JP2963455B1 - 窒化ホウ素膜の成膜方法 - Google Patents
窒化ホウ素膜の成膜方法Info
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- JP2963455B1 JP2963455B1 JP10243323A JP24332398A JP2963455B1 JP 2963455 B1 JP2963455 B1 JP 2963455B1 JP 10243323 A JP10243323 A JP 10243323A JP 24332398 A JP24332398 A JP 24332398A JP 2963455 B1 JP2963455 B1 JP 2963455B1
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Abstract
【要約】
【課題】 超硬合金や高速度鋼の基板上に密着力にすぐ
れ、かつ耐摩耗性、強度的にすぐれた長寿命の立方晶窒
化ホウ素膜を形成する成膜法を提供する。 【解決手段】 ボンバード処理を施した基板１上にＴｉ
Ｎ膜２を形成したのち、Ｔｉ膜、Ｂ膜、さらに段階的に
組成比率を変えたＢＮ膜からなる３の緩衝膜Ｉを被覆
し、ついでその上にｃＢＮ膜４を形成することにより、
基板１との密着性にすぐれ、長寿命の立方晶窒化ホウ素
膜を得る。
れ、かつ耐摩耗性、強度的にすぐれた長寿命の立方晶窒
化ホウ素膜を形成する成膜法を提供する。 【解決手段】 ボンバード処理を施した基板１上にＴｉ
Ｎ膜２を形成したのち、Ｔｉ膜、Ｂ膜、さらに段階的に
組成比率を変えたＢＮ膜からなる３の緩衝膜Ｉを被覆
し、ついでその上にｃＢＮ膜４を形成することにより、
基板１との密着性にすぐれ、長寿命の立方晶窒化ホウ素
膜を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、立方晶窒化ホウ
素膜の成膜方法に関し、詳しくは高硬度、低摩擦係数、
耐熱性等の物性が他の物質よりすぐれている立方晶窒化
ホウ素膜を切削工具や耐摩耗工具などの工具部材表面に
付与して、これら部材の長寿命化を達成することを目的
として、立方晶窒化ホウ素膜を再現性よく成膜する方法
に関するものである。
素膜の成膜方法に関し、詳しくは高硬度、低摩擦係数、
耐熱性等の物性が他の物質よりすぐれている立方晶窒化
ホウ素膜を切削工具や耐摩耗工具などの工具部材表面に
付与して、これら部材の長寿命化を達成することを目的
として、立方晶窒化ホウ素膜を再現性よく成膜する方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）は、ダイヤ
モンドに次ぐ硬度を持ち、しかも熱的および化学的安定
性にすぐれており、鉄系材料との反応性がダイヤモンド
に比べて低いなどの特性を有することから、超高圧、高
温下で焼結して得られたｃＢＮ焼結体はワイヤ放電加工
機等で適当な大きさに切断し、超硬チップ、エンドミル
等に蝋付けして切削用工具としたり、耐摩耗性用品の材
料として用いられている。
モンドに次ぐ硬度を持ち、しかも熱的および化学的安定
性にすぐれており、鉄系材料との反応性がダイヤモンド
に比べて低いなどの特性を有することから、超高圧、高
温下で焼結して得られたｃＢＮ焼結体はワイヤ放電加工
機等で適当な大きさに切断し、超硬チップ、エンドミル
等に蝋付けして切削用工具としたり、耐摩耗性用品の材
料として用いられている。
【０００３】しかしながら、ｃＢＮ成形体の製造には上
述のように、超高圧、高温による合成を必要とすること
から、複雑な形状のものが得難く、また量産性が低く、
かつ製造コストが非常に高くつくなどから、この成形体
の使用範囲は著しく限定されている。また、処理工程の
煩雑さと処理温度が高温であるため、量産工具であるハ
イス材小型工具への適応が行えないこともあって大幅な
普及には至っていない。
述のように、超高圧、高温による合成を必要とすること
から、複雑な形状のものが得難く、また量産性が低く、
かつ製造コストが非常に高くつくなどから、この成形体
の使用範囲は著しく限定されている。また、処理工程の
煩雑さと処理温度が高温であるため、量産工具であるハ
イス材小型工具への適応が行えないこともあって大幅な
普及には至っていない。
【０００４】そこで、上記したｃＢＮが持っている特性
を活かすべく、基材表面にｃＢＮからなる被覆層を形成
することにより、低コストで基材の耐摩耗性、耐食性を
向上させた成形体を得る試みが広く行われている。この
ようなｃＢＮによる被覆はＣＶＤ法やＰＶＤ法などによ
り、ｃＢＮ膜を基材表面に析出させることが試みられ、
ｃＢＮの気相合成による被覆が工業的に可能になってき
ている。
を活かすべく、基材表面にｃＢＮからなる被覆層を形成
することにより、低コストで基材の耐摩耗性、耐食性を
向上させた成形体を得る試みが広く行われている。この
ようなｃＢＮによる被覆はＣＶＤ法やＰＶＤ法などによ
り、ｃＢＮ膜を基材表面に析出させることが試みられ、
ｃＢＮの気相合成による被覆が工業的に可能になってき
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の気相合成法によ
って得たｃＢＮ皮膜は、その製法の如何に係わらず大き
な内部応力を持っているため成膜後に剥離を起こしやす
く、ｃＢＮ膜のみでは０．１μｍ以上になると剥離して
しまう。このようなｃＢＮ膜の剥離を防止するために、
例えば特開平８−６０３３９号公報では基材界面に中間
層としてＴｉ膜を形成し、その後に窒素組成を変化させ
ながらホウ素のイオンプレーティングを行って、ホウ素
と窒素の傾斜層を形成させ、この傾斜層を介してｃＢＮ
層を形成することで０．５μｍ程度のｃＢＮ膜を得る方
法が提案されている。
って得たｃＢＮ皮膜は、その製法の如何に係わらず大き
な内部応力を持っているため成膜後に剥離を起こしやす
く、ｃＢＮ膜のみでは０．１μｍ以上になると剥離して
しまう。このようなｃＢＮ膜の剥離を防止するために、
例えば特開平８−６０３３９号公報では基材界面に中間
