JPH07102359A - 窒化クロム膜被覆基体の製造方法 - Google Patents
窒化クロム膜被覆基体の製造方法Info
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- JPH07102359A JPH07102359A JP25066293A JP25066293A JPH07102359A JP H07102359 A JPH07102359 A JP H07102359A JP 25066293 A JP25066293 A JP 25066293A JP 25066293 A JP25066293 A JP 25066293A JP H07102359 A JPH07102359 A JP H07102359A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 基体上に、ｉ）Ｃｒ原子の真空蒸着によりＣ
ｒ膜を形成した後、ii）Ｃｒ原子の真空蒸着によりＣｒ
膜を形成した後、さらにＣｒ原子の真空蒸着と同時に、
又はiii)Ｃｒ原子の真空蒸着と同時に、Ｎイオンの照射
を行う工程のいずれか１つを行い、その際基体温度約６
０〜２００℃に保持し、Ｎイオンを約０．１〜２０Ｋｅ
Ｖの加速エネルギー、約０〜３０°のイオン入射角度で
照射し、基体上に形成されるＣｒＮ膜が、表面におい
て、約１．０〜３．５のＣｒ／Ｎ組成比を有するＣｒＮ
膜を形成するＣｒＮ膜被覆基体の製造方法。 【効果】 膜厚を薄くした場合でも、高硬度、優れた化
学的安定性を有するＣｒＮ膜を基体に被覆させられ、低
温下のプロセスで成膜した場合でも、高硬度・密着性を
確保でき、あらゆる基体種に、生産性良く、安価な製造
コストで、耐摩耗性、耐食性に優れたＣｒＮ膜を形成す
ることができる。
ｒ膜を形成した後、ii）Ｃｒ原子の真空蒸着によりＣｒ
膜を形成した後、さらにＣｒ原子の真空蒸着と同時に、
又はiii)Ｃｒ原子の真空蒸着と同時に、Ｎイオンの照射
を行う工程のいずれか１つを行い、その際基体温度約６
０〜２００℃に保持し、Ｎイオンを約０．１〜２０Ｋｅ
Ｖの加速エネルギー、約０〜３０°のイオン入射角度で
照射し、基体上に形成されるＣｒＮ膜が、表面におい
て、約１．０〜３．５のＣｒ／Ｎ組成比を有するＣｒＮ
膜を形成するＣｒＮ膜被覆基体の製造方法。 【効果】 膜厚を薄くした場合でも、高硬度、優れた化
学的安定性を有するＣｒＮ膜を基体に被覆させられ、低
温下のプロセスで成膜した場合でも、高硬度・密着性を
確保でき、あらゆる基体種に、生産性良く、安価な製造
コストで、耐摩耗性、耐食性に優れたＣｒＮ膜を形成す
ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒化クロム膜被覆基体の
製造方法に関し、より詳しくは、硬質で耐食性に優れた
窒化クロム膜を形成する窒化クロム膜被覆基体の製造方
法に関する。
製造方法に関し、より詳しくは、硬質で耐食性に優れた
窒化クロム膜を形成する窒化クロム膜被覆基体の製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、各種基体の耐摩耗性、耐摺動
性あるいは耐食性を向上させるために、それら特性を向
上させる機能を有する膜を基体上に形成させることが試
みられてきた。上記のような特性を有する膜の代表的な
ものには、各種窒化物があり、窒化物の例としては、窒
化チタン（ＴｉＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化ホ
ウ素（ＢＮ）又は窒化クロム（ＣｒＮ）等が挙げられ
る。中でも、窒化クロム（ＣｒＮ）は高硬度を有すると
ともに、化学的安定性に優れているので、上記基体の特
性向上のために被覆させる膜種として良く利用されてい
る。
性あるいは耐食性を向上させるために、それら特性を向
上させる機能を有する膜を基体上に形成させることが試
みられてきた。上記のような特性を有する膜の代表的な
ものには、各種窒化物があり、窒化物の例としては、窒
化チタン（ＴｉＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化ホ
ウ素（ＢＮ）又は窒化クロム（ＣｒＮ）等が挙げられ
る。中でも、窒化クロム（ＣｒＮ）は高硬度を有すると
ともに、化学的安定性に優れているので、上記基体の特
性向上のために被覆させる膜種として良く利用されてい
る。
【０００３】近年、真空蒸着と窒素イオンの照射とを同
時に行うことによって、基体の上にＣｒＮ膜を形成させ
る方法が、例えば Ensinger,W. et al;Nuclear Instrum
entsand Methods in Physics Research B59/60(1991),2
59-263 や、特開平5-112863号公報に述べられている。
前者の方法では、窒素イオンの入射角度を基体に対して
