JPH093633A - Device and method for ion beam vapor deposition - Google Patents

Abstract

PURPOSE: To provide a ion beam vapor deposition device and its method which prevents as much as possible the sticking of macro particles/macro droplets on the surface of a base material from the evaporation source and which forms a uniform and high quality mixing layer under various conditions of ion beam vapor deposition with a satisfactory productivity. CONSTITUTION: The ion beam vapor deposition device is provided, in a vacuum container 10, with more than one metal evaporating source 31, in which vapor is generated from a target metal by arc discharge and deposited on the surface of a base material 11, and with an ion beam source 2 in which ion beam is generated and emitted to the surface of the base material 11. In this device, a coil 32 capable of energizing is arranged between the target metal evaporation surface of the metal evaporating source 31 and the base material, and then, the evaporation surface is positioned at a distance where the line of magnetic force 33 energized by the coil 32 is diverged outward from the center axis. With the coil 32 energized, mixing of molten particles from the evaporation surface is prevented, and also the metal vapor that reaches the base material 11 is controlled.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、基材表面に金属や化合
物の蒸着を行うと共に、イオンを照射して、基材の表面
改質を行うことができるイオンビーム蒸着装置および該
装置を用いるイオンビーム蒸着方法に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses an ion beam vapor deposition apparatus capable of vapor-depositing a metal or compound on the surface of a substrate and irradiating with ions to modify the surface of the substrate, and an apparatus using the same. The present invention relates to an ion beam vapor deposition method.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、基材表面の改質を行うためにイオ
ンビーム蒸着手段が用いられ始めてきた。イオンビーム
蒸着装置としては、図２に示したような、金属蒸気を発
生させるための蒸発源３１と、イオンビームを発生させ
るイオンビーム源２を備え、真空容器１０内において基
材１１に対して蒸着を行うと共にイオン照射を行うこと
ができるダイナミックミキシング装置１が知られてい
る。ダイナミックミキシング装置を用いると、得られる
膜が緻密で硬質のものとなるという利点があり、また蒸
着源の金属とイオンビーム源の金属との合金薄膜の形成
や反応性ガスを用いたセラミック薄膜の形成も可能であ
る。さらに、イオンビームスパッタリングやイオン注入
を行うこともでき、真空蒸着、スパッタリング、イオン
プレーティング、イオン注入等を１つの装置で行えると
ころに特徴を有する。2. Description of the Related Art In recent years, ion beam vapor deposition means have begun to be used for modifying the surface of a substrate. The ion beam vapor deposition apparatus includes an evaporation source 31 for generating metal vapor and an ion beam source 2 for generating an ion beam as shown in FIG. A dynamic mixing apparatus 1 capable of performing vapor deposition and ion irradiation is known. The use of a dynamic mixing device has the advantage that the film obtained is dense and hard, and it also forms an alloy thin film of the metal of the vapor deposition source and the metal of the ion beam source and of the ceramic thin film using a reactive gas. It can be formed. Further, ion beam sputtering and ion implantation can be performed, and the feature is that vacuum evaporation, sputtering, ion plating, ion implantation and the like can be performed by one device.

【０００３】上記従来のダイナミックミキシング装置に
おける金属蒸発源は、るつぼ内に入れた金属に電子ビー
ムをあてて金属を溶融し蒸発させる電子ビーム加熱式蒸
発源が用いられることが多かった。またイオン源として
は、図３に示した様に、金属蒸気発生炉７で生成した金
属蒸気をプラズマ生成室８でイオン化し、加速して大電
流のイオンビームを引き出すフリーマン型イオンビーム
源が用いられている。ダイナミックミキシング装置内で
は、電子ビーム加熱式蒸発源から発生した蒸発金属と、
イオンビーム源から引き出された金属イオンビームの金
属が、基材表面で混合されて基材表面に注入または蒸着
され、目的とする薄膜が形成されて基材の表面改質が行
われている。As the metal evaporation source in the above-mentioned conventional dynamic mixing apparatus, an electron beam heating evaporation source is often used in which a metal contained in a crucible is irradiated with an electron beam to melt and evaporate the metal. As the ion source, as shown in FIG. 3, a Freeman type ion beam source is used which ionizes the metal vapor generated in the metal vapor generation furnace 7 in the plasma generation chamber 8 and accelerates it to extract a large current ion beam. Has been. In the dynamic mixing device, the evaporated metal generated from the electron beam heating evaporation source,
The metal of the metal ion beam extracted from the ion beam source is mixed on the surface of the base material and injected or vapor-deposited on the surface of the base material to form a target thin film to modify the surface of the base material.

【０００４】ところが、前記電子ビーム加熱式蒸発源
は、高融点金属を溶融および蒸発させるには大電流を必
要とするため効率が悪く、また、蒸発源金属を溶融状態
でるつぼ内に収容させなければならないため、常に真空
容器の下方（基材の下方）に設置する必要があり、装置
内での配置が著しく限定されるという問題があった。However, the electron beam heating type evaporation source is inefficient because a large current is required to melt and evaporate the refractory metal, and the evaporation source metal must be accommodated in the crucible in a molten state. Since it has to be installed, it must always be installed below the vacuum container (below the substrate), and there is a problem in that the arrangement within the apparatus is extremely limited.

【０００５】一方、フリーマン型金属イオンビーム源
は、金属蒸気発生炉の特性に見合った蒸発温度である金
属塩化物を挿入するかあるいは塩素ガスと共に金属片等
を炉内に入れて金属蒸気を発生させ、この金属蒸気をプ
ラズマ生成室に送り込んでイオン化しているが、このと
き生成する塩素ガス等の反応性残留物がプラズマ発生用
フィラメント（図３中の９）を侵すため、フィラメント
の寿命が短いという問題があった。また、引き出された
イオンビームには数種類のイオンが混在するので、目的
のイオンを選択するためには質量分離用磁場を併設しな
ければならないが、質量分離用磁場発生システムはかな
り大型なものであって真空容器への取付け位置が制約さ
れるため、イオンビーム蒸着装置の装置の自由度が極端
に狭まり、複雑な形状の基材に対して、均一な注入や蒸
着が困難であった。On the other hand, the Freeman-type metal ion beam source generates a metal vapor by inserting a metal chloride having an evaporation temperature suitable for the characteristics of the metal vapor generating furnace or by inserting a metal piece or the like into the furnace together with chlorine gas. Then, the metal vapor is sent to the plasma generation chamber and ionized. However, the reactive residue such as chlorine gas generated at this time attacks the plasma generation filament (9 in FIG. 3), so that the life of the filament is shortened. There was the problem of being short. Also, since several kinds of ions are mixed in the extracted ion beam, a magnetic field for mass separation must be installed side by side in order to select the target ion, but the magnetic field generation system for mass separation is quite large. Therefore, since the attachment position to the vacuum container is restricted, the degree of freedom of the ion beam vapor deposition apparatus is extremely narrowed, and it is difficult to perform uniform implantation and vapor deposition on a substrate having a complicated shape.