層としてＴｉ膜を形成し、その後に窒素組成を変化させ
ながらホウ素のイオンプレーティングを行って、ホウ素
と窒素の傾斜層を形成させ、この傾斜層を介してｃＢＮ
層を形成することで０．５μｍ程度のｃＢＮ膜を得る方
法が提案されている。
【０００６】しかし、このような成膜方法によるｃＢＮ
膜では、切削テストで剥離が生じることから実用的な密
着強度を得ることは困難である。
膜では、切削テストで剥離が生じることから実用的な密
着強度を得ることは困難である。
【０００７】基材に対するｃＢＮ膜の付着力向上を図る
ための対策として、上記した特開平８−６０３３９号公
報では、傾斜層を介して形成したｃＢＮ層にホウ素イオ
ンを注入したのち、８００℃前後でアニーリングを施す
方法が開示され、また、特開平９−９５７７４号公報に
おいては、基体上に形成したホウ素過剰の窒化ホウ素膜
を窒素または不活性ガス雰囲気下で２００〜１０００℃
でアニーリングする方法が、特開平８−１６５５５８号
公報では基材表面に窒化チタンと炭化ホウ素の中間層を
形成する方法が提案されている。さらに、特開平１０−
１８０２５号公報には、基材上に設けた窒化チタン膜か
らなる中間層上に、イオン注入によってホウ素を蒸着す
ると同時に窒素ガスと不活性ガスを注入して窒化チタン
と窒化ホウ素のミキシング層を形成する方法が開示され
ている。
ための対策として、上記した特開平８−６０３３９号公
報では、傾斜層を介して形成したｃＢＮ層にホウ素イオ
ンを注入したのち、８００℃前後でアニーリングを施す
方法が開示され、また、特開平９−９５７７４号公報に
おいては、基体上に形成したホウ素過剰の窒化ホウ素膜
を窒素または不活性ガス雰囲気下で２００〜１０００℃
でアニーリングする方法が、特開平８−１６５５５８号
公報では基材表面に窒化チタンと炭化ホウ素の中間層を
形成する方法が提案されている。さらに、特開平１０−
１８０２５号公報には、基材上に設けた窒化チタン膜か
らなる中間層上に、イオン注入によってホウ素を蒸着す
ると同時に窒素ガスと不活性ガスを注入して窒化チタン
と窒化ホウ素のミキシング層を形成する方法が開示され
ている。
【０００８】これらの上記した方法によって基材上に成
膜したｃＢＮ膜のなかには切削テストにおいて異常のな
いものも見られるが、殆どのものが成膜処理において、
イオン源の近傍における温度上昇、基板加熱、アニール
処理など温度条件が５００℃を超え、高速度鋼の硬度が
維持できない方法であって、従って上記の方法は何れも
主として超硬材を対象基材とするものである。
膜したｃＢＮ膜のなかには切削テストにおいて異常のな
いものも見られるが、殆どのものが成膜処理において、
イオン源の近傍における温度上昇、基板加熱、アニール
処理など温度条件が５００℃を超え、高速度鋼の硬度が
維持できない方法であって、従って上記の方法は何れも
主として超硬材を対象基材とするものである。
【０００９】ｃＢＮ膜は、その膜厚が０．８〜１．０μ
ｍになると、ｃＢＮ構造が変化する傾向がある。従っ
て、ｃＢＮ膜が１．０μｍ以上の厚膜の場合には、ｃＢ
Ｎ膜の特性が劣化する恐れがある。また、ｃＢＮ膜は、
ｃＢＮ微結晶の集合体であって結晶粒界に粒界不純物を
含んでいる場合があり、この粒界不純物が耐候性に弱い
とされている。このため、上記したような方法による最
表面にｃＢＮ膜が析出した被覆体にあっては空気中の湿
度等の影響によって最表面のｃＢＮ膜が徐々に変質、体
積膨張して剥離するという問題がある。
ｍになると、ｃＢＮ構造が変化する傾向がある。従っ
て、ｃＢＮ膜が１．０μｍ以上の厚膜の場合には、ｃＢ
Ｎ膜の特性が劣化する恐れがある。また、ｃＢＮ膜は、
ｃＢＮ微結晶の集合体であって結晶粒界に粒界不純物を
含んでいる場合があり、この粒界不純物が耐候性に弱い
とされている。このため、上記したような方法による最
表面にｃＢＮ膜が析出した被覆体にあっては空気中の湿
度等の影響によって最表面のｃＢＮ膜が徐々に変質、体
積膨張して剥離するという問題がある。
【００１０】上記に鑑みて、この発明は基板へのｃＢＮ
膜の成膜に当たって、ｃＢＮ膜の基板界面との密着性の
向上および耐候性の改良を図るべく検討した結果、Ｔｉ
Ｎ膜を介在させ、さらに上述した従来公知の傾斜組成層
やミキシング層に変えて成膜条件を数段階に変えた段階
的ＢＮ成膜による積層構造の成膜法とすることで、汎用
工具材料である高速度鋼にも対応することのできる成膜
法を提供するものである。
膜の成膜に当たって、ｃＢＮ膜の基板界面との密着性の
向上および耐候性の改良を図るべく検討した結果、Ｔｉ
Ｎ膜を介在させ、さらに上述した従来公知の傾斜組成層
やミキシング層に変えて成膜条件を数段階に変えた段階
的ＢＮ成膜による積層構造の成膜法とすることで、汎用
工具材料である高速度鋼にも対応することのできる成膜
法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
ａ：基板のボンバード処理を行う工程と、ｂ：ボンバー
ド処理した基板界面にＴｉ膜および／またはＴｉＮ膜を
形成する工程と、ｃ：上記Ｔｉ膜および／またはＴｉＮ
膜上にＴｉ膜、Ｂ膜さらに段階的に組成比率を変えたＢ
Ｎ膜からなる緩衝膜Ｉを形成する工程と、ｄ：上記緩衝
膜Ｉ上にｃＢＮ膜を形成する工程と、からなることを特
徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法である。
ａ：基板のボンバード処理を行う工程と、ｂ：ボンバー
ド処理した基板界面にＴｉ膜および／またはＴｉＮ膜を
形成する工程と、ｃ：上記Ｔｉ膜および／またはＴｉＮ
膜上にＴｉ膜、Ｂ膜さらに段階的に組成比率を変えたＢ
Ｎ膜からなる緩衝膜Ｉを形成する工程と、ｄ：上記緩衝
膜Ｉ上にｃＢＮ膜を形成する工程と、からなることを特
徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法である。
【００１２】請求項２記載の発明は、ａ：基板のボンバ
ード処理を行う工程と、ｂ：ボンバード処理した基板界
面にＴｉ膜および／またはＴｉＮ膜を形成する工程と、
ｃ：上記Ｔｉ膜および／またはＴｉＮ膜上にＴｉ膜、Ｂ