垂直（法線方向）とし、基体に到達するＣｒと窒素原子
との組成比を調整することによって膜質が制御されてい
る。また、後者の方法においては、窒素イオンの入射角
度の時間的な平均値を基体の法線方向に対して３０〜７
０°とし、イオンの加速エネルギーを０．５〜５０Ｋｅ
Ｖとすることによって膜質が調整されている。これらの
方法によれば、窒素イオンを高い加速エネルギーで照射
することによって、基体と被覆膜との界面に、両者の構
成原子よりなる混合層が形成され、膜の密着性を向上さ
せることができる。
時に行うことによって、基体の上にＣｒＮ膜を形成させ
る方法が、例えば Ensinger,W. et al;Nuclear Instrum
entsand Methods in Physics Research B59/60(1991),2
59-263 や、特開平5-112863号公報に述べられている。
前者の方法では、窒素イオンの入射角度を基体に対して
垂直（法線方向）とし、基体に到達するＣｒと窒素原子
との組成比を調整することによって膜質が制御されてい
る。また、後者の方法においては、窒素イオンの入射角
度の時間的な平均値を基体の法線方向に対して３０〜７
０°とし、イオンの加速エネルギーを０．５〜５０Ｋｅ
Ｖとすることによって膜質が調整されている。これらの
方法によれば、窒素イオンを高い加速エネルギーで照射
することによって、基体と被覆膜との界面に、両者の構
成原子よりなる混合層が形成され、膜の密着性を向上さ
せることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これまで使用
されているＣｒＮ膜においては、低温下で成膜された場
合、膜の密着性が劣る傾向にある。例えば、イオンプレ
ーティングなどの方法によってＣｒＮ膜を形成する場合
には、基体を３００℃以上の高温にしなければ、使用上
充分な密着性は得られない。従って、この場合には、耐
熱性が良好な金属等の基体しか用いることができず、樹
脂のような高分子からなる基体を用いることができな
い。つまり、樹脂等による基体にＣｒＮ膜を形成する場
合には、例えば、１００℃以下の温度で形成しなければ
ならないため、使用上充分な密着性が得られていない。
されているＣｒＮ膜においては、低温下で成膜された場
合、膜の密着性が劣る傾向にある。例えば、イオンプレ
ーティングなどの方法によってＣｒＮ膜を形成する場合
には、基体を３００℃以上の高温にしなければ、使用上
充分な密着性は得られない。従って、この場合には、耐
熱性が良好な金属等の基体しか用いることができず、樹
脂のような高分子からなる基体を用いることができな
い。つまり、樹脂等による基体にＣｒＮ膜を形成する場
合には、例えば、１００℃以下の温度で形成しなければ
ならないため、使用上充分な密着性が得られていない。
【０００５】さらに、基体に加えられる熱、特にイオン
照射を利用する方法では、基体に熱的な損傷が加えられ
やすいので、基体の温度が上昇してしまう傾向にあり、
用いる基体の材質が限定されてしまうという欠点があ
る。これを改善するために、基体を冷却しながらイオン
照射を行うことが考えられるが、これまでに提案されて
きた方法では、特に２００℃以下に基体を冷却させた場
合は、膜の密着性が不十分で実用に供せられない。
照射を利用する方法では、基体に熱的な損傷が加えられ
やすいので、基体の温度が上昇してしまう傾向にあり、
用いる基体の材質が限定されてしまうという欠点があ
る。これを改善するために、基体を冷却しながらイオン
照射を行うことが考えられるが、これまでに提案されて
きた方法では、特に２００℃以下に基体を冷却させた場
合は、膜の密着性が不十分で実用に供せられない。
【０００６】また、ＣｒＮ膜は、成膜プロセスのパラメ
ーターによって、その結晶構造や密着性が大きく異なる
ことも知られている。例えば、上記に示した Ensinger,
W. et al;Nuclear Instruments and Methodsin Physics
Research B59/60(1991),259-263 の方法によりＣｒＮ
膜を成膜した場合には、柱状の結晶が基体の法線方向に
成長しやすく、緻密で硬質な膜が形成されないという欠
点を有する。
ーターによって、その結晶構造や密着性が大きく異なる
ことも知られている。例えば、上記に示した Ensinger,
W. et al;Nuclear Instruments and Methodsin Physics
Research B59/60(1991),259-263 の方法によりＣｒＮ
膜を成膜した場合には、柱状の結晶が基体の法線方向に
成長しやすく、緻密で硬質な膜が形成されないという欠
点を有する。
【０００７】特開平5-112863号公報の方法において、実
用上充分な耐摩耗性を有するＣｒＮ膜を成膜するために
は、膜の厚みが０．５〜１０μｍ必要とするとされ、成
