JPH0625846A - 複合スパッタリング装置 - Google Patents
複合スパッタリング装置Info
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- JPH0625846A JPH0625846A JP4204283A JP20428392A JPH0625846A JP H0625846 A JPH0625846 A JP H0625846A JP 4204283 A JP4204283 A JP 4204283A JP 20428392 A JP20428392 A JP 20428392A JP H0625846 A JPH0625846 A JP H0625846A
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Abstract
料、例えば高速度鋼や超硬合金工具などの表面に安定し
た成膜をうることを可能とし、反応ガスや金属蒸気のイ
オン化を促進するためプラズマ電子銃によりプラズマを
形成する複合スパッタリング装置を提供することを目的
とする。 【構成】真空容器1内に反応ガスを導入し、さらにプラ
ズマ発生用電子銃3、該電子銃により蒸発される硬質被
膜形成用物質を容れる坩堝5、該硬質被膜が蒸着される
試料12などの反応性イオンプレーティング装置として
の構成要素を具備する。さらに蒸発源としてマグネトロ
ンスパッタリングターゲット6を併設すると共に該マグ
ネトロンスパッタリングターゲット6の周囲にプラズマ
制御用コイル8を配置する。
Description
びスパッタリングにより複合硬質薄膜を形成する装置に
関する。
ィング技術として、イオンプレーティングやスパッタリ
ングが用いられている。コーティング技術の発展に伴
い、例えば半導体製造分野や切削工具製造分野における
種々の要求に応じる必要が生じてきた。例えば近時NC
制御工作機械の普及に伴い、切削工具の切削能率の向上
と長寿命化が大きな課題となり、かかる要求に応じるべ
く上記のコーティング技術が利用されて来た。切削工具
においてはスローアウエイチップや金型などに代表され
る膜厚が10μmm程度の公差をもつものからエンドミ
ルやホブなどの精密工具への応用が進展し、それらの要
求精度も高められている。これらの処理にはHCD法や
アーク法に代表されるイオンプレーティング装置が用い
られてきているが、操業上の安定性を得るための蒸発源
の安定性は従来、μmmオーダのものであった。
えばTiNやTiAlNに代表される周期律表の4a、
5a、6a族の炭化物、窒化物、酸化物などを得ること
や3元系の膜を得るための開発も進められている。例え
ば母材の表面に異種の硬質材料をを複層状態にコーティ
ングすることによりかかる要求に応じるようにした切削
工具(例えば特公平1−34738号公報参照)が発明
されており、かかる切削工具の製造には複数の蒸発源を
具えた複合スパッタリング装置を用いることができる。
例えば「R&D神戸製鋼技報」Vol.39、No.
1、1989年1月発行、第37頁に開示されるよう
に、真空容器の上下2個所に硬質材料の蒸発源を設け、
基板を両蒸発源の中間に配置すると共に、上方に位置す
る蒸発源をアーク法により蒸発を行い、下方に位置する
蒸発源にはHCD(中空陰極放電)法による電子銃によ
り硬質被覆合金によって蒸発させるものが用いられてい
る。該電子銃からアルゴンガスを噴出させて、これによ
って蒸発原子を電離させている。これは蒸着前のイオン
ボンバードにアーク法における金属ボンバードを行うも
のである。
用いられているイオンプレーティング装置は、膜厚の制
御や安定性に欠けるものが多い。一方スパッタリング装
置は小規模なものが多く、特に平坦な形状の基板が対象
となっており、円筒形その他複雑な形状のものへの成膜
形成には不向きである。他方、イオンプレーティングに
用いられるアーク法やHCD法は複合化合物を容易に成
膜することが可能であるが、より複雑な複合物質や高融
点物質を安定して得るには不向きである。またアーク法
による場合には膜質は必ずしも良好とは言えない。ま
た、成膜速度の安定性が高く比較的膜質の良いものが得
られることが知られているが、密着性や操作性に難点が
あった。本発明は、かかる従来品の課題を解決して試
料、例えば高速度鋼や超硬合金工具などの表面に安定し
た成膜をうることを可能とし、反応ガスや金属蒸気のイ
オン化を促進するためプラズマ電子銃によりプラズマを
形成する複合スパッタリング装置を提供することを目的
とする。
達成するために、反応ガスを導入した真空容器内にプラ
ズマ発生用電子銃、該電子銃により蒸発される硬質被膜
形成用物質の蒸発源、該硬質被膜が蒸着される基板など