膜さらに段階的に組成比率を変えたＢＮ膜からなる緩衝
膜Ｉを形成する工程と、ｄ：上記緩衝膜Ｉ上にｃＢＮ膜
を形成する工程と、を複数回繰り返してｃＢＮの多層膜
を形成するに際し、この繰り返し工程におけるｃＢＮ膜
上へのＴｉＮ膜の形成に当たって、Ｂ膜、Ｔｉ膜からな
る緩衝膜ＩＩの形成工程を介在させることを特徴とする
窒化ホウ素多層膜の成膜方法である。
ード処理を行う工程と、ｂ：ボンバード処理した基板界
面にＴｉ膜および／またはＴｉＮ膜を形成する工程と、
ｃ：上記Ｔｉ膜および／またはＴｉＮ膜上にＴｉ膜、Ｂ
膜さらに段階的に組成比率を変えたＢＮ膜からなる緩衝
膜Ｉを形成する工程と、ｄ：上記緩衝膜Ｉ上にｃＢＮ膜
を形成する工程と、を複数回繰り返してｃＢＮの多層膜
を形成するに際し、この繰り返し工程におけるｃＢＮ膜
上へのＴｉＮ膜の形成に当たって、Ｂ膜、Ｔｉ膜からな
る緩衝膜ＩＩの形成工程を介在させることを特徴とする
窒化ホウ素多層膜の成膜方法である。
【００１３】請求項３記載の発明は、上記請求項２記載
の成膜方法において、最表面をｃＢＮ膜に代えてＴｉＮ
膜とすることを特徴とする。また、請求項４記載の発明
は、上記請求項１乃至３記載の成膜方法のいずれかにお
いて、ＴｉＮ膜が３層以上の奇数の多層構成からなるこ
とを特徴とするものである。
の成膜方法において、最表面をｃＢＮ膜に代えてＴｉＮ
膜とすることを特徴とする。また、請求項４記載の発明
は、上記請求項１乃至３記載の成膜方法のいずれかにお
いて、ＴｉＮ膜が３層以上の奇数の多層構成からなるこ
とを特徴とするものである。
【００１４】上記の請求項１の発明は、基板に窒化ホウ
素膜を成膜するに当たって、まずボンバード処理した基
板にＴｉ膜および／またはＴｉＮ膜を形成し、次いでＴ
ｉ膜、Ｂ膜、さらに段階的に組成比率を変えたＢＮ膜か
らなる緩衝膜Ｉを形成してから、その上にｃＢＮ膜を形
成するものであり、ＴｉＮ膜で基板との密着性をはか
り、またＴｉ膜、Ｂ膜、さらに段階的に組成比率を変え
たＢＮ膜からなる緩衝膜Ｉの形成は、ＴｉＮ膜に直接ｃ
ＢＮ膜を形成した場合に、大気中で両者の界面で剥離が
発生しやすいという現象を防止するものであり、さら
に、この緩衝膜ＩとしてＴｉ膜、Ｂ膜についで段階的に
組成比率を変えたＢＮ膜を形成することによって、ｃＢ
Ｎ膜が形成される界面のＢＮ膜のＢ／Ｎ比を１に近い組
成とし、ｃＢＮ膜とのより高い実用的な密着力を得るこ
とができるのである。
素膜を成膜するに当たって、まずボンバード処理した基
板にＴｉ膜および／またはＴｉＮ膜を形成し、次いでＴ
ｉ膜、Ｂ膜、さらに段階的に組成比率を変えたＢＮ膜か
らなる緩衝膜Ｉを形成してから、その上にｃＢＮ膜を形
成するものであり、ＴｉＮ膜で基板との密着性をはか
り、またＴｉ膜、Ｂ膜、さらに段階的に組成比率を変え
たＢＮ膜からなる緩衝膜Ｉの形成は、ＴｉＮ膜に直接ｃ
ＢＮ膜を形成した場合に、大気中で両者の界面で剥離が
発生しやすいという現象を防止するものであり、さら
に、この緩衝膜ＩとしてＴｉ膜、Ｂ膜についで段階的に
組成比率を変えたＢＮ膜を形成することによって、ｃＢ
Ｎ膜が形成される界面のＢＮ膜のＢ／Ｎ比を１に近い組
成とし、ｃＢＮ膜とのより高い実用的な密着力を得るこ
とができるのである。
【００１５】請求項２の発明は、請求項１の成膜方法を
繰り返してｃＢＮの多層膜を形成するに際して、ｃＢＮ
膜とＴｉＮ膜との間にＢ膜、Ｔｉ膜からなる緩衝膜ＩＩ
を介在させることによってｃＢＮ膜とＴｉＮ膜との密着
性を改善し、ｃＢＮ膜の多層構造を可能としたものであ
る。
繰り返してｃＢＮの多層膜を形成するに際して、ｃＢＮ
膜とＴｉＮ膜との間にＢ膜、Ｔｉ膜からなる緩衝膜ＩＩ
を介在させることによってｃＢＮ膜とＴｉＮ膜との密着
性を改善し、ｃＢＮ膜の多層構造を可能としたものであ
る。
【００１６】これは、ｃＢＮ膜は０．８〜１．０μｍ程
度の膜厚になると、ｃＢＮ構造とは異なる構造の薄膜と
なる傾向がみられる。このため、ｃＢＮ構造を維持して
実用的に応用可能なｃＢＮ膜を得ようとすると、その膜
厚は０．８μｍ程度までとすることが望まれる。従って
この発明では膜厚０．５〜２．０μｍを持つＴｉＮ／Ｂ
Ｎを基本単位とした多層積層構造とすることで０．５〜
２０μｍの多層膜を得ることができる。
度の膜厚になると、ｃＢＮ構造とは異なる構造の薄膜と
なる傾向がみられる。このため、ｃＢＮ構造を維持して
実用的に応用可能なｃＢＮ膜を得ようとすると、その膜
厚は０．８μｍ程度までとすることが望まれる。従って
この発明では膜厚０．５〜２．０μｍを持つＴｉＮ／Ｂ
Ｎを基本単位とした多層積層構造とすることで０．５〜
２０μｍの多層膜を得ることができる。
【００１７】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て得られる窒化ホウ素膜がその最表面層がｃＢＮ膜とな
っていて、上述したように耐候性劣化によって剥離する
おそれがあるため、ｃＢＮ膜をＴｉＮ膜で覆ってｃＢＮ
膜が直接大気に曝されることを防止することで耐候性を
改善するものである。
て得られる窒化ホウ素膜がその最表面層がｃＢＮ膜とな
っていて、上述したように耐候性劣化によって剥離する
おそれがあるため、ｃＢＮ膜をＴｉＮ膜で覆ってｃＢＮ
膜が直接大気に曝されることを防止することで耐候性を
改善するものである。
【００１８】請求項４の発明は、請求項１〜３の発明に
おいて形成するＴｉＮ膜を３層またはそれ以上の奇数の
結晶構造の異なる多層膜構成とすることで、結晶粒によ
る表面荒れがなくなり、膜中のピンホールを埋める効果
を果たすことができる。
おいて形成するＴｉＮ膜を３層またはそれ以上の奇数の
結晶構造の異なる多層膜構成とすることで、結晶粒によ
る表面荒れがなくなり、膜中のピンホールを埋める効果
を果たすことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の成膜方法につい
て説明する。この発明の方法はアーク放電型イオンプレ
ーティング法、反応性イオンプレーティング法、磁界励
起型イオンプレーティング法などの各種のイオンプレー