【０００６】従来のダイナミックミキシング装置の上記
問題を改良した装置として、電子ビーム加熱式蒸発源に
代えて、カソードにしたターゲット金属とアノードとの
間のアーク放電によりターゲットから金属蒸気を発生さ
せるアーク放電式の金属蒸発源を用い、さらにフリーマ
ン型イオン源の代わりに、アーク放電を用いて金属をイ
オン化し、この金属イオンを加速電極にて加速して、高
エネルギーのイオンビームとして基材に照射するダイナ
ミックミキシング装置（特開平６−２１１８号）や、該
アーク放電式金属蒸発源と基材の間に、金属蒸気を部分
的に通過させる開口部を有する絞り部材を設け、真空容
器内の金属蒸気量（Ａ）とイオン源からのイオンビーム
量（Ｉ）の比Ｉ／Ａを大きくし、生成する皮膜の特性を
向上し得るダイナミックミキシング装置（特開平７−５
４１４７号）が本願と同一出願人によって既に開示され
ている。As an apparatus for improving the above-mentioned problems of the conventional dynamic mixing apparatus, an arc discharge in which metal vapor is generated from the target by arc discharge between a target metal used as a cathode and an anode instead of an electron beam heating evaporation source. Type metal evaporation source, and further, instead of the Freeman type ion source, arc discharge is used to ionize the metal, and the metal ions are accelerated by an accelerating electrode to irradiate the substrate as a high-energy ion beam. A dynamic mixing device (Japanese Patent Laid-Open No. 6-2118) or a diaphragm member having an opening for partially passing the metal vapor is provided between the arc discharge type metal evaporation source and the substrate, and the metal vapor in the vacuum container is provided. Of the amount of ion beam (I) from the ion source (I) can be increased to improve the characteristics of the film formed. Click mixing apparatus (JP-7-5
No. 4147) has already been disclosed by the same applicant as the present application.

【０００７】これらの改良型ダイナミックミキシング装
置は、真空容器に対する金属蒸発源および金属イオンビ
ーム源の取り付け位置の制約が少なく、複雑な形状を有
する基材であっても均一に注入および蒸着処理が可能で
あり、しかも装置全体がコンパクトであるという利点を
有するものである。[0007] These improved dynamic mixing apparatuses have few restrictions on the mounting positions of the metal evaporation source and the metal ion beam source with respect to the vacuum container, and can perform uniform injection and vapor deposition processing even on a substrate having a complicated shape. In addition, there is an advantage that the entire apparatus is compact.

【０００８】しかし、上記改良型装置において用いられ
ているアーク放電式の金属蒸発源にも次の様な問題が起
こっている。すなわち、カソードであるターゲット表面
からカソード金属の溶融粒子が発生する問題である。こ
の溶融粒子は、ターゲット金属から発生するイオンやプ
ラズマ粒子より大きいため、マクロパーティクルあるい
はマクロドロップレットと呼ばれるが、これらが基材上
のイオンミキシング層に混入すると、蒸着皮膜が均一に
イオンミキシングされなくなり、皮膜表面粗度の悪化や
密着力の低下が引き起こされる。However, the arc-discharge type metal evaporation source used in the improved apparatus has the following problems. That is, there is a problem that molten particles of the cathode metal are generated from the surface of the target that is the cathode. These molten particles are called macro particles or macro droplets because they are larger than the ions and plasma particles generated from the target metal, but if these are mixed in the ion mixing layer on the substrate, the vapor deposition film will not be uniformly ion mixed. , The surface roughness of the coating is deteriorated and the adhesion is lowered.

【０００９】また、アーク放電によって金属や化合物を
蒸着しながらイオンミキシングを行う場合、金属蒸気量
とイオンビーム量とのバランスが取りにくいという問題
が依然として存在している。イオンビーム量はイオン化
効率等の問題から、金属蒸気量に比べてどうしても少な
くならざるを得ないのが現状であるが、アーク放電を用
いて蒸着を行うと、安定して行えるアーク放電値の範囲
が限られていて、特にその下限値が高いため、金属蒸気
量の下限値が高くなり、イオンビーム中のイオン量
（Ｉ）と金属蒸気量（Ａ）の比：Ｉ／Ａが小さく、所望
特性の膜を得ることができない。このため、前記特開平
７−５４１４７号では、アーク放電式蒸発源と基材の間
に金属蒸気の一部のみを通過させる開口部を有する絞り
部材を設け、Ｉ／Ａのコントロールを図ったが、やはり
Ｉ／Ａは最大でも０．５程度であった。しかもこの方法
では、絞り部材により絞られて基材に到達しない蒸発物
も同時に発生することになるので、基材に到達させるべ
き蒸着量に比べて、カソード表面で発生させる蒸発量が
多く必要となるため、経済性が悪い。Further, when performing ion mixing while depositing a metal or compound by arc discharge, there is still a problem that it is difficult to balance the amount of metal vapor and the amount of ion beam. The amount of ion beam must be smaller than the amount of metal vapor due to problems such as ionization efficiency.However, when vapor deposition is performed using arc discharge, the range of stable arc discharge value can be increased. Is limited and the lower limit is particularly high, the lower limit of the amount of metal vapor is high, and the ratio of the amount of ions (I) in the ion beam to the amount of metal vapor (A): I / A is small. A characteristic film cannot be obtained. Therefore, in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 7-54147, a diaphragm member having an opening through which only a part of metal vapor passes is provided between the arc discharge evaporation source and the base material to control the I / A. The maximum I / A was about 0.5. Moreover, in this method, since the vaporized substances that are squeezed by the squeezing member and do not reach the base material are also generated at the same time, a large amount of vaporization is required to be generated on the cathode surface compared with the vapor deposition amount to reach the base material. Therefore, the economy is poor.

【００１０】さらに従来のダイナミックミキシング法で
は、蒸着に適している真空度に比べ、イオンビーム注入
に適している真空度が高真空側にあり、重なり合う真空
度の範囲が少なく、イオンミキシングの行える条件が非
常に狭いという問題もあった。Further, in the conventional dynamic mixing method, the degree of vacuum suitable for ion beam injection is on the high vacuum side as compared with the degree of vacuum suitable for vapor deposition, and the range of overlapping degree of vacuum is small, so that ion mixing can be performed. There was also the problem of being very small.

