JP2002167659A - Method and system for depositing chromium carbide thin film - Google Patents
Method and system for depositing chromium carbide thin filmInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、炭化クロム(C
rC)薄膜の成膜方法および成膜装置に係り、詳しくは
切削工具材料等に用いる母材表面に被覆して高密着性、
耐摩耗性、高耐食性、高耐熱性等を付与することのでき
る炭化クロム薄膜の成膜方法および成膜装置に関するも
のである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a chromium carbide (C)
rC) The present invention relates to a method and an apparatus for forming a thin film.
The present invention relates to a method and an apparatus for forming a chromium carbide thin film capable of imparting wear resistance, high corrosion resistance, high heat resistance, and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】切削工具鋼、合金工具鋼、超硬合金等の
母材を保護し、耐食性、耐熱性、耐摩耗性等の性質を増
大させるために、これら母材の表面にセラミックコーテ
ィングとして、TiN、 iC、TiCN、AlTi
N、CrN、あるいはDLC(ダイヤモンド状炭素)等
の薄膜を被覆することがこれまでに広く行われている。
そして、上記した母材に要求される耐熱性、密着性、硬
度等の物性に応じて上記のコーティング膜が選択して被
覆されている。2. Description of the Related Art In order to protect base metals such as cutting tool steel, alloy tool steel, and cemented carbide, and to increase properties such as corrosion resistance, heat resistance and wear resistance, a ceramic coating is applied to the surface of these base materials. , TiN, iC, TiCN, AlTi
Up to now, coating with a thin film such as N, CrN, or DLC (diamond-like carbon) has been widely performed.
The coating film is selectively coated according to physical properties such as heat resistance, adhesion, and hardness required of the base material.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】母材表面に上記のよう
な薄膜を形成するに当たっては、種々の成膜装置が知ら
れている。なかでも高真空アーク放電型イオンプレーテ
ィング装置(以下、この装置をADIP装置という)が
広く用いられている。しかし、このADIP装置によっ
て、TiN、TiC、TiCN等の薄膜を形成すること
はできるが、AlTiN、CrN、DLC等の薄膜の成
膜は困難とされている。In forming such a thin film on the surface of a base material, various film forming apparatuses are known. Above all, a high vacuum arc discharge type ion plating apparatus (hereinafter referred to as an ADIP apparatus) is widely used. However, although thin films such as TiN, TiC and TiCN can be formed by this ADIP apparatus, it is difficult to form thin films such as AlTiN, CrN and DLC.
【0004】ADIP装置によって鉄系材料表面に形成
されるTiN、TiC、TiCN等の薄膜は、大気雰囲
気中での耐熱温度が450℃程度と低いため、切削工具
用母材へのコーティング膜としては、切削速度、送りと
もに高負荷の方向では不適当である。同様に、高温で使
用される金型等への表面皮膜としても不適当である。さ
らに、これらの薄膜は、たとえ成膜表面に欠陥がなくて
も、湿度とその成膜条件によっては下地基板の錆が発生
するという問題が指摘されている。A thin film of TiN, TiC, TiCN or the like formed on the surface of an iron-based material by an ADIP apparatus has a low heat-resistant temperature of about 450 ° C. in an air atmosphere. However, both the cutting speed and the feed rate are inappropriate in the direction of high load. Similarly, it is unsuitable as a surface film for a mold or the like used at a high temperature. Further, it has been pointed out that even if there is no defect on the surface of the thin film, there is a problem that rust of the underlying substrate is generated depending on the humidity and the film forming conditions.