ティング法によることが可能であるが、なかでも基板ボ
ンバードから最終の皮膜形成工程までを一つの装置で実
施することのできる磁界励起型イオンプレーティング法
が特に好ましい。
て説明する。この発明の方法はアーク放電型イオンプレ
ーティング法、反応性イオンプレーティング法、磁界励
起型イオンプレーティング法などの各種のイオンプレー
ティング法によることが可能であるが、なかでも基板ボ
ンバードから最終の皮膜形成工程までを一つの装置で実
施することのできる磁界励起型イオンプレーティング法
が特に好ましい。
【００２０】そのような磁界励起型イオンプレーティン
グ方法に用いる装置の一例は図５に示すようなものであ
り、真空槽２１内の基板ホルダー３２に基板１が取り付
けられ、この基板ホルダー３２のやや下方にエッチング
防止板３３が設けられている。真空槽２１内の下方の蒸
発源２２には、蒸発材料２３を入れた坩堝２４と蒸発材
料２３を加熱して蒸発させる電子銃２５を備えている。
グ方法に用いる装置の一例は図５に示すようなものであ
り、真空槽２１内の基板ホルダー３２に基板１が取り付
けられ、この基板ホルダー３２のやや下方にエッチング
防止板３３が設けられている。真空槽２１内の下方の蒸
発源２２には、蒸発材料２３を入れた坩堝２４と蒸発材
料２３を加熱して蒸発させる電子銃２５を備えている。
【００２１】上記の基板１の下方寄りには熱電子放出用
カソード４１と、これと対向するアノード４３が設けら
れ、その同一水平面内の位置に平行磁界発生用マグネッ
トケース４６ａ、４６ｂに収容した一対の磁石４５ａ、
４５ｂが配置されており、上記マグネットケース４６
ａ、４６ｂの背面には基板１付近で磁束密度均一分布を
大とするための逆Ｌ字型のヨーク４７ａ、４７ｂが設置
されている。また、４８は鉄系材料よりなるメッシュ板
である。
カソード４１と、これと対向するアノード４３が設けら
れ、その同一水平面内の位置に平行磁界発生用マグネッ
トケース４６ａ、４６ｂに収容した一対の磁石４５ａ、
４５ｂが配置されており、上記マグネットケース４６
ａ、４６ｂの背面には基板１付近で磁束密度均一分布を
大とするための逆Ｌ字型のヨーク４７ａ、４７ｂが設置
されている。また、４８は鉄系材料よりなるメッシュ板
である。
【００２２】そして、真空槽２１を真空排気後、ガスノ
ズル３８からＡｒガス等を導入し、カソード４１とアノ
ードに電圧を印加して磁石４５ａ、４５ｂ間にプラズマ
を発生させると同時に蒸発源の電子ビーム２６を作動し
て蒸発材料を蒸発させ、基板１に印加した高周波電力３
４によって蒸発材料２３を基板１上に反応生成膜として
形成させるのである。
ズル３８からＡｒガス等を導入し、カソード４１とアノ
ードに電圧を印加して磁石４５ａ、４５ｂ間にプラズマ
を発生させると同時に蒸発源の電子ビーム２６を作動し
て蒸発材料を蒸発させ、基板１に印加した高周波電力３
４によって蒸発材料２３を基板１上に反応生成膜として
形成させるのである。
【００２３】上記の方法において、基板に窒化ホウ素膜
を成膜するに当たって、基板のクリーニングのためにボ
ンバードを行うが、この発明ではクリーニングの効果を
顕著なものとするために、以下に示す順で３種類のボン
バードを行う。
を成膜するに当たって、基板のクリーニングのためにボ
ンバードを行うが、この発明ではクリーニングの効果を
顕著なものとするために、以下に示す順で３種類のボン
バードを行う。
【００２４】（ａ）グロー放電ボンバード：基板をセッ
トし真空排気した真空槽内にＡｒガス、Ｈ2 ガスまたは
Ａｒ＋Ｈ2 の混合ガスを導入し、基板に印加した高周波
または負の電圧により、基板−真空壁間でグロー放電を
起こさせて、基板表面を１０〜２０分間クリーニングす
る。 （ｂ）高真空ボンバード：真空槽内に導入した４〜８×
１０-2ＰａのＡｒガスを平行磁界の重畳されたアノード
と熱電子放出フィラメントであるカソード間で放電さ
せ、この放電で生成されたＡｒイオンで基材に印加した
高周波または負の電圧により、基板表面を１０〜２０分
間クリーニングする。 （ｃ）Ｔｉボンバード：１×１０-3Ｐａ程度の高真空と
した真空槽内で、坩堝内のＴｉを蒸発源によって蒸発さ
せ、１〜３×１０-2ＰａのＡｒガスを導入し、このＡｒ
ガスまたはＴｉを平行磁界の重畳されたアノードと熱電
子放出フィラメントであるカソード間で放電させ、この
放電で生成された、主にＴｉイオンで基材に印加した高
周波または負の電圧により、基板表面を３〜１０分間ク
リーニングする。
トし真空排気した真空槽内にＡｒガス、Ｈ2 ガスまたは
Ａｒ＋Ｈ2 の混合ガスを導入し、基板に印加した高周波
または負の電圧により、基板−真空壁間でグロー放電を
起こさせて、基板表面を１０〜２０分間クリーニングす
る。 （ｂ）高真空ボンバード：真空槽内に導入した４〜８×
１０-2ＰａのＡｒガスを平行磁界の重畳されたアノード
と熱電子放出フィラメントであるカソード間で放電さ
せ、この放電で生成されたＡｒイオンで基材に印加した
高周波または負の電圧により、基板表面を１０〜２０分
間クリーニングする。 （ｃ）Ｔｉボンバード：１×１０-3Ｐａ程度の高真空と
した真空槽内で、坩堝内のＴｉを蒸発源によって蒸発さ
せ、１〜３×１０-2ＰａのＡｒガスを導入し、このＡｒ
ガスまたはＴｉを平行磁界の重畳されたアノードと熱電
子放出フィラメントであるカソード間で放電させ、この
放電で生成された、主にＴｉイオンで基材に印加した高
周波または負の電圧により、基板表面を３〜１０分間ク
リーニングする。
【００２５】この発明の方法によって基板に窒化ホウ素
膜を成膜するに際し、まず最初に基板界面にＴｉ膜およ
び／またはＴｉＮ膜を形成させるが、これは種々の基板
に密着性よく付着するＴｉ膜および／またはＴｉＮ膜の
特性を応用するものであり、この形成によってｃＢＮ膜
が基板の種類により変化する付着特性を回避できるので
ある。この他、ＴｉＮ膜を形成させることにより、基板
界面での付着力を向上させる手法として既に確立されて
いる技術を使用できるという利点がある。また、この発
明の方法によるｃＢＮ膜作成条件では、イオン源と基板