の反応性イオンプレーティング装置としての構成要素を
具備し、さらに蒸発源としてマグネトロンスパッタリン
グターゲットを併設すると共に、該マグネトロンスパタ
リングターゲットの周囲にプラズマ制御用コイルを配置
したことにより、プラズマ領域を拡大してスパッタリン
グ装置の不具合いを解消し、高速度工具鋼や超硬合金な
どの表面に安定化した成膜を得るようにしたものであ
る。さらに成膜中の金属、ガス原子のイオン化を促進す
るために圧力勾配型のプラズマ電子銃を用いたのであ
る。
空容器内に反応ガスを導入し、さらにプラズマ発生用電
子銃、該電子銃により蒸発される硬質被膜形成用物質を
容れる坩堝、該硬質被膜が蒸着される基板などの反応性
イオンプレーティング装置としての構成要素を具備し、
さらに蒸発源としてマグネトロンスパッタリングターゲ
ットを併設すると共に該マグネトロンスパッタリングタ
ーゲットの周囲にプラズマ制御用コイルを配置したので
あるから、上記のコイルによりプラズマ領域を拡大させ
て、通常のスパッタリング装置における電極間の距離の
制限を無くして良質の被膜の形成が行われる。また、電
子銃を用いたために反応ガスのイオン化が一層促進され
る。さらに、シャッタの開閉を行うことにより多層のコ
ーティング層や単層のコーティング層が任意に形成され
る。
る。円筒状の真空容器1には一側に図示しない真空ポン
プに連通する排気穴2が開口している。さらに真空容器
の頂上には負に印加したプラズマ電子銃が載置され、該
電子銃から電子ビーム14が坩堝5内の硬質被覆用硬質
物質に18に向けて電子ビーム14が発射されて、これ
に対応して真空容器1の底部4の近傍に坩堝あるいはア
ノード5が位置する。反応ガスであるアルゴンは、電子
銃の直下から導入される。またその上方に3個のマグネ
トロンターゲット6が等配されており、その外周にター
ゲット用コイル7が配置されている。プラズマ電子銃用
コイル8がマグネトロンターゲット6の前方に位置する
と共に、アノード9及びシャッタ10が位置する。プラ
ズマ電子銃に圧力勾配型を用いると、反応ガスのイオン
化が一層促進してプラズマ領域が拡大して膜質の向上が
図られる。
置されている。なお、前記のアノード9、シャッタ1
0、及び坩堝5の周囲に設けられたアノード11は、い
ずれも真空容器1の底部4に固定される。硬質被膜をコ
ーティングされる切削工具などの試料12を取り付けた
指示台15は、坩堝5の下方に設けられた回転板13に
立設され、かつ自転可能に配置されているので、コーテ
ィング中には回転板13の回転によって公転に伴って自
転する。
用いて試料に硬質被膜を形成するに際し、まず真空容器
1内を10-4Torr以上になるまで排気する。坩堝5
にTiN、TiAlN、TiCなどの硬質被膜形成物を
用意する。次にAr、もしくはHe、またはこれらの混
合ガスを後述するプラズマ電子銃3の直下から真空容器
内に導入する。プラズマ発生用の負に印加した圧力勾配
型電子銃3により正に印加した硬質被覆物を加熱して、
イオンボンバードを行い硬質被覆物を蒸発させる。次に
電子銃3を作動させてプラズマ状態を保持しつつ、スパ
ッタリングターゲット(マグネトロンターゲット)6を
作動させて、反応ガスを導入し、負に印加した基板12
に10V〜1000Vの範囲でバイアス電圧を印加する
ことにより硬質膜を形成する。さらに、平板型マグネト
ロンターゲット6は、上記の坩堝5に収容された硬質被
覆材料とは別の材料を用い、その広い面積から蒸発する
硬質被膜形成物ガスが基板12、例えば回転切削工具の
表面に満遍なく複合硬質膜のコーティングがなされる。
に可能である。例えばTiAlNの成膜ではターゲット
にTiAlを用いても、ターゲットにAlを用い坩堝5
にTiを用いることもできる。まず試料12の加熱はプ
ラズマ電子銃3を用いてプラズマを発生させ、電子照射
により行う。さらに、電子銃によるプラズマにより、イ
オンボンバードを行い、プラズマ電子銃と磁界強化型マ
グネトロンスパッタターゲットを作動させ、ターゲット
にAlを用いた場合には坩堝にTiを蒸発源として用い
る。この方式による全システムの動作範囲は10-3〜1
0-4Torrの領域であり、従来のスパッタリングの動
作範囲である10-2とは異なる。これにより蒸発速度を
安定化できると同時に安定した金属ガスの反応性が得ら
れる。
グネトロンターゲットの遮蔽を行わずに、坩堝5とマグ
ネトロンターゲットの両方から硬質被膜形成物ガスが蒸
発して試料の表面に複合膜を形成する。さらにシャッタ
10を移動させてマグネトロンターゲット6を遮蔽し
て、例えば坩堝5にTiNを収容しておき、まずこれを
超硬合金工具母材の表面にコーティングした後に、例え
ばTiCからなるマグネトロンターゲット6を遮蔽する
シャッタ10を開き、該マグネトロンターゲット6から
