JPS60258468A - 薄膜形成装置 - Google Patents

薄膜形成装置

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JPS60258468A
JPS60258468A JP11350984A JP11350984A JPS60258468A JP S60258468 A JPS60258468 A JP S60258468A JP 11350984 A JP11350984 A JP 11350984A JP 11350984 A JP11350984 A JP 11350984A JP S60258468 A JPS60258468 A JP S60258468A
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JP
Japan
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ions
ion
base material
thin film
irradiation
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JP11350984A
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English (en)
Inventor
Yasunori Ando
靖典 安東
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
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Publication of JPS60258468A publication Critical patent/JPS60258468A/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/221Ion beam deposition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating

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】 (発明の分野) この発明は、薄膜形成装置に関し、特に、イオン照射と
真空蒸着とを併用した薄膜形成装置に関する。
(先行技術の説明) 一般に、真空中において基月上に薄膜を形成する方法と
しては、蒸発材料を蒸発さuで、保持された基材表面に
それを蒸着させる方法(これを真空蒸着方法と呼ぶ)や
、蒸発材料にスパッタイオンを投射し、スパッタされた
材料を基材表面に付着さける方法(これをスパッタリン
グ方法と貯ぶ)が広く使用されている。
一方、基材の表層の電気的・物理的・化学的特性を改善
する方法として、高エネルギーのイオンを基材に注入す
る方法(これをイオン注入方法と呼ぶ)が広く使用され
ている。また、低エネルギ−のイオンを基材表面に照射
して基材上にイオンにより薄膜を形成する方法(イオン
・ビー・ム・デポジション方法)も最近使用されつつあ
る。
前記真空蒸着方法Jjよびスパッタリング方法によれば
、基材に輸送できる蒸着物質の量を大きくづることがで
きるがイ」着力の強い薄膜が得られないという面がある
。これに対し、イオン注入方法およびイオン・ビーム・
デポジション方法によれば、付着ノjの強い薄膜が得ら
れるが、基材に輸送できる物質の1f1cよ少ないとい
う而がある。イオン・ビーム・デポジション方法によっ
て付着力の強い特性が得られる理由は、次のように考え
られる。
すなわち、基材にイオン照射を行うと、照射イオンの一
部は基材表面の物質を衝突によってはね飛ばすために使
われる。この時、基材表面に付着していた不純物(膜形
成に悪影響を及ぼす物質)もはね飛ばされ、基材表面の
清浄化が行われるからである。また、照射イオンの持つ
エネルギーは数evから数百eVに及び、基材を構成す
る原子、分子の結合エネルギー(数eV)より大きいた
め、照射イオンは基材の表面よりも深い所にまで入り込
む。これにより、照射イオンは基材の深い位置から表面
まで分布するようになるため、基材を構成する結晶が連
続して変化させられ、丁度杭打ちのような効果が得られ
るからである。
一方、イオン注入方法では、基本的には新しく薄膜を形
成覆るものではないため付着力の問題は発生しないが、
通常用いられる数KeVから数十KeVのエネルギーで
は、注入イオンが効果を発生する深さは、数白人程度と
、極めで浅い領域に限られる。但し、この程度の厚みの
薄膜を形成した基材にイオン注入を行なった場合、前記
のイオン・ビーム・デポジション方法の場合と同様に杭
打ちのような効果が得られる。
このようなイオン照射より生じる効果に着目して、真空
蒸着方法により蒸着薄膜を形成する際、蒸着と同時また
は交互に、質量選別したイオンを照射することにより、
イオン・ビーム・デポジション方法単独によっては不足