【００１１】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした事情
に着目してなされたものであって、真空容器に対する取
付け位置の制約が少なく装置全体をコンパクトにするこ
とができる蒸発源およびイオンビーム源を利用して、複
雑な形状を有する基材であっても均一に注入ならびに蒸
着処理が行えるイオンビーム蒸着装置および方法の提供
を前提とし、特に本発明では、蒸発源からのマクロパー
ティクル・マクロドロップレットが基材表面に付着する
ことを可及的に防止し、しかも、Ｉ／Ａを幅広い範囲で
変更でき、種々のイオンビーム蒸着条件下において均一
で高品質なミキシング層を生産性よく形成することが可
能なイオンビーム蒸着装置および方法を提供することに
ある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of these circumstances, and provides an evaporation source and an ion beam source which can be made compact with less restrictions on the mounting position with respect to a vacuum container. It is premised on the provision of an ion beam deposition apparatus and method capable of uniformly implanting and depositing even a substrate having a complicated shape by utilizing it, and in particular, in the present invention, macroparticles / macrodroplets from an evaporation source are used. To prevent adhesion to the surface of the substrate as much as possible, and to change the I / A in a wide range, and to form a uniform and high quality mixing layer with high productivity under various ion beam deposition conditions. An object of the present invention is to provide an ion beam deposition apparatus and method capable of performing the above.

【００１２】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明のイオンビーム蒸着装置とは、真空容器内に、アー
ク放電によってターゲット金属から蒸気を発生させて基
材表面に蒸着させる１個以上の金属蒸発源と、イオンビ
ームを発生させて該基材表面に照射するイオンビーム源
を有するイオンビーム蒸着装置において、金属蒸発源の
ターゲット金属蒸発面と、前記基材との間に励磁可能な
コイルを配置し、該コイルの励磁によって生じる磁力線
が前記中心軸からみて外向きに発散する距離の位置に前
記蒸発面を位置させたところに要旨を有する。また本発
明の方法は、上記イオンビーム蒸着装置を用いて、アー
ク放電によって発生するプラズマは前記磁力線に沿って
コイル内真空空間を通過させ、基材に到達する金属蒸気
量を制御するところに要旨を有する。Means for Solving the Problems The ion beam deposition apparatus of the present invention which has achieved the above object is one in which vapor is generated from a target metal by arc discharge in a vacuum container to deposit it on the surface of a substrate. In the ion beam evaporation apparatus having the above metal evaporation source and an ion beam source for generating an ion beam and irradiating the surface of the base material, it is possible to excite between the target metal evaporation surface of the metal evaporation source and the base material. A simple coil is arranged, and the point is that the evaporation surface is located at a position where the magnetic field lines generated by the excitation of the coil diverge outward as viewed from the central axis. Further, the method of the present invention uses the above-mentioned ion beam deposition apparatus to pass plasma generated by arc discharge through the vacuum space inside the coil along the lines of magnetic force to control the amount of metal vapor reaching the substrate. Have.

【００１３】[0013]

【作用】本発明者らは前記目的を達成するイオンビーム
蒸着装置を製作する検討を重ねた。その結果、アーク蒸
発源の蒸発面と基材の間にコイルを配置し、コイルを励
磁することによって、蒸発面からの溶融粒子の混入を防
ぎつつＩ／Ａをコントロールし、さらに蒸着とイオンミ
キシングの行える真空度範囲を広げることに成功し、本
発明を完成させた。The present inventors have made extensive studies to manufacture an ion beam vapor deposition apparatus that achieves the above object. As a result, by arranging a coil between the evaporation surface of the arc evaporation source and the base material and exciting the coil, I / A is controlled while preventing the mixing of molten particles from the evaporation surface, and vapor deposition and ion mixing are performed. The present invention has been completed by successfully expanding the vacuum range that can be performed.

【００１４】本発明のイオンビーム蒸着装置の金属蒸発
源は、アノードと、蒸着させるべき金属をターゲットと
して取付けたカソードとの間のアーク放電を利用したも
のである。アーク放電式蒸発法は、カソードである固体
金属がアーク放電により局部的に溶融して気化するもの
であり、単位面積あたりのエネルギーを高くすることが
でき、高融点金属の金属蒸気を得る場合でも電子ビーム
に比べてかなり小電流で済む。また、ターゲット固体金
属からの直接放電を使用するため、電子ビーム加熱式蒸
発源を使用する場合のように装置下方にるつぼを設置す
る必要もない。従って、金属蒸発源の取付け位置に関し
ては制限がなく、基材の配置も自由に選択できる等、装
置自体の設計の自由度が高まり、複合組成や多層皮膜等
を形成するために複数の金属蒸発源を使用することも容
易である。The metal evaporation source of the ion beam evaporation apparatus of the present invention utilizes arc discharge between the anode and the cathode to which the metal to be evaporated is attached as a target. In the arc discharge evaporation method, the solid metal that is the cathode is locally melted and vaporized by the arc discharge, and the energy per unit area can be increased, and even when the metal vapor of the refractory metal is obtained. It requires much smaller current than electron beam. Further, since the direct discharge from the target solid metal is used, it is not necessary to install a crucible under the apparatus as in the case of using the electron beam heating evaporation source. Therefore, there is no limitation on the mounting position of the metal evaporation source, the layout of the substrate can be freely selected, and the degree of freedom in designing the device itself is increased, and a plurality of metal evaporation sources can be formed to form a composite composition or a multilayer film. The source is also easy to use.

【００１５】本発明の最大の特徴は、アーク放電式蒸発
源のターゲット金属蒸発面と、前記基材との間に励磁可
能なコイルを配置し、該コイルの励磁によって生じる磁
力線が前記中心軸からみて外向きに発散する距離の位置
に前記蒸発面を位置させるところにある。コイルを励磁
すると、蒸発面の中心軸線方向に磁力線が発生し、コイ
ルから離れるにつれてこの磁力線は中心軸線からみて外
向きに発散していく。アーク蒸発源の蒸発面を、磁場が
外向きに発散していくところに位置させておくと、アー
ク放電で生成したプラズマ中の金属イオンは磁力線に導
かれコイル内を通過して基材に到達する。しかし、中性
である溶融粒子には磁場の作用が働かないために、基材
に到達しにくい。従って、不都合を起こす溶融粒子を基
材に付着させることなく、効率的に金属イオンを基材に
付着させることができる。The most important feature of the present invention is that a coil that can be excited is disposed between the target metal evaporation surface of the arc discharge evaporation source and the base material, and the magnetic force line generated by the excitation of the coil is from the central axis. The evaporation surface is located at a position where the evaporation surface diverges outward. When the coil is excited, lines of magnetic force are generated in the direction of the central axis of the evaporation surface, and as the distance from the coil increases, the lines of magnetic force diverge outward as viewed from the central axis. When the evaporation surface of the arc evaporation source is positioned where the magnetic field diverges outward, the metal ions in the plasma generated by the arc discharge are guided by the lines of magnetic force and pass through the coil to reach the substrate. To do. However, since the magnetic field does not act on the neutral molten particles, it is difficult to reach the base material. Therefore, the metal ions can be efficiently attached to the base material without adhering the molten particles causing the inconvenience to the base material.