膜工程における生産性が悪くなり、生産コストが増加す
るという欠点があった。一般に、基体上に形成する膜の
厚みは薄いほど、生産性の向上や生産コストの低減に有
利である。特にイオンの照射を利用する製造工程は、他
の方法に比べて工業化のための製造設備のコストが高く
なる傾向にある。従って、イオンの加速エネルギーが小
さいほど、それに要するイオン源や電源等の設備費が安
価になり、また、膜厚が薄いほど生産性が向上するので
あるが、そのための方法はまだ提案されていないのが実
状である。
用上充分な耐摩耗性を有するＣｒＮ膜を成膜するために
は、膜の厚みが０．５〜１０μｍ必要とするとされ、成
膜工程における生産性が悪くなり、生産コストが増加す
るという欠点があった。一般に、基体上に形成する膜の
厚みは薄いほど、生産性の向上や生産コストの低減に有
利である。特にイオンの照射を利用する製造工程は、他
の方法に比べて工業化のための製造設備のコストが高く
なる傾向にある。従って、イオンの加速エネルギーが小
さいほど、それに要するイオン源や電源等の設備費が安
価になり、また、膜厚が薄いほど生産性が向上するので
あるが、そのための方法はまだ提案されていないのが実
状である。
【０００８】この発明は上記記載の課題に鑑みなされた
ものであり、イオンの加速エネルギー、イオンの入射角
度、さらにＣｒ／Ｎ組成比の３つのパラメーターを同時
に調整することにより、低温下の成膜プロセスにおいて
も、基体に十分な密着性を有するＣｒＮ膜を被覆させる
と同時に、膜厚が薄い場合でも、実用上十分な硬度と密
着性とを有する窒化クロム膜を形成することができる窒
化クロム膜被覆基体の製造方法を提供するものである。
ものであり、イオンの加速エネルギー、イオンの入射角
度、さらにＣｒ／Ｎ組成比の３つのパラメーターを同時
に調整することにより、低温下の成膜プロセスにおいて
も、基体に十分な密着性を有するＣｒＮ膜を被覆させる
と同時に、膜厚が薄い場合でも、実用上十分な硬度と密
着性とを有する窒化クロム膜を形成することができる窒
化クロム膜被覆基体の製造方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化クロム膜被
覆基体によれば、ｉ）基体上に、クロム原子の真空蒸着
によりクロム膜を形成した後、窒素イオンの照射を行う
工程、ii）基体上に、クロム原子の真空蒸着によりクロ
ム膜を形成した後、さらにクロム原子の真空蒸着と同時
に、窒素イオンの照射を行う工程、iii)基体上に、クロ
ム原子の真空蒸着と同時に窒素イオンの照射を行う工
程、のいずれか１つを行い、その際、基体の温度を約６
０〜２００℃に保持し、窒素イオンを約０．１〜２０Ｋ
ｅＶの加速エネルギー、約０〜３０°のイオン入射角度
で照射し、基体上に形成される窒化クロム膜が、少なく
とも表面において、約１．０〜３．５となるクロム原子
と窒素原子との組成比を有する窒化クロム膜を形成する
窒化クロム膜被覆基体の製造方法が提供される。
覆基体によれば、ｉ）基体上に、クロム原子の真空蒸着
によりクロム膜を形成した後、窒素イオンの照射を行う
工程、ii）基体上に、クロム原子の真空蒸着によりクロ
ム膜を形成した後、さらにクロム原子の真空蒸着と同時
に、窒素イオンの照射を行う工程、iii)基体上に、クロ
ム原子の真空蒸着と同時に窒素イオンの照射を行う工
程、のいずれか１つを行い、その際、基体の温度を約６
０〜２００℃に保持し、窒素イオンを約０．１〜２０Ｋ
ｅＶの加速エネルギー、約０〜３０°のイオン入射角度
で照射し、基体上に形成される窒化クロム膜が、少なく
とも表面において、約１．０〜３．５となるクロム原子
と窒素原子との組成比を有する窒化クロム膜を形成する
窒化クロム膜被覆基体の製造方法が提供される。
【００１０】本発明における製造方法は、真空蒸着と同
時、交互、又は真空蒸着後にイオン照射を行う方法であ
り、この製造方法を実施するために用いる装置は、真空
蒸着とイオン照射とを同時に行えるものであれば特に限
定されるものではなく、例えば、図１に示すような装置
を用いることができる。図１において、１は基体であ
り、基体１は基体ホルダー２上に載置されるように構成
されている。また、基体１に対向する位置に蒸発源３、
イオン源４がそれぞれ配設されており、これらはすべて
真空容器５内に納められている。真空容器５には排気装
置１１が並設されている。さらに、基体ホルダー２近傍
には基体１への蒸着原子の蒸着量をモニターすることが
できる膜厚モニター６が、基体１へのイオンの照射量を
モニターすることができるイオン電流測定器７がそれぞ
れ配設されている。また、基体ホルダー２には、基体１
を冷却するための冷却管（図示せず）が内設されてい
る。
時、交互、又は真空蒸着後にイオン照射を行う方法であ
り、この製造方法を実施するために用いる装置は、真空
蒸着とイオン照射とを同時に行えるものであれば特に限
定されるものではなく、例えば、図１に示すような装置