していた薄膜形成速度を補うことができ、かつ、付着力
特性が良い薄膜形成方法が既に提案されている。しかし
ながら、従来のこの方法では、イオン照射と真空蒸着に
より2元系の薄膜を形成することはできるが、照射イオ
ンが単一種類であるため3元系以上の複合薄膜を形成す
ることはできなかった。更に、多層薄膜を形成するため
にはイオン源物質をその都度取り替えなIプればならず
非常に面倒であった。
(発明の目的) この発明は、3元系以上の複合薄膜を形成することがで
き、史に容易に多層薄膜を形成することができる薄膜形
成装置を提供することを目的とする。
(実施例の説明) この発明は、真空中で基材に対してイオンを照射するイ
オン照射手段と前記基材に対して蒸発物質を蒸着させる
真空蒸着手段とを備える薄膜形成装置であって、前記イ
オン照射手段は、照射に用いる複数種類のイオンを同時
に発生させかつ加速するイオン発生手段と、磁界の強さ
を調整することにより前記複数種類のイオンの内の所定
のイオンを抽出して前記基材に照射する質量分析手段と
、質量分析手段の磁界の強さを切替えることにより質量
分析手段によって抽出するイオンの種類を自動的に切替
える制御手段とを備えることを特徴とする。以下、この
発明を実施例に基づいC説明する。
第1図は、この発明の一実施例を示す概略図である。こ
の実施例に係る薄膜形成装置は、真空槽9中の基材8に
対してイオンを照射するイオン照射手段と、基材8に対
して蒸発物質を蒸着させる真空蒸着手段とを備える。
イオン照射手段は、照射に用いる複数種類のイオンを同
時に発生さUるイオン源1と、イオン源1からのイオン
ビームを加速および減速づる加速・減速電極2と、加速
・減速電極2からのイオンビームを質量分析する質量分
析電磁石3 J3よび分析スリット4と、質量分析電磁
石3へ励磁電流を供給する電[5と、電源5から供給す
る励磁電流を制御する制御回路6とを備える。
イオン源1は、複数種類のイオン源物質を同時に導入す
ることができ、これにより照射に用いる複数種類のイオ
ンを同時に発生させることができる。イオン源1から複
数種類のイオン、例えばUいに質量の異なるイオンビー
ムB1〜B3が加速・減速電極2により引出され、質量
分析電磁石3により所定質量のイオンビームB1を抽出
し、これが分析スリット4を通過して基材8に照射され
る。図中B およびB3は、それぞれ、所定の貿量より
も軽いイオンビーl\および重いイオンビームを示す。
基材8に照射されるイオンのエネルギーは、加速・減速
電極2により調整される。また、質量分析型1i li
3の磁界の強さを切替えることにより、即ち、電源5か
ら質量分析電磁石3に供給づる励11電流Iの大きさを
制御回路6によって切替えることにより、質量分析電磁
石3によって抽出するイオンの種類を切替えることがで
きる。これによって、不要のイオン種を除去しつつ、所
望の複数種類のイオン種を順次切替えて基材8に照射す
ることができる。
制御回路6の主な例としては、次の二つのものがある。
−・つは、第2図に示すように磁気レンυを用いるもの
である。即ち、質量分析電磁も3内にホール素子等の磁
気センサ61を設けて、質量分析電磁63の磁界の強さ
を検出し、これに対応した信号を比較回路63に与える
。一方、基準信号発生回路62を設けて、質量分析電磁
石3内に所定の強さの磁界を発生させるのに基準となる
信号を比較回路63に与える。比較回路63は、入力さ
れた両信号の比較を行い、その差が零となるように電源
5から質量分析磁石3に供給される励磁電流Iを制御す
る。これにより、質量分析電磁石3内の磁場の履歴を考
慮することなく、それの磁界の強さを所定のものに制御
することがぐきる。
更に第3図に示すように、基1(3号を所定のパターン
で切替えることにより、質量分析電磁石3の磁界の強さ
を切替えることができ、従って基材8に照射されるイオ
ンの種類を所定のパターンで切替えることができる。
制御回路6のもう一つの例は、前述したような磁気セン
勺を用いないものである。即ち、マイクロコンピュータ
を用い、これに質量分析電磁lJ3の励磁電流の変化に
対する磁界の強さの変化を示す履歴曲線を予め記憶さけ
ておく。そしてこの履歴曲線により、所定の磁界の強さ
に必要な励磁電流をめ、電源5を制御する。更に、プロ
グラムににり励磁電流を所定のパターンで切替えること
により、前述と同様に基材8に照射されるイオンの種類
を所定のパター・ンで切替える。
真空蒸着手段は、真空槽9内に設【ブられていて、蒸発
物質を基材8に向けて蒸発させる蒸発装置7を備える。
この蒸発装置7としては、抵抗加熱式蒸発源、電子ビー
ム加熱式蒸発源の他、イオンビームスパッタ蒸発源を用
いることができる。また、それらの蒸発源を併用しても
よい。
以上のような装置椛成により、基材8に対してイオンビ
ーム照射と真空蒸着とを同時に行ってもよく、あるいは
、イオンビーム照射と真空蒸着とを交互に行ってもよい
この場合、前述したように、イオン源1からは照射に用