【００１６】またアーク蒸発源から蒸発した金属イオン
のみを磁力線によって真空容器内に導くことができるた
め、プラズマのロスが少ない。しかもアーク放電の安定
性を左右することなく、コイルにより発生する磁場の大
きさを変化させるだけで真空容器内に導入する蒸発イオ
ン（金属蒸気）量を調節できるため、従来のアーク放電
式蒸着法を用いるイオンミキシング装置に比べて、金属
蒸気量をより広い範囲で変化させることができる。従っ
て、真空容器内でイオンミキシングが行われる時の金属
蒸気量（Ａ）とイオン源からのイオンビーム量（Ｉ）の
比Ｉ／Ａを、非常に広範囲に取ることができる。Further, since only the metal ions evaporated from the arc evaporation source can be introduced into the vacuum container by the magnetic lines of force, the loss of plasma is small. Moreover, the amount of vaporized ions (metal vapor) introduced into the vacuum vessel can be adjusted simply by changing the magnitude of the magnetic field generated by the coil without affecting the stability of arc discharge. The amount of metal vapor can be changed in a wider range as compared with the ion mixing device using. Therefore, the ratio I / A of the metal vapor amount (A) when the ion mixing is performed in the vacuum container and the ion beam amount (I) from the ion source can be set in a very wide range.

【００１７】さらにコイルを用いたアーク放電式蒸着法
を採用した場合、従来よりも高真空度側で安定なプラズ
マ形成が可能であることが見出された。従って、アーク
放電式蒸着を安定に行える真空度領域が広くなり、高真
空で行わなければならないイオンミキシングと共通する
真空度領域が広範囲になり、従来のダイナミックミキシ
ング装置に比べ、ミキシング条件の選択度が広がること
となった。Further, it has been found that when the arc discharge type vapor deposition method using a coil is adopted, more stable plasma formation can be performed on the higher vacuum side than in the conventional case. Therefore, the vacuum degree region where the arc discharge type vapor deposition can be stably performed is widened, and the vacuum degree region common to the ion mixing that must be performed in high vacuum is widened, and the selectivity of the mixing condition is higher than that of the conventional dynamic mixing device. Has spread.

【００１８】なお、本発明のイオンビーム蒸着装置のイ
オンビーム発生源としては、特に限定されるわけではな
いが、アノードとカソードとのアーク放電により気化し
たカソード構成金属イオンをイオンビームとして引き出
すアーク放電式イオンビームが推奨される。この方式
は、数ｍＡ以上のビーム電流を比較的容易に得ることが
でき、ビームサイズも外径１５０ｍｍ程度と大きく、さ
らにイオン源が固体金属であるため、真空容器の上方な
らびに左右の適宜方向に配置可能であり、装置設計の自
由度が増し、複雑な形状の基材にも均一にイオン照射で
き装置全体もコンパクトにすることが可能である。The ion beam generating source of the ion beam vapor deposition apparatus of the present invention is not particularly limited, but arc discharge for extracting metal ions constituting the cathode vaporized by arc discharge between the anode and the cathode as an ion beam. Formula ion beam is recommended. With this method, a beam current of several mA or more can be obtained relatively easily, the beam size is large with an outer diameter of about 150 mm, and since the ion source is a solid metal, it can be moved above and below the vacuum container and in the right and left appropriate directions. It can be arranged, the degree of freedom in device design is increased, and even a substrate having a complicated shape can be uniformly irradiated with ions, and the entire device can be made compact.

【００１９】本発明によれば、真空容器内の金属蒸気量
の制御範囲が広く、金属蒸気に対するイオンビーム量
（Ｉ／Ａ）を幅広い範囲で調節可能であるが、さらにＩ
／Ａの範囲を広げるために、アーク蒸発源と基材の間
に、金属蒸気通過量を調整することが可能な開閉自在の
絞り機構を設置しても良い。According to the present invention, the control range of the amount of metal vapor in the vacuum container is wide, and the ion beam amount (I / A) for the metal vapor can be adjusted in a wide range.
In order to widen the range of / A, an openable / closable throttling mechanism capable of adjusting the amount of metal vapor passing may be installed between the arc evaporation source and the base material.

【００２０】[0020]

【実施例】次に本発明の実施例を示すが、本発明はもと
より下記実施例によって制限を受けるものではなく、前
後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施
することも勿論可能であり、いずれも本発明の技術的範
囲に含まれる。EXAMPLES Next, examples of the present invention will be shown, but the present invention is not limited by the following examples, and may be carried out with appropriate modifications within a range compatible with the gist of the preceding and following description. Of course, it is possible, and all are included in the technical scope of the present invention.

【００２１】実施例１ 図１には、本発明のイオンビーム蒸着装置１の一実施例
を示した。図１において１０は真空容器であり、図中左
下の排気口を通じて真空ポンプに接続されている。該真
空容器１０の下方には基材１１が回転可能な回転台１２
上に載置されている。回転台１２は真空容器１０外のバ
イアス電源１３に接続され、基材１１には回転台１２を
介して負のバイアス電位が印加される。Embodiment 1 FIG. 1 shows an embodiment of the ion beam vapor deposition apparatus 1 of the present invention. In FIG. 1, 10 is a vacuum container, which is connected to a vacuum pump through an exhaust port at the lower left of the drawing. Below the vacuum container 10 is a turntable 12 on which a substrate 11 can rotate.
Is placed on top. The rotary table 12 is connected to a bias power source 13 outside the vacuum container 10, and a negative bias potential is applied to the substrate 11 via the rotary table 12.

【００２２】真空容器１０の左側にはアーク放電式のイ
オンビーム源２が取り付けられており、カソードである
金属イオン源２１とアノードである真空容器１０との間
でアーク放電を起こす様に構成されている。アーク放電
の結果、イオン源のカソード金属は蒸発・イオン化し、
生成した金属イオンが電極２２によって加速され、高エ
ネルギーのイオンビームとなって真空容器内に注入され
る。アーク放電型イオンビーム方式は、数ｍＡ以上のビ
ーム電流を比較的容易に得ることができ、ビームサイズ
も外径１５０ｍｍ程度と大きいため、均一に広範囲なイ
オン照射を行うことができる。An arc discharge type ion beam source 2 is attached to the left side of the vacuum container 10 and is configured to cause an arc discharge between the metal ion source 21 which is a cathode and the vacuum container 10 which is an anode. ing. As a result of the arc discharge, the cathode metal of the ion source is vaporized and ionized,
The generated metal ions are accelerated by the electrode 22 and become a high-energy ion beam, which is injected into the vacuum container. In the arc discharge type ion beam method, a beam current of several mA or more can be obtained relatively easily, and the beam size is large such that the outer diameter is about 150 mm, so that ion irradiation can be performed uniformly over a wide range.