との距離が近いため、生成イオンによる基板のエッチン
グ力が大きく、基板界面に形成される薄膜の耐エッチン
グ性が重視されるが、この点に関してもＴｉＮ膜はすぐ
れているのである。
膜を成膜するに際し、まず最初に基板界面にＴｉ膜およ
び／またはＴｉＮ膜を形成させるが、これは種々の基板
に密着性よく付着するＴｉ膜および／またはＴｉＮ膜の
特性を応用するものであり、この形成によってｃＢＮ膜
が基板の種類により変化する付着特性を回避できるので
ある。この他、ＴｉＮ膜を形成させることにより、基板
界面での付着力を向上させる手法として既に確立されて
いる技術を使用できるという利点がある。また、この発
明の方法によるｃＢＮ膜作成条件では、イオン源と基板
との距離が近いため、生成イオンによる基板のエッチン
グ力が大きく、基板界面に形成される薄膜の耐エッチン
グ性が重視されるが、この点に関してもＴｉＮ膜はすぐ
れているのである。
【００２６】また、ＴｉＮ膜は、この発明の成膜法にお
いて、耐候性の点から最表面層としても用いるが、この
ＴｉＮ膜層は膜中のピンホール、平滑度を維持すること
が必要である。このためには、結晶構造の異なるＴｉＮ
層を交互に積層させる構成とすれば、結晶粒による表面
荒れが少なくなり、ピンホールを埋める効果が期待でき
るのである。このため、ＴｉＮ膜は膜厚０．２〜１．０
μｍ、３層〜９層の奇数の多層構造とし、Ｔｉ：Ｎの組
成比を奇数層は１：１の層とし、偶数層はＮの量を１よ
り少とする層を配置する。
いて、耐候性の点から最表面層としても用いるが、この
ＴｉＮ膜層は膜中のピンホール、平滑度を維持すること
が必要である。このためには、結晶構造の異なるＴｉＮ
層を交互に積層させる構成とすれば、結晶粒による表面
荒れが少なくなり、ピンホールを埋める効果が期待でき
るのである。このため、ＴｉＮ膜は膜厚０．２〜１．０
μｍ、３層〜９層の奇数の多層構造とし、Ｔｉ：Ｎの組
成比を奇数層は１：１の層とし、偶数層はＮの量を１よ
り少とする層を配置する。
【００２７】このようにしてＴｉＮ膜を形成した基板上
には密着性の問題から直接ｃＢＮ膜ができず、この発明
ではＴｉ膜、Ｂ膜、段階的に組成比率を変えたＢＮ膜か
らなる緩衝膜Ｉを介在させたのちにｃＢＮ膜を形成す
る。このＢＮ膜は、Ｔｉ膜を形成した後に、Ｂ膜の形成
からＢとＮの組成比を０から１まで傾斜する緩衝膜を作
成する方法では剥離を起こしやすいｈＢＮ層が形成され
る恐れがあるので、この剥離しやすいｈＢＮ層を回避す
ることを目的として、Ｂ膜形成後にＡｒガスとＮ 2 ガス
の流量比、基板バイアス（高周波電力）量、成膜時間を
４段階に制御することで上層になるにしたがってＢ／Ｎ
＝１に近い組成のＢＮ膜を形成する。かくして形成した
緩衝膜Ｉの上に０．３〜０．８μｍのｃＢＮ膜を成膜す
ることでこの発明の窒化ホウ素膜が得られる。
には密着性の問題から直接ｃＢＮ膜ができず、この発明
ではＴｉ膜、Ｂ膜、段階的に組成比率を変えたＢＮ膜か
らなる緩衝膜Ｉを介在させたのちにｃＢＮ膜を形成す
る。このＢＮ膜は、Ｔｉ膜を形成した後に、Ｂ膜の形成
からＢとＮの組成比を０から１まで傾斜する緩衝膜を作
成する方法では剥離を起こしやすいｈＢＮ層が形成され
る恐れがあるので、この剥離しやすいｈＢＮ層を回避す
ることを目的として、Ｂ膜形成後にＡｒガスとＮ 2 ガス
の流量比、基板バイアス（高周波電力）量、成膜時間を
４段階に制御することで上層になるにしたがってＢ／Ｎ
＝１に近い組成のＢＮ膜を形成する。かくして形成した
緩衝膜Ｉの上に０．３〜０．８μｍのｃＢＮ膜を成膜す
ることでこの発明の窒化ホウ素膜が得られる。
【００２８】上記のｃＢＮ膜は０．８〜１．０μｍ程度
の膜厚になると、ｃＢＮ構造とは異なる構造の膜となる
傾向がみられる。ｃＢＮ構造を維持して実用的に応用可
能なｃＢＮ膜を得ようとすると、その膜厚は０．８μｍ
程度までとすることが望まれる。従ってこの発明では膜
厚０．５〜２．０μｍを持つＴｉＮ／ＢＮを基本単位と
した多層構造とすることで０．５〜２０μｍの多層膜を
得ることができるのである。この場合、ｃＢＮ膜上に直
接ＴｉＮ膜を成膜すると、上述したようにＴｉＮ膜の剥
離が起きるが、ｃＢＮ膜上にＢ膜、Ｔｉ膜からなる緩衝
膜ＩＩを形成することにより、上記の多層膜の成膜を可
能とするものである。
の膜厚になると、ｃＢＮ構造とは異なる構造の膜となる
傾向がみられる。ｃＢＮ構造を維持して実用的に応用可
能なｃＢＮ膜を得ようとすると、その膜厚は０．８μｍ
程度までとすることが望まれる。従ってこの発明では膜
厚０．５〜２．０μｍを持つＴｉＮ／ＢＮを基本単位と
した多層構造とすることで０．５〜２０μｍの多層膜を
得ることができるのである。この場合、ｃＢＮ膜上に直
接ＴｉＮ膜を成膜すると、上述したようにＴｉＮ膜の剥
離が起きるが、ｃＢＮ膜上にＢ膜、Ｔｉ膜からなる緩衝
膜ＩＩを形成することにより、上記の多層膜の成膜を可
能とするものである。
【００２９】
【実施例】次に、この発明を実施例により詳細に説明す
る。 実施例１ 基板として３．４ｍｍφの高速度鋼製ストレートドリル
を用い、これを例えば図５に示す成膜装置（磁界励起型
イオンプレーティング装置）を使用して、以下の順序で
窒化ホウ素膜の成膜を行った。なお、使用材料は９９．
９％純度のホウ素、９９％純度のチタン、９９．９９％
純度のＡｒ、および９９．９９％純度のＮ2 である。
る。 実施例１ 基板として３．４ｍｍφの高速度鋼製ストレートドリル
を用い、これを例えば図５に示す成膜装置（磁界励起型
イオンプレーティング装置）を使用して、以下の順序で
窒化ホウ素膜の成膜を行った。なお、使用材料は９９．
９％純度のホウ素、９９％純度のチタン、９９．９９％
純度のＡｒ、および９９．９９％純度のＮ2 である。
【００３０】（Ａ）．基板クリーニング 上記ドリルを基板１として真空槽２１内の基板ホルダー
２２に取付け、槽内を２×１０-4Ｐａまで真空排気し、
基板温度を２５０℃に保持したのち、まず基板クリーニ
ングとして次の３種類のボンバードを続けて実施した。 （１）グロー放電ボンバード：２．５〜４０ＰａのＡｒ
ガスを導入し、基板に印加した１００〜２００Ｗの高周