該ターゲットからの試料に12に対する蒸着を防止す
る。また、シャタ10によりマグネトロンターゲットの
電子銃により蒸発した硬質膜材料による汚れが防止され
る。このために正確な薄膜が形成される。電子銃とマグ
ネトロンターゲットからの複合スパッタが可能となる。
さらに、プラズマ電子銃3を用いずに、マグネトロンタ
ーゲット6からの照射のみによることもできる。この場
合は、坩堝の5の蒸発源を用いずにアノード9に電子銃
3からのビームを照射し、シャッタ10を開いて試料1
2に蒸着する事も出来る。
9と電子銃のプラズマAにより反応ガスのイオン化を促
進させる。また、複数配置されたマグネトロンターゲッ
ト6とアノード9から出たプラズマと、電子銃3から出
たプラズマが重畳して斜線で示すようにプラズマ領域が
拡大し、特に試料12の近傍においてB及びCとして示
すような強化部分が形成される。従って、従来のスパッ
タリング装置と異なりプラズマ領域に一定の距離が必要
であるという制限がなくなり、高速度工具鋼や超硬合金
などの材料からなる回転切削工具に代表される試料12
の形状の如何を問わずに満遍なく硬質被膜の形成が可能
となった。
応ガスを導入し、さらにプラズマ発生用電子銃、該電子
銃により蒸発される硬質被膜形成用物質を容れる坩堝、
該硬質被膜が蒸着される基板などの反応性イオンプレー
ティング装置としての構成要素を具備し、さらに蒸発源
としてマグネトロンスパッタリングターゲットを併設す
ると共に該マグネトロンスパッタリングターゲットの周
囲にプラズマ制御用コイルを配置したので、プラズマ領
域を拡大することができるために安定した成膜をうるこ
とが可能となった。従来のスパッタリング装置の欠点で
ある電極間距離の制限がある為に、平坦な試料にしか蒸
着できないという制約を克服し試料の形状の如何を問わ
ずコーティングが可能となった。さらに、シャッタの開
閉によりコーティング膜の複層化、換言すれば多元系の
蒸着がが極めて容易に実施できるようになった。
の底部の俯瞰図である。
明図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 真空容器内に反応ガスを導入し、さらに
プラズマ発生用電子銃、該電子銃により蒸発される硬質
被膜形成用物質を容れる坩堝、該硬質被膜が蒸着される
試料などの反応性イオンプレーティング装置としての構
成要素を具備し、さらに蒸発源としてマグネトロンスパ
ッタリングターゲットを併設すると共に該マグネトロン
スパッタリングターゲットの周囲にプラズマ制御用コイ
ルを配置したことを特徴とするる複合スパッタリング装
置。 - 【請求項2】 前記マグネトロンターゲットを複数個設
けた請求項1記載の複合スパッタリング装置。 - 【請求項3】 周囲にプラズマ制御用のコイルを配置し
た前記マグネトロンターゲットの前方にアノードと開閉
可能のシャッタとを設けた請求項1または2記載の複合
スパッタリング装置。 - 【請求項4】 前記電子銃は圧力勾配型である請求項1
記載の複合スパッタリング装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20428392A JP3311387B2 (ja) | 1992-07-09 | 1992-07-09 | 複合スパッタリング装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP20428392A JP3311387B2 (ja) | 1992-07-09 | 1992-07-09 | 複合スパッタリング装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0625846A true JPH0625846A (ja) | 1994-02-01 |
JP3311387B2 JP3311387B2 (ja) | 2002-08-05 |
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---|---|---|---|
JP20428392A Expired - Fee Related JP3311387B2 (ja) | 1992-07-09 | 1992-07-09 | 複合スパッタリング装置 |
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-
1992
- 1992-07-09 JP JP20428392A patent/JP3311387B2/ja not_active Expired - Fee Related
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