【００２３】真空容器１０の右側および上方には、励磁
可能なコイル３２を有するアーク放電式蒸発装置３，３
が取付けられている。アーク放電式蒸発装置３は、蒸着
させようとする金属からなるカソード蒸発源３１とアノ
ードである真空容器１０との間でアーク放電を起こし、
カソードを構成する金属を蒸発・イオン化（プラズマ
化）する。基材１１は、蒸発源３１，３１の蒸発面に相
対して配置されており、基材１１と蒸発面の間に磁場が
形成される様にコイル３２，３２が配置されている。On the right side and the upper side of the vacuum vessel 10, arc discharge type evaporators 3 and 3 each having a coil 32 that can be excited.
Is installed. The arc discharge type evaporator 3 causes arc discharge between the cathode evaporation source 31 made of a metal to be vapor-deposited and the vacuum container 10 which is an anode,
The metal forming the cathode is vaporized and ionized (converted into plasma). The base material 11 is arranged facing the evaporation surfaces of the evaporation sources 31 and 31, and the coils 32 and 32 are arranged so that a magnetic field is formed between the base material 11 and the evaporation surface.

【００２４】上記金属蒸発装置３は、カソードである固
体金属がアーク放電により局部的に溶融して気化するも
のであり、単位面積あたりのエネルギーを高くすること
ができ、高融点金属の金属蒸気を得る場合でも電子ビー
ムに比べてかなり小電流で済む。また、ターゲット固体
金属からの直接放電を使用するため、電子ビーム加熱式
蒸発源を使用する場合のように装置下方にるつぼを設置
する必要もない。従って、金属蒸発源の取付け位置に関
しては制限がなく、基材の配置も自由に選択できる等、
装置自体の設計の自由度が高まり、複合組成や多層皮膜
等を形成するために複数の金属蒸発源を使用することも
容易である。The metal evaporation device 3 is one in which solid metal, which is the cathode, is locally melted and vaporized by arc discharge, energy per unit area can be increased, and metal vapor of refractory metal is generated. Even if it is obtained, it requires a considerably smaller current than the electron beam. Further, since the direct discharge from the target solid metal is used, it is not necessary to install a crucible under the apparatus as in the case of using the electron beam heating evaporation source. Therefore, there is no limitation on the mounting position of the metal evaporation source, and the arrangement of the base material can be freely selected.
The degree of freedom in designing the device itself is increased, and it is easy to use a plurality of metal evaporation sources to form a composite composition, a multi-layer coating or the like.

【００２５】アーク放電によって生成する金属蒸気の大
部分は、放電で生じた熱電子との衝突によりイオンとな
っているが、一部中性の溶融粒子（マクロパーティク
ル）も発生している。コイル３２を励磁させると、コイ
ル３２内では蒸発面の中心軸線方向の磁力線３３が発生
する。この磁力線３３は、コイル３２から離れるにつれ
て中心軸線方向から外向きに発散していく。アーク蒸発
源の蒸発面を磁力線が外向きに発散していく位置とする
ことにより、生成したプラズマ中の金属イオンは磁力線
に導かれてコイル内を通過し、選択的に真空容器中央へ
導かれ、基材１１に到達する。しかし中性である溶融粒
子には磁力が働かないため、このような選択的誘導効果
が働かず、結果的に基材上に到達する溶融粒子が低減さ
れる。また、コイルの前方に開閉自在の絞り機構４を設
置して、真空容器中央へ導入される蒸発粒子をさらに減
少させることもできる。Most of the metal vapor generated by the arc discharge becomes ions due to collision with the thermoelectrons generated by the discharge, but some neutral molten particles (macro particles) are also generated. When the coil 32 is excited, magnetic force lines 33 are generated in the coil 32 in the direction of the central axis of the evaporation surface. The magnetic force lines 33 diverge outward from the central axis direction as they move away from the coil 32. By placing the evaporation surface of the arc evaporation source at the position where the magnetic field lines diverge outward, the metal ions in the generated plasma are guided by the magnetic field lines and pass through the coil, and are selectively guided to the center of the vacuum vessel. , Reaches the base material 11. However, since the magnetic force does not work on the neutral molten particles, such a selective induction effect does not work, and as a result, the number of molten particles reaching the substrate is reduced. In addition, the diaphragm mechanism 4 which can be opened and closed freely can be installed in front of the coil to further reduce the evaporated particles introduced into the center of the vacuum container.

【００２６】従来のアーク蒸発源とイオンビーム発生源
を用いたイオンビーム蒸着装置を用いてダイナミックミ
キシングを行う場合は、真空度バランスやイオン化効率
に差があるために、真空容器内のイオン量に比べ、金属
蒸気量が多くなる。このためミキシング時のイオン量が
不充分となって、所望組成の膜を基材上に形成すること
が難しかった。前述の様に、特開平７−５４１７４号で
は、アーク放電式蒸発源と基材の間に、一部の金属蒸気
のみ通過させる開口部を有する絞り部材を設け、真空容
器内の金属蒸気量（Ａ）とイオンビーム量（Ｉ）の比Ｉ
／Ａを大きくすることを試みている。しかしこの方法で
は、絞り部材によって絞られる蒸気のロスが大きいと共
に、アーク放電が安定して行えるアーク電流範囲に限界
があって金属蒸気量（Ａ）を所定量より下げることがで
きず、結果的にＩ／Ａを０．５以上にすることができな
かった。When performing dynamic mixing using an ion beam vapor deposition apparatus using a conventional arc evaporation source and an ion beam generation source, there is a difference in vacuum degree balance and ionization efficiency. In comparison, the amount of metal vapor increases. Therefore, the amount of ions during mixing becomes insufficient, and it is difficult to form a film having a desired composition on the substrate. As described above, in Japanese Patent Laid-Open No. 7-54174, a diaphragm member having an opening through which only a part of metal vapor passes is provided between the arc discharge evaporation source and the base material, and the amount of metal vapor in the vacuum container ( The ratio I of A) to the amount of ion beam (I)
We are trying to increase / A. However, in this method, the loss of the steam throttled by the throttle member is large, and the arc current range in which the arc discharge can be stably performed is limited, so that the metal vapor amount (A) cannot be lowered below a predetermined amount, resulting in a result. Moreover, I / A could not be increased to 0.5 or more.