【0005】ADIP装置によるイオン化は、蒸発源の
蒸気圧を利用して蒸発材料を粒子化しイオン化するもの
である。AlTiNのような二元系窒化物は、一定蒸気
圧になる蒸発源温度に差のある材料では高融点側のみの
材料が優先的にイオン化されるので得られる薄膜の物性
制御性が悪い。また、ADIPで発生させるイオンは蒸
発源イオン化によるイオンであるため、導入ガスのイオ
ン化効率が低い。このため、CrNやAlNなどのガス
イオン化律速物質であって、反応ガスイオン律速で成膜
される物質は実用上成膜が困難である。さらに、DLC
においては、電子ビーム蒸発でグラファイトを蒸発さ
せ、アーク放電を発生させると、C60等のフラーレン
に代表される固まり状(クラスター化)となるため、高
品質のDLCは得られないのである。このように、特に
高密着性、高耐食性を有するCrN膜、高耐熱性を有す
るAlTiN膜等の形成は困難であり、従って、ADI
P装置による薄膜形成は限られた用途の母材にしか実施
されていない。In the ionization by the ADIP apparatus, the vaporized material is made into particles and ionized using the vapor pressure of the evaporation source. In the case of binary nitrides such as AlTiN, materials having only a high melting point side are preferentially ionized in a material having a difference in evaporation source temperature at which a constant vapor pressure is obtained, so that the obtained thin film has poor physical property controllability. In addition, since the ions generated by ADIP are ions generated by evaporation source ionization, the ionization efficiency of the introduced gas is low. For this reason, it is practically difficult to form a gas ionization rate controlling substance such as CrN or AlN, which is formed by a reaction gas ion rate controlling substance. In addition, DLC
In this method, when the graphite is evaporated by electron beam evaporation to generate an arc discharge, a high-quality DLC cannot be obtained because the material becomes a cluster (clustering) typified by fullerene such as C60. As described above, it is particularly difficult to form a CrN film having high adhesion and high corrosion resistance, an AlTiN film having high heat resistance, and the like.
The thin film formation by the P apparatus has been performed only on a base material for a limited use.
【0006】この発明は、上記に鑑みて、CrN膜が有
する高密着性と高耐食性およびAlTiN膜が有する高
耐熱性などの性能を全て具有する炭化クロム(CrC)
膜の成膜を達成することのできる成膜方法および成膜装
置を提供することを目的とするものである。In view of the above, the present invention provides a chromium carbide (CrC) having all of the properties such as the high adhesion and high corrosion resistance of a CrN film and the high heat resistance of an AlTiN film.
It is an object of the present invention to provide a film forming method and a film forming apparatus capable of forming a film.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の炭化ク
ロム薄膜の成膜方法は、ドーナツ状ハース内に蒸発材料
を充填して回転可能な坩堝と電子銃とからなる蒸発源
と、この蒸発源の上下方向に回転する円盤状プレートの
外周部分に有する複数の基板ホルダーに取り付けた基板
と、を配置した真空槽内にて、基板のボンバード処理を
行ったのち、上記基板を回転させ、さらに坩堝を回転さ
せながら、電子銃から照射される電子ビームの衝撃によ
って上記坩堝ハース内の蒸発材料を蒸発させ、反応ガス
を導入して上記回転する基板上に炭化クロムの薄膜を形
成することを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for forming a chromium carbide thin film, wherein a donut-shaped hearth is filled with an evaporating material, and a rotatable crucible and an electron gun. A substrate attached to a plurality of substrate holders having an outer peripheral portion of a disc-shaped plate that rotates in the vertical direction of the evaporation source, and in a vacuum chamber in which a bombardment process of the substrate is performed, then rotating the substrate, Further, while rotating the crucible, the evaporation material in the crucible hearth is evaporated by the impact of the electron beam irradiated from the electron gun, and a reaction gas is introduced to form a chromium carbide thin film on the rotating substrate. Features.
【0008】請求項2に記載の発明は、上記請求項1の
成膜方法において、蒸発材料が昇華性を有する1〜3m
m径の顆粒状の金属クロムであること、請求項3に記載
の発明は、上記請求項1において、反応ガスが分子中に
1〜4個の炭素を有する炭化水素系ガスであることを特
徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the film forming method of the first aspect, the evaporation material has a sublimability of 1 to 3 m.