波電力により基板−真空壁間でグロー放電を起こさせて
２０分間基板表面のクリーニングを行った。 （２）高真空ボンバード：次いで、６．７×１０-2Ｐａ
のＡｒガスを槽内に導入し、平行磁界中に６５Ｖ印加さ
れたアノード電圧と、３００Ｗのカソード間でアノード
電流１５Ａとなる放電をさせ、この放電によって生成し
たＡｒイオンにより基板に印加した２００Ｗ〜３００Ｗ
の高周波電力で基板表面をクリーニングした。 （３）Ｔｉボンバード：Ｔｉを５．５ｋＷの電子銃にて
加熱蒸発させ、２．０×１０-2ＰａのＡｒガスを導入
し、平行磁界中に６５Ｖ印加されたアノード電圧と、３
００Ｗのカソード間でアノード電流１５Ａとなる放電に
よってイオン化したＴｉイオンにより、基板１に３６０
Ｗの高周波バイアスを印加して２分間のクリーニングを
行った（図１（ａ））。
２２に取付け、槽内を２×１０-4Ｐａまで真空排気し、
基板温度を２５０℃に保持したのち、まず基板クリーニ
ングとして次の３種類のボンバードを続けて実施した。 （１）グロー放電ボンバード：２．５〜４０ＰａのＡｒ
ガスを導入し、基板に印加した１００〜２００Ｗの高周
波電力により基板−真空壁間でグロー放電を起こさせて
２０分間基板表面のクリーニングを行った。 （２）高真空ボンバード：次いで、６．７×１０-2Ｐａ
のＡｒガスを槽内に導入し、平行磁界中に６５Ｖ印加さ
れたアノード電圧と、３００Ｗのカソード間でアノード
電流１５Ａとなる放電をさせ、この放電によって生成し
たＡｒイオンにより基板に印加した２００Ｗ〜３００Ｗ
の高周波電力で基板表面をクリーニングした。 （３）Ｔｉボンバード：Ｔｉを５．５ｋＷの電子銃にて
加熱蒸発させ、２．０×１０-2ＰａのＡｒガスを導入
し、平行磁界中に６５Ｖ印加されたアノード電圧と、３
００Ｗのカソード間でアノード電流１５Ａとなる放電に
よってイオン化したＴｉイオンにより、基板１に３６０
Ｗの高周波バイアスを印加して２分間のクリーニングを
行った（図１（ａ））。
【００３１】（Ｂ）．ＴｉＮ膜の成膜 次いで、上記でクリーニングした基板１表面に以下のよ
うにしてＴｉＮ膜２を成膜した。即ち、Ｔｉを５．５ｋ
Ｗの電子銃２５にて加熱蒸発させ、２．０×１０-2Ｐａ
のＡｒガスをガスノズル３８から導入し、平行磁界中に
５０Ｖ印加されたアノード４３と、３００Ｗのカソード
４１間でアノード電流２０Ａとなる放電をさせてＴｉを
イオン化させながら、基板１に２００Ｗの高周波バイア
ス（ＲＦ）３４を印加し、Ｎ2 ガスを３分間導入して図
１（ｂ）のような０．３〜０．７μｍのＴｉＮ膜２を成
膜した。なお、このＴｉＮ膜は、上記Ｎ2 ガスの３分間
の導入量を、最初の１分間１５０ｍＬ／ｍｉｎ、次の１
分間７５ｍＬ／ｍｉｎ、そして最後の１分間は１５０ｍ
Ｌ／ｍｉｎと変えることによって、図２（ａ）に示すよ
うに中間の層２ｂがその上下の層２ａ、２ｃに比べてＮ
2 量の少ない３層構成のＴｉＮ膜２となるようにした。
うにしてＴｉＮ膜２を成膜した。即ち、Ｔｉを５．５ｋ
Ｗの電子銃２５にて加熱蒸発させ、２．０×１０-2Ｐａ
のＡｒガスをガスノズル３８から導入し、平行磁界中に
５０Ｖ印加されたアノード４３と、３００Ｗのカソード
４１間でアノード電流２０Ａとなる放電をさせてＴｉを
イオン化させながら、基板１に２００Ｗの高周波バイア
ス（ＲＦ）３４を印加し、Ｎ2 ガスを３分間導入して図
１（ｂ）のような０．３〜０．７μｍのＴｉＮ膜２を成
膜した。なお、このＴｉＮ膜は、上記Ｎ2 ガスの３分間
の導入量を、最初の１分間１５０ｍＬ／ｍｉｎ、次の１
分間７５ｍＬ／ｍｉｎ、そして最後の１分間は１５０ｍ
Ｌ／ｍｉｎと変えることによって、図２（ａ）に示すよ
うに中間の層２ｂがその上下の層２ａ、２ｃに比べてＮ
2 量の少ない３層構成のＴｉＮ膜２となるようにした。
【００３２】（Ｃ）．ｃＢＮ膜の成膜 （Ｃ）−１ 緩衝膜Ｉの成膜 上記でＴｉＮ膜２を形成した基板１上に、０．１μｍ以
上のｃＢＮ膜を成膜する場合にはＴｉＮ膜とｃＢＮ膜と
の密着性を維持するために、ＴｉＮ膜２上にＴｉ膜、Ｂ
膜、段階的に組成比率を変えたＢＮ膜からなる０．１〜
０．３μｍの緩衝膜Ｉ（図２（ｂ））を上記ＴｉＮ膜の
成膜と同じ方法で、但し次のような条件にて成膜３した
（図１（ｃ））。 Ｔｉ膜成膜の条件：Ｔｉの電子銃出力 ５．５ｋＷ アノード電圧 ５０Ｖ アノード電流 １０Ａ カソード電流 ３００Ｗ 導入Ａｒガス圧力 ２．０×１０-2Ｐａ ＲＦ出力 ２００Ｗ 成膜時間 １５秒 Ｂ膜成膜の条件： Ｂの電子銃出力 ６．０ｋＷ アノード電圧 ４０Ｖ アノード電流 １０Ａ カソード電流 ３００Ｗ 導入Ａｒガス圧力 ６．７×１０-2Ｐａ 導入Ａｒガス量 １２ｍＬ／ｍｉｎ ＲＦ出力 １５０Ｗ 成膜時間 １５秒 組成比率を段階的に変えたＢＮ膜の成膜条件は、上記Ｂ
膜を１５秒間で成膜したのち、Ａｒガス圧力と同圧力で
Ｎ2 ガスを同時に導入し、この両者の流量比、ＲＦ出
力、成膜時間を、 Ｎ2 ：Ａｒ＝１：１、 ＲＦ＝２２０Ｗ、 １５秒 Ｎ2 ：Ａｒ＝１．５：１、 ＲＦ＝２２０Ｗ、 １５秒 Ｎ2 ：Ａｒ＝１．５：１、 ＲＦ＝２５０Ｗ、 ４５秒 Ｎ2 ：Ａｒ＝１．５：１、 ＲＦ＝３００Ｗ、 １２０秒 とすることにより、Ｂ膜層上に形成させるＢＮ層をその
下層から上層にいくに従って、Ｎ2 量を多くしてホウ素
過剰なアモルファスＢＮを形成していき、最終的には最
表面がＢ／Ｎ＝１に近いＢＮ膜とすることで、この層上
へ形成するｃＢＮ膜との密着性を充分に維持することが
できるのである。
上のｃＢＮ膜を成膜する場合にはＴｉＮ膜とｃＢＮ膜と
の密着性を維持するために、ＴｉＮ膜２上にＴｉ膜、Ｂ
膜、段階的に組成比率を変えたＢＮ膜からなる０．１〜
０．３μｍの緩衝膜Ｉ（図２（ｂ））を上記ＴｉＮ膜の
成膜と同じ方法で、但し次のような条件にて成膜３した
（図１（ｃ））。 Ｔｉ膜成膜の条件：Ｔｉの電子銃出力 ５．５ｋＷ アノード電圧 ５０Ｖ アノード電流 １０Ａ カソード電流 ３００Ｗ 導入Ａｒガス圧力 ２．０×１０-2Ｐａ ＲＦ出力 ２００Ｗ 成膜時間 １５秒 Ｂ膜成膜の条件： Ｂの電子銃出力 ６．０ｋＷ アノード電圧 ４０Ｖ アノード電流 １０Ａ カソード電流 ３００Ｗ 導入Ａｒガス圧力 ６．７×１０-2Ｐａ 導入Ａｒガス量 １２ｍＬ／ｍｉｎ ＲＦ出力 １５０Ｗ 成膜時間 １５秒 組成比率を段階的に変えたＢＮ膜の成膜条件は、上記Ｂ