【００２７】これに対し、本発明では励磁したコイルで
磁場を発生させ、アーク蒸発源から蒸発したイオンおよ
びプラズマのみを磁力線によって真空容器内に導くこと
ができるため、イオンやプラズマのロスが少ない。しか
もアーク放電の安定性を左右することなく、コイルによ
り発生する磁場の大きさを変化させるだけで真空容器内
に導入する金属蒸気量を調節できるため、従来のアーク
放電式蒸着法を用いるイオンミキシング装置に比べて、
金属蒸気量をより広い範囲で変化させることができる。
従って、真空容器内でイオンミキシングが行われる時の
金属蒸気量（Ａ）とイオン源からのイオンビーム量
（Ｉ）の比Ｉ／Ａを、非常に広範囲に取ることができ
る。On the other hand, in the present invention, since a magnetic field is generated by the excited coil and only the ions and plasma evaporated from the arc evaporation source can be introduced into the vacuum chamber by the magnetic lines of force, the loss of ions and plasma is small. Moreover, since the amount of metal vapor introduced into the vacuum vessel can be adjusted simply by changing the magnitude of the magnetic field generated by the coil without affecting the stability of the arc discharge, ion mixing using the conventional arc discharge evaporation method is possible. Compared to the device
The amount of metal vapor can be changed in a wider range.
Therefore, the ratio I / A of the metal vapor amount (A) when the ion mixing is performed in the vacuum container and the ion beam amount (I) from the ion source can be set in a very wide range.

【００２８】アーク放電式のイオンビーム源および蒸発
源は、イオン源および蒸発源が固体金属であるため、い
ずれも真空容器の任意の位置に任意個数を配置すること
が可能であり、基材の形状に応じて均一にミキシング等
が行えるように設置位置を選択することができる。従っ
て、装置設計の自由度が増すと共に装置全体をコンパク
トにすることが可能である。また、本実施例のようにア
ーク蒸発源を複数個設置することにより、合金や多層皮
膜の形成を行うことができる。In the arc discharge type ion beam source and the evaporation source, since the ion source and the evaporation source are solid metal, it is possible to arrange an arbitrary number of them in an arbitrary position of the vacuum container. The installation position can be selected so that mixing or the like can be uniformly performed according to the shape. Therefore, the degree of freedom in designing the device is increased, and the entire device can be made compact. Further, by providing a plurality of arc evaporation sources as in this embodiment, it is possible to form an alloy or a multi-layer coating.

【００２９】セラミックス等の化合物皮膜を形成するた
めには、ガスイオン源を用いる他、真空容器内に窒素や
酸素等の反応ガスをバルブと流量調節装置を備えた反応
ガス供給部５から直接供給してもよい。この場合、供給
された反応ガスは真空容器内で金属イオンと反応し、セ
ラミックス皮膜が基材上に堆積される。In order to form a compound film of ceramics or the like, a gas ion source is used, and a reaction gas such as nitrogen or oxygen is directly supplied to the vacuum container from a reaction gas supply unit 5 equipped with a valve and a flow rate controller. You may. In this case, the supplied reaction gas reacts with the metal ions in the vacuum container, and the ceramic film is deposited on the base material.

【００３０】以上の作用により、カソードであるターゲ
ット表面から発生するカソードターゲット材料の溶融粒
子、すなわちイオンやプラズマ粒子よりも大きいマクロ
パーティクル・マクロドロップレットが基材上のイオン
ミキシング層に混入することが可及的に防止でき、Ｉ／
Ａを広範囲に設定できると共に、蒸着とイオンミキシン
グを行える真空度領域が広がったため、種々のイオンビ
ーム蒸着条件を選択することができる様になった。この
ため、皮膜表面粗度の悪化や密着力の低下を起こすこと
なく、蒸着皮膜を充分イオンミキシングすることがで
き、均一で高品質な、しかも多種多様なミキシング層や
蒸着皮膜を得ることができる。By the above action, molten particles of the cathode target material generated from the target surface which is the cathode, that is, macro particles / macro droplets larger than ions or plasma particles may be mixed in the ion mixing layer on the substrate. It can be prevented as much as possible, I /
Since A can be set in a wide range and the degree of vacuum for vapor deposition and ion mixing has been expanded, various ion beam vapor deposition conditions can be selected. Therefore, the vapor-deposited film can be sufficiently ion-mixed without deteriorating the surface roughness of the film and decreasing the adhesion, and a uniform and high-quality, and a wide variety of mixing layers and vapor-deposited film can be obtained. .

【００３１】さらに、本発明によれば、アーク蒸発源の
蒸発面と基材との間にコイルを配置するだけで上記の効
果が得られるため、例えば真空アーク蒸発源と基材との
間に直角に曲げられたソレノイドによってプラズマを選
別する装置のように、装置自体が大がかりになることが
なく、金属イオンビーム源ならびに金属蒸発源の取付け
位置に関しても制限されることはない。Further, according to the present invention, the above effect can be obtained only by disposing the coil between the evaporation surface of the arc evaporation source and the base material. Therefore, for example, between the vacuum arc evaporation source and the base material. The apparatus itself does not have to be large-scaled, unlike the apparatus for selecting plasma by a solenoid bent at a right angle, and there are no restrictions on the mounting positions of the metal ion beam source and the metal evaporation source.

【００３２】本発明では、イオンビーム源から高いエネ
ルギーのイオンが照射できるので、蒸着前の基材のスパ
ッタクリーニングや蒸着中のスパッタを行うこともで
き、より緻密で高品質な皮膜を密着性良く形成すること
ができる。また基材に負のバイアス電位を印加すること
により、これらの効果をより高めることができる。In the present invention, since high-energy ions can be irradiated from the ion beam source, it is possible to carry out sputter cleaning of the base material before vapor deposition and sputter during vapor deposition, and a more dense and high quality film with good adhesion can be obtained. Can be formed. Moreover, these effects can be further enhanced by applying a negative bias potential to the substrate.

【００３３】実施例２ 実施例１に示した装置を用いてイオンビーム蒸着実験を
行い、生成皮膜の表面性状および耐食性を検討した。基
材には表面を鏡面研磨した寸法１００ｍｍ×６０ｍｍ×
８ｍｍのＳ５０Ｃ材を用い、アーク放電式イオンビーム
源ならびにアーク蒸着源のカソードにはチタンを用い
た。装置内を４００℃に加熱した後、表１に示す種々の
条件で、基材をスパッタクリーニングした後、同じく表
１に併記した種々の条件でチタンを蒸着またはイオンミ
キシング蒸着を行い、３μｍのチタン皮膜を形成した。Example 2 Using the apparatus shown in Example 1, an ion beam deposition experiment was conducted to examine the surface properties and corrosion resistance of the produced film. The surface of the substrate is mirror-polished 100 mm x 60 mm x
An 8 mm S50C material was used, and titanium was used for the cathode of the arc discharge ion beam source and the arc evaporation source. After heating the inside of the apparatus to 400 ° C., the substrate was sputter-cleaned under various conditions shown in Table 1, and then titanium or ion-mixing vapor deposition was carried out under the various conditions also shown in Table 1 to obtain titanium having a thickness of 3 μm. A film was formed.