The invention according to claim 3, wherein the metal chromium is m-diameter granular metal chromium, the reaction gas according to claim 1 is a hydrocarbon-based gas having 1 to 4 carbon atoms in a molecule. And
【0009】請求項4に記載の発明は、排気手段によっ
て内部が排気される真空槽内の下方近くに配置され、ド
ーナツ状ハース内に蒸発材料を充填した回転する坩堝と
電子銃とを備えた蒸発源と、上記蒸発源の上下方向に回
転するように公転機構を介して真空槽内の一方の側壁寄
りに取り付けた円盤状プレートの外周部分に等間隔に有
する多数の基板ホルダーに取り付けた基板と、上記蒸発
源の上方で、電子銃から照射される電子ビームの照射範
囲の近傍に配置される熱電子放出フィラメントと、上記
熱電子放出フィラメントの上方に配置されるイオン化電
極と、上記真空槽内に反応ガスを導入する少なくとも1
つの反応ガス導入管と、上記蒸発源の下方に配置される
基板加熱用ヒーターと、を備えている炭化クロム薄膜の
成膜装置である。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a rotating crucible in which a donut-shaped hearth is filled with an evaporating material and an electron gun, which are arranged near a lower part of a vacuum chamber whose inside is evacuated by an evacuating means. Substrates attached to an evaporation source and a number of substrate holders equidistantly arranged on an outer peripheral portion of a disk-shaped plate attached to one of the side walls in the vacuum chamber via a revolving mechanism so as to rotate in the vertical direction of the evaporation source. A thermionic emission filament disposed above the evaporation source in the vicinity of the irradiation range of the electron beam irradiated from the electron gun; an ionization electrode disposed above the thermionic emission filament; At least one reaction gas is introduced into the
An apparatus for forming a chromium carbide thin film, comprising: one reaction gas introduction pipe; and a substrate heating heater disposed below the evaporation source.
【0010】請求項5に記載の発明は、上記請求項4の
成膜装置において、蒸発物質が昇華性を有する1〜3m
m径の顆粒状の金属クロムであること、請求項6に記載
の発明は、上記請求項4において、上記反応ガス導入管
は電子銃からの電子ビーム照射範囲外であって、その先
端部を上記基板方向に向けて少なくとも1つ配置するこ
とを特徴とし、さらに請求項7に記載の発明は、上記請
求項4の成膜装置において、反応ガスが分子中に1〜4
個の炭素を有する炭化水素系ガスであることを特徴とす
るものである。According to a fifth aspect of the present invention, in the film forming apparatus of the fourth aspect, the evaporating substance has a sublimability of 1 to 3 m.
According to a sixth aspect of the present invention, the reaction gas introduction tube is outside the range of irradiation of an electron beam from an electron gun, and the tip of the reaction gas introduction tube is made of a granular metal chromium having an m diameter. At least one is disposed in the direction of the substrate. Further, in the invention according to the seventh aspect, in the film forming apparatus according to the fourth aspect, the reaction gas is 1 to 4 in a molecule.
It is a hydrocarbon-based gas having carbon atoms.
【0011】上記請求項1に記載の発明によれば、真空
排気された真空槽内にて電子銃からの電子ビームの衝撃
によって坩堝内の金属クロムを蒸発させる。この蒸発粒
子が熱電子放出フィラメントから放出される熱電子の衝
撃によってイオン化され、イオン化電極によって加速さ
れて基板に衝突する。同時に反応ガスとして真空槽内に
導入される炭化水素系ガスもイオン化されて基板に向か
い、クロムと化学的に反応して基板上に密着性のよい炭
化クロム(CrC)皮膜を形成するのである。According to the first aspect of the present invention, the metal chromium in the crucible is evaporated by the impact of the electron beam from the electron gun in the evacuated vacuum chamber. The evaporated particles are ionized by the impact of thermionic electrons emitted from the thermionic emission filament, accelerated by the ionizing electrode, and collide with the substrate. At the same time, the hydrocarbon gas introduced into the vacuum chamber as a reaction gas is also ionized and directed toward the substrate, and chemically reacts with chromium to form a chromium carbide (CrC) film having good adhesion on the substrate.
【0012】上記の炭化クロム(CrC)皮膜の形成に
おいて、金属クロムが充填されている坩堝を回転させて
使用するので、電子ビームによる金属クロムの蒸発時に
均一で広い蒸発面を維持して多量のクロムを蒸発させる
ことができ、回転している複数の基板に均一な膜厚の炭
化クロム皮膜を形成することができる。また、蒸発材料
としての昇華性金属クロムを1〜3mm径の顆粒状とし
て用いることで、電子ビームの衝撃による蒸発を効果的
に行うことができる。また、金属クロムの消耗分の供給
が簡単に行える。In forming the chromium carbide (CrC) film, a crucible filled with chromium metal is rotated and used, so that a uniform and wide evaporation surface is maintained while evaporating chromium metal by an electron beam. Chromium can be evaporated, and a chromium carbide film having a uniform film thickness can be formed on a plurality of rotating substrates. In addition, by using sublimable metal chromium as an evaporation material in the form of granules having a diameter of 1 to 3 mm, evaporation by the impact of an electron beam can be effectively performed. Further, the supply of the consumed amount of the chromium metal can be easily performed.