膜を１５秒間で成膜したのち、Ａｒガス圧力と同圧力で
Ｎ2 ガスを同時に導入し、この両者の流量比、ＲＦ出
力、成膜時間を、 Ｎ2 ：Ａｒ＝１：１、 ＲＦ＝２２０Ｗ、 １５秒 Ｎ2 ：Ａｒ＝１．５：１、 ＲＦ＝２２０Ｗ、 １５秒 Ｎ2 ：Ａｒ＝１．５：１、 ＲＦ＝２５０Ｗ、 ４５秒 Ｎ2 ：Ａｒ＝１．５：１、 ＲＦ＝３００Ｗ、 １２０秒 とすることにより、Ｂ膜層上に形成させるＢＮ層をその
下層から上層にいくに従って、Ｎ2 量を多くしてホウ素
過剰なアモルファスＢＮを形成していき、最終的には最
表面がＢ／Ｎ＝１に近いＢＮ膜とすることで、この層上
へ形成するｃＢＮ膜との密着性を充分に維持することが
できるのである。
【００３３】（Ｃ）−２．ｃＢＮ膜の成膜 次いで、上記で形成した３の緩衝膜Ｉの上に、 Ｂの電子銃出力 ６．０ｋＷ アノード電圧 ４０Ｖ アノード電流 １０Ａ カソード電流 ３００Ｗ 導入ガス圧力 ６．７×１０-2Ｐａ 導入Ａｒガス量 １２ｍＬ／ｍｉｎ 導入Ｎ2 ガス量 １８ｍＬ／ｍｉｎ ＲＦ出力 ３６０Ｗ 成膜時間 ４分 の条件で０．３〜０．８μｍのｃＢＮ膜４の成膜を行な
って、図１（ｄ）に示すようなこの発明の窒化ホウ素膜
を得た。
って、図１（ｄ）に示すようなこの発明の窒化ホウ素膜
を得た。
【００３４】実施例２ 上記実施例１における（Ｃ）−２のｃＢＮ膜を成膜した
のち、引き続いて真空槽２１内にて実施例１と同じ方法
にて、Ｂ膜、Ｔｉ膜からなる５の０．１〜０．３μｍ
（但し、膜厚比はＢ／Ｔｉ＝１である）の緩衝膜ＩＩ
（図２（ｃ））を次の（Ｄ）の条件にて形成し、さらに
実施例１の（Ｂ）のＴｉＮ成膜工程、（Ｃ）のｃＢＮ成
膜工程を１サイクル繰り返して（合計２サイクル）図３
に示すような構成の窒化ホウ素の多層膜を得た。また、
同じ方法で３サイクルの成膜工程を施し、最表面層をＴ
ｉＮ膜とした窒化ホウ素の多層薄膜構成を図４に示し
た。そして、この場合の最表面層ＴｉＮ膜の成膜は下記
（Ｅ）の条件で行った。 （Ｄ）．緩衝膜ＩＩの成膜 （Ｄ）−１ Ｂ膜の成膜 Ｂの電子銃出力 ６．０ｋＷ アノード電圧 ４０Ｖ アノード電流 １０Ａ カソード電流 ３００Ｗ 導入ガス圧力 ６．７×１０-2Ｐａ 導入Ａｒガス量 １２ｍＬ／ｍｉｎ ＲＦ出力 １５０Ｗ 成膜時間 １５秒 （Ｄ）−２ Ｔｉ膜の成膜 Ｔｉの電子銃出力 ５．５ｋＷ アノード電圧 ５０Ｖ アノード電流 １０Ａ カソード電流 ３００Ｗ 導入ガス圧力 ２．０×１０-2Ｐａ 導入Ａｒガス量 １２ｍＬ／ｍｉｎ ＲＦ出力 ２００Ｗ 成膜時間 １５秒 （Ｅ）．ＴｉＮ膜の成膜 Ｔｉの電子銃出力 ５．５ｋＷ アノード電圧 ５０Ｖ アノード電流 ２０Ａ カソード電流 ３００Ｗ 導入ガス圧力 ２．０×１０-2Ｐａ 導入Ａｒガス量 １２ｍＬ／ｍｉｎ Ｎ2 ガス量 最初の１分間１５０ｍＬ／ｍｉｎ 次の１分間７５ｍＬ／ｍｉｎ 次の１分間１５０ｍＬ／ｍｉｎ ＲＦ出力 ２００Ｗ 成膜時間 ３分
のち、引き続いて真空槽２１内にて実施例１と同じ方法
にて、Ｂ膜、Ｔｉ膜からなる５の０．１〜０．３μｍ
（但し、膜厚比はＢ／Ｔｉ＝１である）の緩衝膜ＩＩ
（図２（ｃ））を次の（Ｄ）の条件にて形成し、さらに
実施例１の（Ｂ）のＴｉＮ成膜工程、（Ｃ）のｃＢＮ成
膜工程を１サイクル繰り返して（合計２サイクル）図３
に示すような構成の窒化ホウ素の多層膜を得た。また、
同じ方法で３サイクルの成膜工程を施し、最表面層をＴ
ｉＮ膜とした窒化ホウ素の多層薄膜構成を図４に示し
た。そして、この場合の最表面層ＴｉＮ膜の成膜は下記
（Ｅ）の条件で行った。 （Ｄ）．緩衝膜ＩＩの成膜 （Ｄ）−１ Ｂ膜の成膜 Ｂの電子銃出力 ６．０ｋＷ アノード電圧 ４０Ｖ アノード電流 １０Ａ カソード電流 ３００Ｗ 導入ガス圧力 ６．７×１０-2Ｐａ 導入Ａｒガス量 １２ｍＬ／ｍｉｎ ＲＦ出力 １５０Ｗ 成膜時間 １５秒 （Ｄ）−２ Ｔｉ膜の成膜 Ｔｉの電子銃出力 ５．５ｋＷ アノード電圧 ５０Ｖ アノード電流 １０Ａ カソード電流 ３００Ｗ 導入ガス圧力 ２．０×１０-2Ｐａ 導入Ａｒガス量 １２ｍＬ／ｍｉｎ ＲＦ出力 ２００Ｗ 成膜時間 １５秒 （Ｅ）．ＴｉＮ膜の成膜 Ｔｉの電子銃出力 ５．５ｋＷ アノード電圧 ５０Ｖ アノード電流 ２０Ａ カソード電流 ３００Ｗ 導入ガス圧力 ２．０×１０-2Ｐａ 導入Ａｒガス量 １２ｍＬ／ｍｉｎ Ｎ2 ガス量 最初の１分間１５０ｍＬ／ｍｉｎ 次の１分間７５ｍＬ／ｍｉｎ 次の１分間１５０ｍＬ／ｍｉｎ ＲＦ出力 ２００Ｗ 成膜時間 ３分
【００３５】かくして得られた被膜が立方晶窒化ホウ素
相を含有しているか否かを同定するため、被膜を形成し
たドリルの刃先近傍部をフーリエ変換赤外吸収分光法
（ＦＴ−ＩＲ）にて測定したところ、図６に示されるよ
うにｃＢＮ相を多く含んでいる被膜であることが認めら
れた。
相を含有しているか否かを同定するため、被膜を形成し
たドリルの刃先近傍部をフーリエ変換赤外吸収分光法
（ＦＴ−ＩＲ）にて測定したところ、図６に示されるよ
うにｃＢＮ相を多く含んでいる被膜であることが認めら
れた。
【００３６】次に、上記実施例２にて３サイクルの成膜
を行ってｃＢＮの多層膜を３．５μｍ形成したφ３．４
ｍｍの高速度鋼製ストレートドリルを用い、比較テスト
として、未処理のφ３．４ｍｍの高速度鋼製ストレート
ドリル（比較品１）および高真空アーク放電型イオンプ
レーティング方式にてＴｉＮ膜を３．０μｍ成膜したφ
３．４ｍｍの高速度鋼製ストレートドリル（市販品、比
較品２）を用いて、ドリル回転数：５００ｒｐｍ、被削
材：ＳＵＳ３０４、切削速度：５．３ｍ／ｍｉｎ、送り
量：０．１〜０．３５ｍｍ／ｒｅｖ（一回転）、切削
材：無給油、穴深さ：１０ｍｍの切削条件にて切削テス
トを行ったところ、この発明の成膜を行ったドリルは穴
あけ回数４７回を記録したのに対し、比較品１は５回、
比較品２は１６回の結果を得、この発明の成膜によって
未処理のものの９倍以上、市販品に比べても約３倍の寿