【００３４】イオンビームでスパッタクリーニングを行
う場合は７０ｋＶの加速電圧を用い、蒸着時のイオンミ
キシングの際には４０ｋＶの加速電圧を用いた。アーク
蒸着源によりスパッタクリーニングを行うときは、基材
に−１２００Ｖのバイアス電位を印加し、蒸着時には−
１５０Ｖのバイアス電位とした。また、コイルを励磁す
る場合と励磁しない場合の効果を比較した。An acceleration voltage of 70 kV was used when performing sputter cleaning with an ion beam, and an acceleration voltage of 40 kV was used during ion mixing during vapor deposition. A bias potential of -1200 V is applied to the substrate when performing sputter cleaning with an arc evaporation source,
The bias potential was 150 V. In addition, the effects when the coil is excited and when not excited are compared.

【００３５】得られた被覆部材の皮膜表面粗さを触針式
の粗さ計で測定したときの最大粗さを表１に併記した。
また３０日間の大気暴露試験を行い、錆の発生した面積
比から被覆部材の耐食性を調べ、結果を表１に併記し
た。The maximum roughness when the coating surface roughness of the obtained coated member was measured with a stylus type roughness meter is also shown in Table 1.
Further, an atmospheric exposure test was carried out for 30 days, the corrosion resistance of the covering member was examined from the area ratio where rust was generated, and the results are also shown in Table 1.

【００３６】[0036]

【表１】 [Table 1]

【００３７】表１から明らかなように、コイルを励磁し
ない従来のアーク蒸発源を用いてスパッタクリーニング
および蒸着を行った従来例１では、皮膜中に溶融粒子が
混入したため皮膜表面が粗い。この従来例１では、混入
した溶融粒子が起点となって欠陥やピンポールが発生し
たため、錆発生面積比が高く耐食性が悪かったと考えら
れる。コイルを励磁したアーク蒸発源によるスパッタ後
に、イオンミキシングを行わずコイル励磁アーク蒸着を
行った従来例２では、溶融粒子の混入がなく皮膜表面は
滑らかであったが、皮膜の密着性が悪く耐食性が劣る。
Ｎｏ．３はイオンビームによるスパッタ後に、コイルを
励磁しないアーク蒸着法とイオンミキシングを用いた場
合の比較例であり、皮膜中に溶融粒子が混入するため皮
膜表面が粗く、耐食性が劣ることがわかる。As is apparent from Table 1, in Conventional Example 1 in which sputter cleaning and vapor deposition were performed using a conventional arc evaporation source that does not excite the coil, the surface of the coating is rough because molten particles were mixed in the coating. In this conventional example 1, it is considered that the ratio of the rusted area was high and the corrosion resistance was poor because defects and pin poles were generated starting from the mixed molten particles. In the conventional example 2 in which coil-excited arc vapor deposition was performed without performing ion mixing after sputtering with an arc evaporation source that excited the coil, the coating surface was smooth without the inclusion of molten particles, but the adhesion of the coating was poor and the corrosion resistance was high. Is inferior.
No. No. 3 is a comparative example in the case of using the arc vapor deposition method in which the coil is not excited after the ion beam sputtering and the ion mixing, and it can be seen that the coating surface is rough because the molten particles are mixed in the coating and the corrosion resistance is poor.

【００３８】これらに対して、コイル励磁アーク蒸着と
同時にイオンミキシングを行った本発明実施例４、５で
は、蒸発前のスパッタクリーニングがアーク蒸発源によ
る場合、イオンビームによる場合のいずれにおいても、
得られた皮膜表面が滑らかで密着性も良好であり優れた
耐食性を示した。また、蒸着時にイオンミキシングは行
わなかったが、予めイオンビームによるスパッタを行っ
た実施例６においても同様な結果が得られた。On the other hand, in Examples 4 and 5 of the present invention in which ion mixing was performed at the same time as coil-excited arc vapor deposition, sputter cleaning before vaporization was performed using either an arc vaporization source or an ion beam.
The surface of the obtained coating was smooth and the adhesion was good, showing excellent corrosion resistance. In addition, similar results were obtained in Example 6 in which sputtering with an ion beam was performed in advance, although ion mixing was not performed during vapor deposition.

【００３９】実施例３ 実施例１に示した装置を用いてイオンビーム蒸着実験を
行い、生成皮膜の結晶構造および硬さについて検討し
た。基材には表面を鏡面研磨した寸法１２ｍｍ×１２ｍ
ｍ×５ｍｍのＫ種超硬チップを用い、アーク放電式イオ
ンビーム源ならびにアーク蒸着源のカソードにはチタン
を用いた。装置内を４００℃に加熱した後、Ａｒガスを
５０ｍｍＴｏｒｒ導入し、基材に−６００Ｖのバイアス
電位を印加してスパッタクリーニングした。その後、窒
素ガスを２ｍｍＴｏｒｒ導入し基材に−１５０Ｖのバイ
アス電位を印加しながら、表２に示す種々の条件を用い
て、蒸着またはイオンミキシング蒸着を行い、基材表面
に５μｍのＴｉＮ皮膜を形成した。Example 3 Using the apparatus shown in Example 1, an ion beam deposition experiment was conducted to examine the crystal structure and hardness of the produced film. The surface of the base material is mirror-polished 12 mm x 12 m
An m × 5 mm K type carbide tip was used, and titanium was used as the cathode of the arc discharge type ion beam source and the arc evaporation source. After heating the inside of the apparatus to 400 ° C., Ar gas was introduced at 50 mmTorr and a bias potential of −600 V was applied to the base material to carry out sputter cleaning. After that, while introducing nitrogen gas at 2 mmTorr and applying a bias potential of −150 V to the base material, vapor deposition or ion mixing vapor deposition was performed under various conditions shown in Table 2 to form a 5 μm TiN film on the base material surface. did.

【００４０】得られた皮膜の結晶構造を調べるために、
Ｘ線回折を行い、ＴｉＮの回折ピークのうち、（１１
１）面と（２００）面のＸ線回折強度比Ｉ（１１１）／
Ｉ（２００）を測定し、その結果を表２に併記した。ま
た、得られた皮膜の硬さをマイクロヴィッカース硬度計
を用いて荷重２０ｇにて測定し、その結果を同じく表２
に併記した。In order to investigate the crystal structure of the obtained film,
X-ray diffraction was performed, and among the diffraction peaks of TiN, (11
X-ray diffraction intensity ratio I (111) / of (1) plane and (200) plane
I (200) was measured, and the results are also shown in Table 2. Further, the hardness of the obtained coating was measured with a load of 20 g using a Micro Vickers hardness meter, and the results are also shown in Table 2.
It was also described in.

