-06-23 | 2017-08-22 | Intevac, Inc. | Ion implant system having grid assembly |
| US9324598B2 (en) | 2011-11-08 | 2016-04-26 | Intevac, Inc. | Substrate processing system and method |
| US9875922B2 (en) | 2011-11-08 | 2018-01-23 | Intevac, Inc. | Substrate processing system and method |
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| US9583661B2 (en) | 2012-12-19 | 2017-02-28 | Intevac, Inc. | Grid for plasma ion implant |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2875892B2 (ja) | 1999-03-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19981215 |