【0013】上記請求項4に記載の発明によれば、真空
槽内において、内部にドーナッツ状水冷ハースを有し、
その円環部分に蒸発材料を充填した坩堝とその下方に電
子銃を備えて蒸発源とし、かつ上記坩堝を回転させるよ
うにしたこと、さらに真空槽内の一方の側壁近くに設け
られ、公転機構によって回転する円盤状プレートに有す
る基板ホルダーに複数の基板を取付け、この基板を上記
蒸発源の上下方向に回転するようにしたこと、などによ
って電子ビーム照射による金属クロムの蒸発時に均一で
広い蒸発面を維持して多量のクロムを蒸発させることが
でき、回転している複数の基板に均一で安定した成膜速
度で炭化クロム皮膜を形成することができるのである。According to the fourth aspect of the present invention, the vacuum chamber has a donut-shaped water-cooled hearth inside,
A crucible having an annular portion filled with an evaporating material and an electron gun below the crucible to serve as an evaporation source, and rotating the crucible; and a revolving mechanism provided near one side wall in a vacuum chamber. A plurality of substrates are mounted on a substrate holder having a rotating disk-shaped plate, and the substrates are rotated in the vertical direction of the evaporation source. Thus, a large amount of chromium can be evaporated, and a chromium carbide film can be formed on a plurality of rotating substrates at a uniform and stable film forming rate.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下、この発明の成膜方法と成膜
装置の構成について図を参照して詳細に説明する。図1
はこの発明の成膜装置の概略説明図であり、図におい
て、2は真空槽で、その下方の排気口4から図示してい
ないが、槽外の油回転ポンプ、油拡散ポンプ等の真空ポ
ンプに接続されている。これらの真空ポンプによって真
空槽2内は10-2〜10-5Pa程度に排気される。この
真空槽2内の下方寄りには、銅製の坩堝8および電子銃
12を備えた蒸発源6が配置されている。坩堝8は内側
にハース8aを有し、このハース8aは図2に拡大して
示すように内側が中空でその外側に幅H1 、H2 が50
mmのドーナツ形状の円環部分8bが形成されている。
そして、このドーナッツ形状の円環部分8b内に蒸発材
料10として、昇華性の約1〜3mm径の顆粒状の金属
クロムが充填されている。また、この坩堝8は、その底
部で真空槽2外の定速坩堝回転用モータ16に軸着16
aされていて、1〜10回転/時の水平回転をするよう
になっている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A film forming method and a structure of a film forming apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG.
FIG. 1 is a schematic explanatory view of a film forming apparatus according to the present invention. In the figure, reference numeral 2 denotes a vacuum tank, which is not shown through an exhaust port 4 below the vacuum tank. It is connected to the. The vacuum chamber 2 is evacuated to about 10 −2 to 10 −5 Pa by these vacuum pumps. An evaporation source 6 provided with a copper crucible 8 and an electron gun 12 is disposed at a lower portion in the vacuum chamber 2. The crucible 8 has a hearth 8a inside, and the hearth 8a is hollow inside and has widths H 1 and H 2 outside 50 as shown in an enlarged view in FIG.
A donut-shaped annular portion 8b of mm is formed.
The donut-shaped annular portion 8b is filled with sublimable granular metallic chromium having a diameter of about 1 to 3 mm as the evaporation material 10. The crucible 8 is attached to a constant-speed crucible rotation motor 16 outside the vacuum chamber 2 at the bottom thereof.
a, so as to make a horizontal rotation of 1 to 10 rotations / hour.