【００４１】[0041]

【表２】 [Table 2]

【００４２】表２から明らかなように、コイルを励磁し
ない従来のアーク蒸発源を用いて蒸着のみを行った従来
例７や、イオンミキシング蒸着を行った従来例８では、
面心立方構造をもつＴｉＮ結晶の最稠密面であり耐摩耗
性が良好とされる（１１１）面への配向性が小さく皮膜
硬さも低い。これは蒸着時のスパッタが充分に行われな
いため緻密な皮膜が形成されないことによると考えられ
る。イオンビームを使用して蒸着時にイオンアシストを
行い、コイルを励磁しない従来のアーク蒸発源を用いて
イオンミキシング蒸着を行う場合は（比較例９）、イオ
ンビームスパッタは行われるが、溶融粒子が混入し、蒸
着される粒子のイオン化率が低いため（１１１）面への
配向性が小さく皮膜硬さも低い。これらに対して、本発
明実施例である１０、１１は（１１１）面への配向性が
非常に高く、硬さも２４００以上と優れており、緻密な
皮膜が形成されていることが明らかである。As is clear from Table 2, in the conventional example 7 in which only the vapor deposition was performed using the conventional arc evaporation source in which the coil was not excited, and in the conventional example 8 in which the ion mixing vapor deposition was performed,
It is a densest surface of TiN crystal having a face-centered cubic structure, and its wear resistance is good. The orientation to the (111) plane is small and the film hardness is low. It is considered that this is because a dense film is not formed because the sputtering during vapor deposition is not sufficiently performed. When ion assisting is performed during deposition using an ion beam and ion mixing deposition is performed using a conventional arc evaporation source that does not excite the coil (Comparative Example 9), ion beam sputtering is performed but molten particles are mixed. However, since the ionization rate of the deposited particles is low, the orientation to the (111) plane is small and the film hardness is low. On the other hand, in Examples 10 and 11 of the present invention, the orientation to the (111) plane is very high and the hardness is excellent at 2400 or more, and it is clear that a dense film is formed. .

【００４３】[0043]

【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
マクロパーティクル・マクロドロップレットが基材上の
イオンミキシング層に混入することが可及的に防止で
き、Ｉ／Ａを広範囲に設定できると共に、蒸着とイオン
ミキシングを行える真空度領域が広がったため、種々の
イオンビーム蒸着条件を選択することができる様になっ
た。このため、皮膜表面粗度の悪化や密着力の低下を起
こすことなく、蒸着皮膜を充分イオンミキシングするこ
とができ、均一で高品質な、しかも多種多様なミキシン
グ層や蒸着皮膜を密着性良く得ることができる。本装置
および本方法は、耐摩耗性膜や超硬膜やその他種々の特
性を有する皮膜を、特に複雑な形状の部材に被覆する際
に有用である。The present invention is configured as described above.
Since it is possible to prevent macroparticles and macrodroplets from mixing in the ion mixing layer on the substrate as much as possible, the I / A can be set in a wide range, and the vacuum degree range where vapor deposition and ion mixing can be performed is widened. It is now possible to select the ion beam deposition conditions of. Therefore, the vapor-deposited film can be sufficiently ion-mixed without deteriorating the film surface roughness and the adhesive force, and a uniform and high-quality mixing layer and vapor-deposited film can be obtained with good adhesion. be able to. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present apparatus and the present method are useful when a wear resistant film, a super hard film, or a film having various other properties is applied to a member having a particularly complicated shape.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明のダイナミックミキシング装置を示す説
明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a dynamic mixing device of the present invention.

【図２】従来のダイナミックミキシング装置を示す説明
図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a conventional dynamic mixing device.

【図３】イオンビーム源の拡大説明図である。FIG. 3 is an enlarged explanatory view of an ion beam source.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ダイナミックミキシング装置 ２ イオンビーム源 ３ アーク放電式蒸発装置 １０ 真空容器 １１ 基材 ３２ コイル ３３ 磁力線 1 Dynamic Mixing Device 2 Ion Beam Source 3 Arc Discharge Evaporating Device 10 Vacuum Container 11 Base Material 32 Coil 33 Magnetic Field Line

フロントページの続き (72)発明者 大西 泰司 兵庫県明石市魚住町金ケ崎西大池179番１ 株式会社神戸製鋼所明石工場内 (72)発明者 一宮 夏樹 兵庫県明石市魚住町金ケ崎西大池179番１ 株式会社神戸製鋼所明石工場内Front page continuation (72) Inventor Taiji Onishi 179-1 Kanegasaki Nishi-Oike, Uozumi-cho, Akashi-shi, Hyogo Inside the Akashi Plant, Kobe Steel Co., Ltd. Inside the Akashi Plant, Kobe Steel, Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 真空容器内に、アーク放電によってター
ゲット金属から蒸気を発生させて基材表面に蒸着させる
１個以上の金属蒸発源と、イオンビームを発生させて該
基材表面に照射するイオンビーム源を有するイオンビー
ム蒸着装置において、 前記金属蒸発源のターゲット金属蒸発面と、前記基材と
の間に励磁可能なコイルを配置し、該コイルの励磁によ
って生じる磁力線が前記中心軸からみて外向きに発散す
る距離の位置に前記蒸発面を位置させたことを特徴とす
るイオンビーム蒸着装置。1. A vacuum vessel, at least one metal evaporation source for generating vapor from a target metal by arc discharge for vapor deposition on a substrate surface, and ions for generating an ion beam and irradiating the substrate surface. In an ion beam vapor deposition apparatus having a beam source, an excitable coil is arranged between the target metal evaporation surface of the metal evaporation source and the base material, and a magnetic force line generated by the excitation of the coil is outside when viewed from the central axis. An ion beam vapor deposition apparatus characterized in that the evaporation surface is located at a position of a distance diverging in a direction. 【請求項２】 真空容器内に、アーク放電によってター
ゲット金属から蒸気を発生させて基材表面に蒸着させる
１個以上の金属蒸発源と、イオンビームを発生させて該
基材表面に照射するイオンビーム源を有するイオンビー
ム蒸着装置を用いて行うイオンビーム蒸着方法におい
て、 金属蒸発源のターゲット金属蒸発面と、前記基材との間
に励磁可能なコイルを配置し、該コイルの励磁によって
生じる磁力線が前記中心軸からみて外向きに発散する距
離の位置に前記蒸発面を位置させ、アーク放電によって
発生するプラズマは前記磁力線に沿ってコイル内真空空
間を通過させ、基材に到達する金属蒸気量を制御するこ
とを特徴とするイオンビーム蒸着方法。2. One or more metal evaporation sources that generate vapor from a target metal by arc discharge to deposit on a substrate surface in a vacuum container, and ions that generate an ion beam and irradiate the substrate surface. In an ion beam vapor deposition method using an ion beam vapor deposition apparatus having a beam source, an excitable coil is arranged between a target metal vaporization surface of a metal vaporization source and the substrate, and a magnetic force line generated by excitation of the coil. Where the evaporation surface is located at a position where it diverges outward as viewed from the central axis, plasma generated by arc discharge passes through the vacuum space in the coil along the lines of magnetic force, and the amount of metal vapor reaching the base material. An ion beam vapor deposition method characterized in that: