JPS62170472A - クリ−ニング機構付レ−ザ蒸着装置 - Google Patents

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。

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１合金、セラミックスから成る基
板の表面に各種の機能を備えた被覆層を形成した部材１
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、もっ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、また、基板と被覆層との密着
性を高めることもできる構造のクリーニング機構付レー
ザ蒸着装置に関する。

［従来技術］ 一般に、金属１合金、セラミッ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だめの蒸着装置
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。

後者の装置を更に細分すると、イオンブレーティング装
置、スパンクリング装置。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に供給すること
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
って蒸発させたときまたは短時間ではあって断続的に数
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伺着し
た蒸発物を除去する場合には、装置の運転を一旦停止し
なければならずその作業能率は低下する。また、付着物
除去時に光学系調整器の表面を往々にして傷つけること
があり、その結果、レーザ照射効率の低下を招く。

本発明は、特開昭５９−１１６３７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、光学
系′Ａ整器の蒸発物による表面汚染を防止する手段を具
備したレーザ蒸着装置の提供を目的とする。

［問題点を解決するだめの手段］ 本発明のクリーニング機構付レーザ蒸着装置は、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
するレーザ蒸着装置において、該光学系調整器の前方に
は、該光学系調整器の照射面の全領域を覆ってレーザ光
を透過する板体が配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φ。

第１図で、１は反応容器で内部は真空または所定圧のＡ
ｒ、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って、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ン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　、　Ｎ　ｂ　、　Ｔ　ａ　、　Ｗ　、　Ｍ　Ｏ、Ｃ
ｒ　、　Ｂ　、　Ｓ　ｉの金属若しくはこれらを含む合
金；各種の超硬合金、サーメットなどの合金；ＴｉＣ。

ＴｉＮ、ＴｉＯ２、ＴｉＢ２　、Ａ１２０３　。

Ｓ　ｉＣ、Ｓ　ｉ３　Ｎ４　、ｈＢＮ、ｃＢＮ、Ｔｉ（
Ｃ、Ｎ）、（Ｔｉ　、Ｔａ）Ｃなどの金属化合物；Ａｌ
２Ｏ，系セラミックス、ＺｒＯ２系セラミックス、Ｓｉ
Ｃ系セラミックス、Ｓｉ３Ｎ４系セラミックス、ｃＢＮ
系焼結体、ダイヤモンド系焼結体などのセラミックス焼
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９円筒体１円錐体、湾曲体、リング体
９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ってもよい、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の内壁に設置され
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Ｓ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９合金、セラミック
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
ンレススティール、ハステロイ、インコネル、超硬合金
、サーメットなどの合金；Ａｌ２Ｏ３系セラミックス、
ＺｒＯ２系セラミンクス、Ｓｉ３Ｎ４系セラミックス、
ＳｉＣ系セラミックス、Ｔｉｃ系セラミックス、ＴｉＢ
２系セラミックス、Ｂ４Ｃ系セラミックス、ｃＢＮ系焼
結体、ダイヤモンド系焼結体などのセラミックス焼結体
；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ャッタであって、蒸発物の基板６
への蒸着時間を任意に調節する。

本発明の装置は、上記した光学系調整器の前面に後述の
板体８が配設されていることを最大の特徴とする。

例えば第１図は凹面鏡（又は放物面鏡）の前面に板体を
配設した図であり、第２図はその部分拡大図である。

板体８は矢線Ｐ２のように凹面鏡５Ｃに直進してくるレ
ーザ光が透過できる材質で構成されている。具体的には
ＫＣＩ結晶板を例示することができる。板体８の形状は
円板状、角板状のいずれであってもよく、要は凹面鏡５
Ｃの表面すなわち照射面の全域を覆うような広さの面積
を有していることが必要である。凹面鏡５Ｃの照射面よ
りも面積が小さい場合は、被照射試料２の位置からみて
露出している凹面鏡５Ｃの面に矢線Ｐ４に沿って放散し
てきた蒸発物が付着してそこを汚染するからである。

板体８は、その一端が矢線Ｐ５のように回転する回転軸
８ａに軸支されて回転自在となっていることが好ましい
。回転軸８ａは例えば駆動モータ、回転調節機構などを
内蔵し容器１の壁面１ａに付設された駆動ボックス９に
よって回転する。

１０は、板体８に隣接して上記ボックス９に配設された
板体面の清掃手段すなわち付着物除去手段である。例え
ば、樋状に加工した外枠１０ａの内面に繊維やフェルト
などの刷毛手段１０ｂが植設された構造である。付着物
除去手段１０は、その刷毛手段１０ｂの位置に回転して
きた板体８を受けいれるように配設される。

なお、説明は、板体８を凹面鏡５Ｃの前方に配置する例
で行なったが、該板体８の配置個所はこれに限定される
ものではなく、他の光学系調整器である透過窓５ｂの前
方、つまり透過窓５ｂの容器１の内側の面の前方に設け
ることも可能であることはいうまでもない。

本発明の装置は次のようにして運転される。すなわち、
基板６に被覆層を形成する際には、板体８で凹面鏡５ｃ
の照射面を覆っておく。レーザ光はこの板体８を透過す
るので被覆層の形成には何ら不都合は生じない。

矢線Ｐ４に沿って放散する被照射試料２の蒸発物は凹面
鏡５Ｃにも直進してくるが、しかし凹面鏡の前方に位置
する板体８と衝突しそこに沈着して凹面鏡５ｃそのもの
にまでは達しない、すなわち、凹面鏡５ｃの表面への蒸
発物の付着は防止されそのレーザ照射効率は低下しない
。

他方、板体８の表面は蒸発物の付着により汚染されるが
、そのときは、板体８を回転させて付着物除去手段１０
の刷毛手段ｆｏｂの中を通過させる。板体８の表面に付
着していた蒸発物は、上記刷毛手段１０ｂにより除去さ
れる。

このように本発明の装置は光学系調整器の照射面を汚染
することがないのでの長期の運転においても光学系調整
器のレーザ照射効率は低下せず作業能率を大いに高める
ことができ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系セラミッ
クスで円柱体の被照射試料２．ＷＣ５１量％の超硬合金
製の基板６．ＫＣＩ結晶板の円板８、フェルト状の耐熱
性刷毛を植設した清掃手段１０を配設して第１図に示し
たような装置を組立てた。円板８で凹面鏡５ｃの全面を
覆った。

この状態で、容器ｌ内をＩ　Ｘ　Ｉ　Ｏ’Ｔｏｒｒより
も高真空となるように排気し、被照射試料２を２゜ｒｐ
ｍで軸回転させながら加熱器３によって５００°Ｃに予
熱し、また基板６に加熱器６ａによって５００℃に予熱
した。

つぎにレーザ光発振器４からＣＷ　ＣＯ２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１０００Ｗの集束ｃｗｃ
ｏ２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”ｒｔｃ−ＴｉＮ系の被覆層を形成し
た。

円板８を約Ｌ　　ｒｐｍで回転させて表面の蒸着物を刷
毛手段１０ｂで除去しながら連続運転したところ、凹面
鏡５ｃのレーザ照射効率は低下せず順調に被覆層が形成
された。

円板８を配設せず同様の条件で被覆層の形成を行なった
ところ２０分間の連続運転で凹面鏡のレーザ光照射効率
は６０％にまで低下した。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明装置の好適な例を示する概略図であり、
第２図は板体を配設した個所の部分拡大図である。 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　　５ｂ−透過窓 ５ｃ−凹面鏡（放物面鏡）　　６−基板７−可動シヤツ
ク　　８−板体 ８ａ−軸　　９−駆動ブロック １〇−付着物除去手段　　１０ａ−枠体１０ｂ−刷毛手
段 ｌ＋０ 第１図

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蒸着装置において、該光学系調整
   器の前方には、該光学系調整器の照射面の全領域を覆っ
   てレーザ光を透過する板体が配設されていることを特徴
   とするクリーニング機構付レーザ蒸着装置。 ２、該板体が、その端部の１点を中心にして回転自在に
   配設されている特許請求の範囲第１項記載のクリーニン
   グ機構付レーザ蒸着装置。 ３、該板体に隣接して、該板体の面を清掃する付着物除
   去手段が配設されている特許請求の範囲第１項記載のク
   リーニング機構付レーザ蒸着装置。 ４、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項記載のクリーニング機
   構付レーザ蒸着装置。 ５、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項記載のクリーニング機構付レ
   ーザ蒸着装置。