いる複数種類のイオンが同時に発生されており、それら
を制御回路6によつC短時間(例えば、5秒以下)で切
替えC暴利8に照射することができるので、3元系以上
の複合薄膜を形成することができる。更に、多層薄膜を
形成する場合でもイオン源物質をその都度取り替える必
要はなく非常に容易である。
薄膜形成時の照射イオン堡は、電流計または電流積算計
(図示省略)でモニタすることができ、真空蒸着の厚み
は膜厚計(図示省略)ぐモニタすることができる。また
、薄膜形成時におりるイオン照射量および真空蒸着膜厚
を予め設定しておき、それぞれが設定値に達するとイオ
ン照射および真空蒸着を停止させる自動操作機構を本装
圓に更に付加してもよい。
基材8へ照射されるイオン種としては、基材表面の清浄
化および付着特性改善のためには、アルゴンイオンなど
の不活性ガスイオンあるいは蒸着物質と同一種類の元素
が用いられる。化合物薄膜形成のためには、その化合物
を構成する元素のイオンが用いられる。
最後に、本装置による薄膜形成の例を以下に示す。
Ll(ステンレス基材表面に窒化チタン薄膜を形成) まず、イオン源でアルゴンイオンと窒素イオンを同時に
発生させる。アルゴンイオンで基材表面を清浄化した後
、質量分析電磁石により窒素イオンに切替え、同時に電
子ビーム加熱式蒸発装置より焼結体窒化チタン塊を溶融
蒸発させることにより、強固に付着した窒化チタン薄膜
を形成することができた。
性λ(鉄基材表面にチタン−窒素−炭素系高硬度合金を
形成) イオン源でアルゴンイオンを発生させ、これを基材に照
射して基材表面の清浄化を行なった後、イオン源で窒素
イオンと炭素イオンとを同時に発生させ、質量分析電磁
石による切替えでこれらを交互に基材表面に照射すると
同時に、電子ビーム加熱式蒸発装置によりチタンを蒸発
させ基材にイ」ける。これにより、鉄基材上に付着力の
優れた高硬度合金を形成することができた。
(発明の効果) 以上説明したように、この発明によれば、3元系以上の
複合薄膜を形成することができ、更に多層簿膜を容易に
形成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例を示す概略図である。第
2図は、制御回路の−・例を示ずブ[lツク図である。 第3図は、基準信号と質量分析電磁もの磁界の強さの切
替を示す図である。 1・・・イオン源、3・・・質量分析電磁石、5・・・
電源、6・・・制御回路、7・・・蒸発製向、8・・・
基材、9・・・真空槽 代理人 弁理士 山本恵二 弁理士 告田茂明 弁理士 有田肖弘

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 真空中で基材に対してイオンを照射するイオン
    照射手段と前記基材に対して蒸発物質を蒸着させる真空
    蒸着手段とを備える薄膜形成装置であって、前記イオン
    照射手段【よ、 照射に用いる複数種類のイオンを同時に発生させかつ加
    速するイオン発生手段と、 前記イオン発生手段によって加速されたイオンの経路上
    に設けられでいて、磁界の強さを調整することにより前
    記複数種類のイオンの内の所定のイオンを抽出して前記
    基材に照射する質量分析手段と、 前記質量分析手段に接続されていて、質量分析手段の磁
    界の強さを切替えることにより、質量分析手段によって
    抽出するイオンの種類を自動的に切替える制御手段とを
    備える、薄膜形成装置。
  2. (2) 前記制御手段は、予め定められたパターンに従
    つ−(、質量分析手段によって抽出するイオンの種類を
    切替える、特許請求の範囲第1項記載の薄膜形成装置。
JP11350984A 1984-06-01 1984-06-01 薄膜形成装置 Pending JPS60258468A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62255137A (ja) * 1986-04-28 1987-11-06 日新電機株式会社 フイルムキヤリヤ形基板とその製造方法
JPH01215966A (ja) * 1988-02-23 1989-08-29 Nissin Electric Co Ltd 高硬度TiN膜の製造方法
JPH01215965A (ja) * 1988-02-23 1989-08-29 Nissin Electric Co Ltd TiN膜の製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62255137A (ja) * 1986-04-28 1987-11-06 日新電機株式会社 フイルムキヤリヤ形基板とその製造方法
JPH01215966A (ja) * 1988-02-23 1989-08-29 Nissin Electric Co Ltd 高硬度TiN膜の製造方法
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