を用いることができる。図１において、１は基体であ
り、基体１は基体ホルダー２上に載置されるように構成
されている。また、基体１に対向する位置に蒸発源３、
イオン源４がそれぞれ配設されており、これらはすべて
真空容器５内に納められている。真空容器５には排気装
置１１が並設されている。さらに、基体ホルダー２近傍
には基体１への蒸着原子の蒸着量をモニターすることが
できる膜厚モニター６が、基体１へのイオンの照射量を
モニターすることができるイオン電流測定器７がそれぞ
れ配設されている。また、基体ホルダー２には、基体１
を冷却するための冷却管（図示せず）が内設されてい
る。
【００１１】このように構成される装置においては、真
空容器５は排気装置１１によって、所定の真空度に排気
され、保持される。蒸発源３は電子ビーム、抵抗や高周
波によってクロム元素含有物質を加熱させ蒸気化させる
ものである。但し、クロム元素含有物質として昇華性の
物質を用いて加熱気化させる場合には、蒸発速度が安定
しないことがあるため、スパッタリング法を用いること
ができる。また、イオン源４の方式も特に限定されず、
カウフマン型やバケット型等を適宜用いることができ
る。これら膜厚モニター６及びイオン電流測定器７の方
式は特に限定されるものではなく、例えば、膜厚モニタ
ー６としては水晶振動子を用いたもの、イオン電流測定
器７としてはファラデーカップ等を適宜用いることがで
きる。
空容器５は排気装置１１によって、所定の真空度に排気
され、保持される。蒸発源３は電子ビーム、抵抗や高周
波によってクロム元素含有物質を加熱させ蒸気化させる
ものである。但し、クロム元素含有物質として昇華性の
物質を用いて加熱気化させる場合には、蒸発速度が安定
しないことがあるため、スパッタリング法を用いること
ができる。また、イオン源４の方式も特に限定されず、
カウフマン型やバケット型等を適宜用いることができ
る。これら膜厚モニター６及びイオン電流測定器７の方
式は特に限定されるものではなく、例えば、膜厚モニタ
ー６としては水晶振動子を用いたもの、イオン電流測定
器７としてはファラデーカップ等を適宜用いることがで
きる。
【００１２】本発明において用いられる基体は、通常窒
化クロム膜を形成される基体であれば特に限定されるも
のではなく、例えば、ポリカーボネート、ポリエチレン
テレフタレート等のポリエチレン類、ポリイミド等の高
分子よりなる基体や、高速度工具鋼、超硬合金、炭素鋼
等の金属や、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素等のセラミ
ックよりなる材料を用いることができる。
化クロム膜を形成される基体であれば特に限定されるも
のではなく、例えば、ポリカーボネート、ポリエチレン
テレフタレート等のポリエチレン類、ポリイミド等の高
分子よりなる基体や、高速度工具鋼、超硬合金、炭素鋼
等の金属や、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素等のセラミ
ックよりなる材料を用いることができる。
【００１３】本発明を実施するにあたっては、基体を基
体ホルダーに設置することによって真空容器内に納め、
例えば、１×１０-6torr以下の真空度に排気した後、蒸
発源よりクロム含有物質を加熱し、蒸気化させることに
よって基体上に蒸着させる。蒸発源より蒸気化させるク
ロム元素含有物質としては、クロムの単体、酸化物、窒
化物、あるいは炭化物等を用いることができる。そし
て、該物質の蒸着と同時または蒸着後に、イオン源より
少なくとも窒素元素を含有するイオンを照射する。この
際、照射するイオンとしては、窒素イオンを用いるのが
効果的であるが、窒素イオンと、不活性ガスイオンや水
素イオンとを含有するもの等を用いることができる。こ
れらは、例えば、イオン源に窒素ガスのみ、あるいは窒
素ガスと不活性ガスあるいは水素ガス等とを導入するこ
とによって得ることができる。この場合には、不活性ガ
スイオンや水素イオンによって、蒸着クロム原子が、よ
り一層高励化状態になるので、膜の結晶化度が向上する
という利点がある。
体ホルダーに設置することによって真空容器内に納め、
例えば、１×１０-6torr以下の真空度に排気した後、蒸
発源よりクロム含有物質を加熱し、蒸気化させることに
よって基体上に蒸着させる。蒸発源より蒸気化させるク
ロム元素含有物質としては、クロムの単体、酸化物、窒
化物、あるいは炭化物等を用いることができる。そし
て、該物質の蒸着と同時または蒸着後に、イオン源より
少なくとも窒素元素を含有するイオンを照射する。この
際、照射するイオンとしては、窒素イオンを用いるのが
効果的であるが、窒素イオンと、不活性ガスイオンや水
素イオンとを含有するもの等を用いることができる。こ
れらは、例えば、イオン源に窒素ガスのみ、あるいは窒
素ガスと不活性ガスあるいは水素ガス等とを導入するこ
とによって得ることができる。この場合には、不活性ガ
スイオンや水素イオンによって、蒸着クロム原子が、よ
り一層高励化状態になるので、膜の結晶化度が向上する
という利点がある。
【００１４】本発明において、膜を形成する際の基体の
温度は、約６０〜約２００℃であり、約６０〜約１２０
℃がより好ましい。これによって、基体の材質が限定さ
れなくなり、イオンの加速エネルギー、イオンの入射方
向及びＣｒ／Ｎ組成比を同時に調整することによって、
膜の密着性が劣らないようにすることができる。なお、
本発明においてＣｒ／Ｎ組成比とは、クロム原子と窒素
原子との比、すなわちクロム原子数と窒素原子数との比
を示す。
温度は、約６０〜約２００℃であり、約６０〜約１２０
℃がより好ましい。これによって、基体の材質が限定さ
れなくなり、イオンの加速エネルギー、イオンの入射方
向及びＣｒ／Ｎ組成比を同時に調整することによって、
膜の密着性が劣らないようにすることができる。なお、
本発明においてＣｒ／Ｎ組成比とは、クロム原子と窒素
原子との比、すなわちクロム原子数と窒素原子数との比
を示す。
【００１５】また、窒素イオンの加速エネルギーは約
０．１〜約２０ＫｅＶの範囲内であり、約０．１〜約１
０ＫｅＶがより好ましい。加速エネルギーが約２０Ｋｅ
Ｖを超えると、基体に多大な熱的な損傷が加わり、基体
種が限定されてしまったり、膜中に過大な欠陥が生成さ
れることとなる。約０．５μｍ以下の膜厚の膜を形成す
る場合には、膜で充分な結晶化が進まないので好ましく
ない。また、約０．１ＫｅＶ未満では、基体と膜との界
面に形成される混合層の形成が不十分になり、密着性が
劣るので好ましくない。
０．１〜約２０ＫｅＶの範囲内であり、約０．１〜約１
０ＫｅＶがより好ましい。加速エネルギーが約２０Ｋｅ
Ｖを超えると、基体に多大な熱的な損傷が加わり、基体
種が限定されてしまったり、膜中に過大な欠陥が生成さ
れることとなる。約０．５μｍ以下の膜厚の膜を形成す
る場合には、膜で充分な結晶化が進まないので好ましく
ない。また、約０．１ＫｅＶ未満では、基体と膜との界
面に形成される混合層の形成が不十分になり、密着性が
劣るので好ましくない。
【００１６】さらに、本発明におけるイオンの入射角度
は、基体上に立てた法線に対して照射されるイオンの入
射角度を意味する。このイオン入射角度は、約０〜約３
０°の範囲内であり、約０〜約２０°がより好ましい。
これは、イオンの入射角度が、膜中に侵入するイオンの
深さと相関があり、イオンの入射角度が約３０°を超え
ると、膜中に侵入するイオンの深さが浅くなり過ぎ、照
射イオンが基体原子をはじき出したり、イオンとの衝突
によって蒸発原子が基体の中に押し込まれることによっ
て形成される、膜と基体との界面に形成される基体と膜
の構成原子よりなる混合層の厚みが不十分になり、膜の
密着性を著しく劣化させるからである。
は、基体上に立てた法線に対して照射されるイオンの入
射角度を意味する。このイオン入射角度は、約０〜約３
０°の範囲内であり、約０〜約２０°がより好ましい。
これは、イオンの入射角度が、膜中に侵入するイオンの
深さと相関があり、イオンの入射角度が約３０°を超え
ると、膜中に侵入するイオンの深さが浅くなり過ぎ、照
射イオンが基体原子をはじき出したり、イオンとの衝突
によって蒸発原子が基体の中に押し込まれることによっ
て形成される、膜と基体との界面に形成される基体と膜
の構成原子よりなる混合層の厚みが不十分になり、膜の
密着性を著しく劣化させるからである。
【００１７】本発明の製造方法においては、基体上に形
成される窒化クロム膜は、少なくとも表面において、約
１．０〜３．５となるクロム原子と窒素原子との組成比
を有するように、好ましくは約１．０〜３．０となるク
ロム原子と窒素原子との組成比を有するように調整する
ことが必要である。これは、化学的に活性なＣｒの性質
を利用して膜の密着性を向上させるためである。Ｃｒ／
Ｎ組成比が約１．０未満では、膜中の窒素原子の数が多
くなり過ぎ、密着性が向上しない。また、Ｃｒ／Ｎ組成
比が約３．５を超えると、膜の化学的安定性が劣るので
好ましくない。本発明の範囲にＣｒ／Ｎ組成比を調整す
れば、低温下で膜を形成しても膜の密着性が劣ることは
ない。なお、Ｃｒ／Ｎ膜の組成比は、図１における膜厚
モニター６によって、基体に到達するＣｒ原子の数を測
定し、電流測定器７によって、基体に照射されるイオン
の個数を計測することによって調整することができる。
成される窒化クロム膜は、少なくとも表面において、約
１．０〜３．５となるクロム原子と窒素原子との組成比
を有するように、好ましくは約１．０〜３．０となるク
ロム原子と窒素原子との組成比を有するように調整する
ことが必要である。これは、化学的に活性なＣｒの性質
を利用して膜の密着性を向上させるためである。Ｃｒ／
Ｎ組成比が約１．０未満では、膜中の窒素原子の数が多
くなり過ぎ、密着性が向上しない。また、Ｃｒ／Ｎ組成
比が約３．５を超えると、膜の化学的安定性が劣るので
好ましくない。本発明の範囲にＣｒ／Ｎ組成比を調整す
れば、低温下で膜を形成しても膜の密着性が劣ることは
ない。なお、Ｃｒ／Ｎ膜の組成比は、図１における膜厚
モニター６によって、基体に到達するＣｒ原子の数を測
定し、電流測定器７によって、基体に照射されるイオン
の個数を計測することによって調整することができる。
【００１８】本発明の窒化クロム膜被覆基体の製造方法
においては、上記のようなＣｒ／Ｎ組成比を有する窒化
クロム膜を形成する前に、クロム膜を形成してもよい。
この場合のクロム膜は、膜厚約０．０１〜約０．５μ
ｍ、好ましくは約０．０１〜約０．３μｍである。クロ
ム膜は、単なる真空蒸着によって形成してもよいが、基
体との密着性を考慮して、クロム原子の真空蒸着による
クロム膜の形成後、あるいはクロム原子の真空蒸着と同
時に、窒素又は不活性ガスのイオンを照射しながら形成
することが好ましい。基体上にクロム膜を形成した後、
窒化クロム膜を被覆する場合には、特にクロム膜と窒化
クロム膜との界面に、両者を構成する原子の混合層が形
成されることとなるので、窒化クロム膜の厚さ方向にお
いて、Ｃｒ／Ｎ組成比が異なるとともに、約１．０〜
３．５からはずれる窒化クロム膜が形成される場合があ
るが、少なくとも窒化クロム膜の表面において、約１．
０〜３．５のＣｒ／Ｎ組成比を有するものであればよ
い。
においては、上記のようなＣｒ／Ｎ組成比を有する窒化
クロム膜を形成する前に、クロム膜を形成してもよい。
この場合のクロム膜は、膜厚約０．０１〜約０．５μ
ｍ、好ましくは約０．０１〜約０．３μｍである。クロ
ム膜は、単なる真空蒸着によって形成してもよいが、基
体との密着性を考慮して、クロム原子の真空蒸着による
クロム膜の形成後、あるいはクロム原子の真空蒸着と同
時に、窒素又は不活性ガスのイオンを照射しながら形成
することが好ましい。基体上にクロム膜を形成した後、
窒化クロム膜を被覆する場合には、特にクロム膜と窒化
クロム膜との界面に、両者を構成する原子の混合層が形
成されることとなるので、窒化クロム膜の厚さ方向にお
いて、Ｃｒ／Ｎ組成比が異なるとともに、約１．０〜
３．５からはずれる窒化クロム膜が形成される場合があ
るが、少なくとも窒化クロム膜の表面において、約１．
０〜３．５のＣｒ／Ｎ組成比を有するものであればよ
い。
【００１９】本発明においては、窒化クロム膜の膜厚を
０．５μｍ以下に形成することが好ましい。本発明のよ
うな蒸着とイオン照射とを併用する方法においては、膜
厚が０．５μｍ以上の膜にて耐摩耗性、耐食性等を発揮
させることも可能であるが、製造コストや生産効率を考
慮すれば、膜厚が薄いもので、かつ膜厚の厚いものと同
等の効果を生み出せれば、膜厚が薄くなるほど産業化に
有利である。
０．５μｍ以下に形成することが好ましい。本発明のよ
うな蒸着とイオン照射とを併用する方法においては、膜
厚が０．５μｍ以上の膜にて耐摩耗性、耐食性等を発揮
させることも可能であるが、製造コストや生産効率を考
慮すれば、膜厚が薄いもので、かつ膜厚の厚いものと同
等の効果を生み出せれば、膜厚が薄くなるほど産業化に
有利である。
【００２０】
【作用】本発明の窒化クロム膜被覆基体の製造方法によ
れば、基体の温度を約６０〜２００℃に保持し、窒素イ
オンを約０．１〜２０ＫｅＶの加速エネルギー、約０〜
３０°のイオン入射角度で照射し、基体上に形成される
窒化クロム膜が、少なくとも表面において、約１．０〜
３．５となるクロム原子と窒素原子との組成比を有する
窒化クロム膜を形成するので、薄い膜厚の窒化クロム膜
で基体を被覆した場合においても、１μｍ以下の膜厚が
厚いもので被覆した基体と同等の耐摩耗性、耐食性を発
揮することとなる。また、低温で成膜した場合でも、優
れた密着性と耐摩耗性、耐食性を発揮することとなる。
れば、基体の温度を約６０〜２００℃に保持し、窒素イ
オンを約０．１〜２０ＫｅＶの加速エネルギー、約０〜
３０°のイオン入射角度で照射し、基体上に形成される
窒化クロム膜が、少なくとも表面において、約１．０〜
３．５となるクロム原子と窒素原子との組成比を有する
窒化クロム膜を形成するので、薄い膜厚の窒化クロム膜
で基体を被覆した場合においても、１μｍ以下の膜厚が
厚いもので被覆した基体と同等の耐摩耗性、耐食性を発
揮することとなる。また、低温で成膜した場合でも、優
れた密着性と耐摩耗性、耐食性を発揮することとなる。
【００２１】
実施例１ 高速度工具鋼（ＳＫＨ５１：３０×３０×５ｔの平板）
からなる基体を、真空容器内に載置し、純度３ＮのＣｒ
を蒸着させると共に、窒素イオンを１ＫｅＶの加速エネ
ルギーで照射した。この時、蒸発源は電子ビームを用い
たもの、イオン源はバケット型イオン源を使用し、真空
容器内は５×１０-7torrに真空排気した後、イオン源に
純度５Ｎの窒素ガスを導入することによって、５×１０
-6torrの真空度に維持した。
からなる基体を、真空容器内に載置し、純度３ＮのＣｒ
を蒸着させると共に、窒素イオンを１ＫｅＶの加速エネ
ルギーで照射した。この時、蒸発源は電子ビームを用い
たもの、イオン源はバケット型イオン源を使用し、真空
容器内は５×１０-7torrに真空排気した後、イオン源に
純度５Ｎの窒素ガスを導入することによって、５×１０
-6torrの真空度に維持した。
【００２２】また、形成されたＣｒＮ膜のＣｒ／Ｎ組成
比が２．５になるように、Ｃｒの蒸発量と照射される窒
素イオンの量を調整し、膜厚は０．２μｍとなるように
成膜した。さらに、成膜中、基体が１５０℃に保持され
るように、基体ホルダーを水冷した。また、イオンの入
射角度は、基体表面に立てた法線より０〜２０°の範囲
内になるように設定した。
比が２．５になるように、Ｃｒの蒸発量と照射される窒
素イオンの量を調整し、膜厚は０．２μｍとなるように
成膜した。さらに、成膜中、基体が１５０℃に保持され
るように、基体ホルダーを水冷した。また、イオンの入
射角度は、基体表面に立てた法線より０〜２０°の範囲
内になるように設定した。
【００２３】比較例１ 実施例１と同じ基体を用いて、窒素イオンを３０ＫｅＶ
の加速エネルギーで照射しながら、０．２μｍの膜を形
成した。それ以外の成膜条件はすべて実施例１と同じで
あった。
の加速エネルギーで照射しながら、０．２μｍの膜を形
成した。それ以外の成膜条件はすべて実施例１と同じで
あった。
【００２４】比較例２ 実施例１と同じ基体を用いて、Ｃｒ／Ｎ組成比が４．０
になるように０．２μｍの膜を形成した。それ以外の成
膜条件はすべて実施例１と同じであった。
になるように０．２μｍの膜を形成した。それ以外の成
膜条件はすべて実施例１と同じであった。
【００２５】比較例３ 実施例１と同じ基体を用いて、基体の法線に対するイオ
ンの入射角度が４５度になるように０．２μｍの膜を形
成した。それ以外の成膜条件はすべて実施例１と同じで
あった。
ンの入射角度が４５度になるように０．２μｍの膜を形
成した。それ以外の成膜条件はすべて実施例１と同じで
あった。
【００２６】比較例４ 実施例１と同じ基体を用いて、実施例１と同じ方法を用
いて５μｍの膜を形成した。それ以外の成膜条件はすべ
て実施例１と同じであった。
いて５μｍの膜を形成した。それ以外の成膜条件はすべ
て実施例１と同じであった。
【００２７】上記実施例１及び比較例１〜４において形
成された膜の硬度を、５ｇ荷重のマイクロビッカース硬
度計で測定し、マイクロスクラッチテスタにて密着性を
測定したところ、表１の結果を得た。
成された膜の硬度を、５ｇ荷重のマイクロビッカース硬
度計で測定し、マイクロスクラッチテスタにて密着性を
測定したところ、表１の結果を得た。
【００２８】
【表１】
【００２９】上記結果より、比較例１のものは加速エネ
ルギーが大きすぎ、膜の結晶成長を充分に促進させなか
ったことより、硬度が劣化し、比較例２のものは、Ｃｒ
／Ｎ組成比が大きすぎ、膜中のＣｒＮの含有量が少なす
ぎ、同じく硬度が劣化し、また、比較例３のものは、イ
オンの入射角度が浅すぎ、入射イオンが基体表面に充分
に到達せず、その結果、膜の密着性が劣る結果になっ
た。
ルギーが大きすぎ、膜の結晶成長を充分に促進させなか
ったことより、硬度が劣化し、比較例２のものは、Ｃｒ
／Ｎ組成比が大きすぎ、膜中のＣｒＮの含有量が少なす
ぎ、同じく硬度が劣化し、また、比較例３のものは、イ
オンの入射角度が浅すぎ、入射イオンが基体表面に充分
に到達せず、その結果、膜の密着性が劣る結果になっ
た。
【００３０】また、実施例１と比較例４を比べると、形
成された膜の硬度，密着性が同じことより、実施例１の
ものは０．２μｍと薄い膜においても、５μｍと同様、
充分にＣｒＮの結晶成長を促進させ、同等の膜特性を生
じさせることがわかった。
成された膜の硬度，密着性が同じことより、実施例１の
ものは０．２μｍと薄い膜においても、５μｍと同様、
充分にＣｒＮの結晶成長を促進させ、同等の膜特性を生
じさせることがわかった。
【００３１】
【発明の効果】本発明の窒化クロム膜被覆基体の製造方
法によれば、膜厚を薄くした場合でも、高硬度、優れた
化学的安定性を有するＣｒＮ膜を基体に被覆させること
ができる。さらに、低温下のプロセスで窒化クロム膜を
成膜した場合でも、同じく硬度、密着性を確保できるこ
とより、あらゆる基体種に、生産性良く、安価な製造コ
ストで、耐摩耗性、耐食性に優れたＣｒＮ膜を形成する
ことができる。従って、生産性の向上、利用できる基体
材質の自由度、および生産コストの低減化を図ることが
でき、工業上大きく貢献することが可能となった。
法によれば、膜厚を薄くした場合でも、高硬度、優れた
化学的安定性を有するＣｒＮ膜を基体に被覆させること
ができる。さらに、低温下のプロセスで窒化クロム膜を
成膜した場合でも、同じく硬度、密着性を確保できるこ
とより、あらゆる基体種に、生産性良く、安価な製造コ
ストで、耐摩耗性、耐食性に優れたＣｒＮ膜を形成する
ことができる。従って、生産性の向上、利用できる基体
材質の自由度、および生産コストの低減化を図ることが
でき、工業上大きく貢献することが可能となった。
【図１】本発明に係る窒化クロム膜被覆基体の製造方法
に用いる膜形成装置の要部の概略断面図である。
に用いる膜形成装置の要部の概略断面図である。
１ 基板 ２ 基体ホルダー ３ 蒸発源 ４ イオン源 ５ 真空容器 ６ 膜厚モニタ ７ イオン電流モニタ １１ 真空排気装置
Claims (2)
- 【請求項１】 ｉ）基体上に、クロム原子の真空蒸着に
よりクロム膜を形成した後、窒素イオンの照射を行う工
程、 ii）基体上に、クロム原子の真空蒸着によりクロム膜を
形成した後、さらにクロム原子の真空蒸着と同時に、窒
素イオンの照射を行う工程、 iii)基体上に、クロム原子の真空蒸着と同時に窒素イオ
ンの照射を行う工程、のいずれか１つを行い、その際、
基体の温度を約６０〜２００℃に保持し、窒素イオンを
約０．１〜２０ＫｅＶの加速エネルギー、約０〜３０°
のイオン入射角度で照射し、基体上に形成される窒化ク
ロム膜が、少なくとも表面において、約１．０〜３．５
となるクロム原子と窒素原子との組成比を有する窒化ク
ロム膜を形成することを特徴とする窒化クロム膜被覆基
体の製造方法。 - 【請求項２】 窒化クロム膜を０．０１〜０．５μｍ厚
に成膜する請求項１記載の窒化クロム膜被覆基体の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5250662A JP2611633B2 (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | 窒化クロム膜被覆基体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5250662A JP2611633B2 (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | 窒化クロム膜被覆基体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07102359A true JPH07102359A (ja) | 1995-04-18 |
| JP2611633B2 JP2611633B2 (ja) | 1997-05-21 |
Family
ID=17211187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5250662A Expired - Fee Related JP2611633B2 (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | 窒化クロム膜被覆基体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2611633B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100250213B1 (ko) * | 1995-12-22 | 2000-04-01 | 이구택 | 내마모성이 우수한 경질피막의 제조방법 |
| KR100295611B1 (ko) * | 1996-07-10 | 2001-10-24 | 이구택 | 각종금속류표면의경질피막형성방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05112863A (ja) * | 1991-10-21 | 1993-05-07 | Nippon Steel Corp | 薄膜形成方法 |
-
1993
- 1993-10-06 JP JP5250662A patent/JP2611633B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05112863A (ja) * | 1991-10-21 | 1993-05-07 | Nippon Steel Corp | 薄膜形成方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100250213B1 (ko) * | 1995-12-22 | 2000-04-01 | 이구택 | 내마모성이 우수한 경질피막의 제조방법 |
| KR100295611B1 (ko) * | 1996-07-10 | 2001-10-24 | 이구택 | 각종금속류표면의경질피막형성방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2611633B2 (ja) | 1997-05-21 |
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