命を示した。
を行ってｃＢＮの多層膜を３．５μｍ形成したφ３．４
ｍｍの高速度鋼製ストレートドリルを用い、比較テスト
として、未処理のφ３．４ｍｍの高速度鋼製ストレート
ドリル（比較品１）および高真空アーク放電型イオンプ
レーティング方式にてＴｉＮ膜を３．０μｍ成膜したφ
３．４ｍｍの高速度鋼製ストレートドリル（市販品、比
較品２）を用いて、ドリル回転数：５００ｒｐｍ、被削
材：ＳＵＳ３０４、切削速度：５．３ｍ／ｍｉｎ、送り
量：０．１〜０．３５ｍｍ／ｒｅｖ（一回転）、切削
材：無給油、穴深さ：１０ｍｍの切削条件にて切削テス
トを行ったところ、この発明の成膜を行ったドリルは穴
あけ回数４７回を記録したのに対し、比較品１は５回、
比較品２は１６回の結果を得、この発明の成膜によって
未処理のものの９倍以上、市販品に比べても約３倍の寿
命を示した。
【００３７】以上のテスト結果から、この発明の成膜方
法によれば、切削工具上に切削に耐え得る密着性にすぐ
れたｃＢＮ積層被膜が形成されていることが認められ、
しかも高速度鋼ドリルを用いて市販品より顕著な長寿命
を確認できたことによって、この成膜方法が５００℃程
度の比較的低温で成膜可能であることを如実に示すもの
である。
法によれば、切削工具上に切削に耐え得る密着性にすぐ
れたｃＢＮ積層被膜が形成されていることが認められ、
しかも高速度鋼ドリルを用いて市販品より顕著な長寿命
を確認できたことによって、この成膜方法が５００℃程
度の比較的低温で成膜可能であることを如実に示すもの
である。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の成膜方
法は、最初にＴｉＮ膜を施すことで多種類の、特に密着
性の点で直接ｃＢＮ被膜を形成することのできなかった
基板にもｃＢＮ膜を適用可能とし、また多層膜構造とす
ることによって、これを高速度鋼、超硬合金等の切削工
具に適用して、切削時に摩耗による薄膜の消耗があって
も、次々にｃＢＮ膜面が表れるために長寿命化が期待で
きる。また、切削時にｃＢＮ膜面にたとえ亀裂が入って
もＴｉＮ膜面でストップすることができること、さらに
ｃＢＮ膜面をＴｉＮ膜で覆うことで耐候性を改良できる
ので、これまでｃＢＮ膜を最表面膜としていて大気中の
湿度等の影響でｃＢＮ膜が変質し、ｃＢＮ膜中の粒界部
で剥離が発生するといった問題も充分防止することがで
きるのである。
法は、最初にＴｉＮ膜を施すことで多種類の、特に密着
性の点で直接ｃＢＮ被膜を形成することのできなかった
基板にもｃＢＮ膜を適用可能とし、また多層膜構造とす
ることによって、これを高速度鋼、超硬合金等の切削工
具に適用して、切削時に摩耗による薄膜の消耗があって
も、次々にｃＢＮ膜面が表れるために長寿命化が期待で
きる。また、切削時にｃＢＮ膜面にたとえ亀裂が入って
もＴｉＮ膜面でストップすることができること、さらに
ｃＢＮ膜面をＴｉＮ膜で覆うことで耐候性を改良できる
ので、これまでｃＢＮ膜を最表面膜としていて大気中の
湿度等の影響でｃＢＮ膜が変質し、ｃＢＮ膜中の粒界部
で剥離が発生するといった問題も充分防止することがで
きるのである。
【図１】この発明の成膜方法の一実施例の手順と構成を
示す模式断面図である。
示す模式断面図である。
【図２】この発明の成膜方法で実施するＴｉＮ膜、緩衝
膜Ｉ、ＩＩの膜構成を示す模式面図である。
膜Ｉ、ＩＩの膜構成を示す模式面図である。
【図３】この発明の成膜方法の他の実施例の構成を示す
模式断面図である。
模式断面図である。
【図４】この発明の成膜方法のさらに他の実施例の構成
を示す模式断面図である。
を示す模式断面図である。
【図５】この発明の方法を実施するに用いる成膜装置の
一例を示す概略図である。
一例を示す概略図である。
【図６】この発明の成膜方法で得られたｃＢＮ膜のＩＲ
スペクトル図である。
スペクトル図である。
１ 基板 ２ ＴｉＮ膜 ３ 緩衝膜Ｉ ４ ｃＢＮ膜 ５ 緩衝膜ＩＩ ２１ 真空槽 ２３ 蒸発材料 ２５ 電子銃 ３３ エッチング防止板 ４１ 熱電子放出用カソード ４３ アノード ４５ａ、４５ｂ 磁石
Claims (4)
- 【請求項１】 ａ：基板のボンバード処理を行う工程
と、 ｂ：ボンバード処理した基板界面にＴｉ膜および／また
はＴｉＮ膜を形成する工程と、 ｃ：上記Ｔｉ膜および／またはＴｉＮ膜上にＴｉ膜、Ｂ
膜さらに段階的に組成比率を変えたＢＮ膜からなる緩衝
膜Ｉを形成する工程と、 ｄ：上記緩衝膜Ｉ上にｃＢＮ膜を形成する工程と、から
なることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法。 - 【請求項２】 ａ：基板のボンバード処理を行う工程
と、 ｂ：ボンバード処理した基板界面にＴｉ膜および／また
はＴｉＮ膜を形成する工程と、 ｃ：上記Ｔｉ膜および／またはＴｉＮ膜上にＴｉ膜、Ｂ
膜さらに段階的に組成比率を変えたＢＮ膜からなる緩衝
膜Ｉを形成する工程と、 ｄ：上記緩衝膜Ｉ上にｃＢＮ膜を形成する工程と、を複
数回繰り返してｃＢＮの多層膜を形成するに際し、この
繰り返し工程におけるｃＢＮ膜上へのＴｉＮ膜の形成に
当たって、Ｂ膜、Ｔｉ膜からなる緩衝膜ＩＩの形成工程
を介在させることを特徴とする窒化ホウ素多層膜の成膜
方法。 - 【請求項３】 上記窒化ホウ素膜の成膜方法において、
最表面をｃＢＮ膜に代えてＴｉＮ膜とすることを特徴と
する請求項２に記載の窒化ホウ素膜の成膜方法。 - 【請求項４】 上記窒化ホウ素膜の成膜方法において、
ＴｉＮ膜が３層以上の奇数の多層構成からなることを特
徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の窒化ホウ素
膜の成膜方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10243323A JP2963455B1 (ja) | 1998-08-28 | 1998-08-28 | 窒化ホウ素膜の成膜方法 |
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