【0015】電子銃12は、ハース8aの円環部分8b
内に充填されている顆粒状の金属クロム10の表面に電
子ビーム14を照射し,衝撃するとともに、その表面を
走査して金属クロムを蒸発させる。なお、真空槽2と坩
堝8とは接地されている。この電子ビーム14の照射範
囲は最大50×50mm程度であり、上記した円環部分
8bの幅H1 、H2 と同じである。The electron gun 12 has a ring portion 8b of the hearth 8a.
The surface of the granular metal chromium 10 filled therein is irradiated with the electron beam 14 and impacted, and the surface is scanned to evaporate the metal chromium. The vacuum chamber 2 and the crucible 8 are grounded. The irradiation range of the electron beam 14 is about 50 × 50 mm at the maximum, and is the same as the widths H 1 and H 2 of the annular portion 8b described above.
【0016】真空槽2の下方寄りに設けた蒸発源6の上
下方向の一方の側縁には、真空槽2外の基板回転モータ
48の回転軸48aに軸止され、後述する公転機構によ
って蒸発源6の上下方向に回転する円盤状プレート42
が配置されている。そして、この円盤状プレート42の
外周部分には、図3に示すように等間隔に基板ないしワ
ーク(例えば工具、以下これを基板という)Tを支持す
る多数本(図3では36本)の基板ホルダー50が蒸発
源6と対面するように取り付けられている。上記で基板
ホルダーに支持された基板Tが回転して蒸発源6で上面
と対面するときの蒸発源6との距離は350mm以上が
好ましい。One side of the vertical direction of the evaporation source 6 provided below the vacuum chamber 2 is fixed to a rotation shaft 48a of a substrate rotation motor 48 outside the vacuum chamber 2 and is evaporated by a revolving mechanism described later. A disk-shaped plate 42 rotating in the vertical direction of the source 6
Is arranged. On the outer peripheral portion of the disk-shaped plate 42, as shown in FIG. 3, a large number (36 in FIG. 3) of substrates or works (for example, tools, hereinafter referred to as substrates) T supporting substrates or works (hereinafter referred to as substrates) T The holder 50 is attached so as to face the evaporation source 6. The distance from the evaporation source 6 when the substrate T supported by the substrate holder rotates and faces the upper surface with the evaporation source 6 is preferably 350 mm or more.
【0017】基板Tには真空槽2の外部に設けられたD
Cバイアス電源36に接続され、円盤状プレート42内
を通って基板Tに0〜−600Vの電圧が印加される。
また、基板Tは蒸発源6の下方に配置されているヒータ
ー18によって700℃程度まで加熱できるようになっ
ている。上記のバイアス電源36の他端は接地されてい
る。On the substrate T, a D provided outside the vacuum chamber 2 is provided.
A voltage of 0 to -600 V is applied to the substrate T through the disk-shaped plate 42 and connected to the C bias power supply 36.
The substrate T can be heated up to about 700 ° C. by a heater 18 disposed below the evaporation source 6. The other end of the bias power supply 36 is grounded.
【0018】20は熱電子放出フィラメントである。こ
の熱電子放出フィラメント20は、坩堝8の上方で、電
子銃12から照射され、坩堝ハース内の蒸発材料10を
衝撃して蒸発させる電子ビーム14の照射領域14aの
近傍に設けられている。この熱電子放出フィラメント2
0は、およそ1.0mmφ程度の高融点材料、例えばタ
ングステン、モリブデンあるいはタンタルなどの熱陰極
材料から構成され、その両端は、真空槽2の外部に導出
され、例えば10V、100Aの容量をもったフィラメ
ント加熱電源22に接続されていて、直流で−5〜−6
0Vの負電圧にバイアスされている。このフィラメント
加熱電源22の一方の電極と接地との間にはフィラメン
トバイアス電源24が設けられている。このフィラメン
トバイアス電源24は、加熱電源22側が負に、接地側
が正になるように接続されている。Reference numeral 20 denotes a thermionic emission filament. The thermoelectron emission filament 20 is provided above the crucible 8 in the vicinity of the irradiation area 14a of the electron beam 14 which is irradiated from the electron gun 12 and impacts and evaporates the evaporation material 10 in the crucible hearth. This thermionic emission filament 2
Reference numeral 0 denotes a material having a high melting point of about 1.0 mmφ, for example, a hot cathode material such as tungsten, molybdenum or tantalum, and both ends thereof are led out of the vacuum chamber 2 and have a capacity of, for example, 10 V and 100 A. It is connected to the filament heating power supply 22 and has a direct current of -5 to -6.
It is biased to a negative voltage of 0V. A filament bias power supply 24 is provided between one electrode of the filament heating power supply 22 and the ground. The filament bias power supply 24 is connected such that the heating power supply 22 side is negative and the ground side is positive.
【0019】上記熱電子放出フィラメント20の上方に
は、イオン化電極26が配置されている。このイオン化
電極26は、高融点材料、例えばタングステン、モリブ
デン、タンタルまたはカーボンによって形成され、その
形状は、棒状または板状で、例えば20×100×3.
0mmである。このイオン化電極26の両端は、真空槽
2外に導出され、イオン化電極用加熱電源28に接続さ
れていて,+5〜+100Vの正電圧に保たれている。Above the thermionic emission filament 20, an ionization electrode 26 is disposed. The ionization electrode 26 is formed of a high melting point material, for example, tungsten, molybdenum, tantalum or carbon, and has a rod or plate shape, for example, 20 × 100 × 3.
0 mm. Both ends of the ionization electrode 26 are led out of the vacuum chamber 2 and connected to a heating power supply 28 for the ionization electrode, and are maintained at a positive voltage of +5 to +100 V.
【0020】32は反応ガスを真空槽2内に導入するた
めの反応ガス導入管であり、槽外で流量制御バルブ32
aに接続している。この反応ガス導入管32を設置する
位置は、電子銃12からの電子ビーム14の照射幅
H1 、H2 がそれぞれ最大で50mmであるので、蒸着
源の中心から50mm×200%=100mmを半径と
して描いた円の外側であって、導入管の先端噴出口がハ
ース8aの円環部分8b内に充填されている顆粒状の金
属クロム10の表面から10〜200mmの高さ、その
方向が平坦に充填された蒸発材料の蒸発面に対して基板
側に垂直方向を向きその傾きが30°程度であること、
即ち、蒸発材料の電子ビームによる照射範囲外であるこ
とが好ましい。Reference numeral 32 denotes a reaction gas introduction pipe for introducing a reaction gas into the vacuum chamber 2, and a flow control valve 32 outside the chamber.
a. Since the irradiation widths H 1 and H 2 of the electron beam 14 from the electron gun 12 are each 50 mm at the maximum, the reaction gas introduction pipe 32 is located at a position of 50 mm × 200% = 100 mm from the center of the evaporation source. The height of 10 to 200 mm above the surface of the granular metal chromium 10 filled in the annular portion 8b of the hearth 8a and the direction thereof is flat outside the circle drawn as Facing the substrate side with respect to the evaporating surface of the evaporating material filled into the substrate, the inclination thereof is about 30 °,
That is, it is preferable that the evaporation material be out of the irradiation range of the electron beam.
【0021】このように反応ガス導入管32の設置位置
を特定するのは、蒸発材料が電子ビームの衝撃によって
蒸発粒子となり、熱電子放出フィラメント20から放出
される熱電子は、イオン化電極26によって印加されて
いる電圧+5〜100Vにより加速され、蒸発粒子がイ
オン化される過程で反応ガスによる異常放電が発生し易
く、蒸発速度の低下が生じる恐れがあるので、その影響
を排除するためである。また、被膜を形成せんとする基
板の大きさが大きくなると、1つの反応ガス導入管から
の反応ガスの供給では不均一となる恐れがある。このた
め、基板の大きさがφ150mmまでは反応ガス導入管
は1本、φ150〜300mmまでは2本、φ300〜
450mmまでは3本、のように基板直径が150mm
大きくなるごとに反応ガス導入管を増やすことが好まし
い。そして、これら複数本の反応ガス導入管を用いる場
合の設置位置は、上記した蒸発材料の電子ビームによる
照射範囲外であって、2本のときは電子ビーム進行方向
で坩堝を挟んで±75mmの位置、3本のときは電子ビ
ーム進行方向で坩堝近くに1本配置し、その位置から±
15mmの位置とすることが好ましい。なお、34は真
空槽2内において、プラズマ発生機構に係わる部位およ
び蒸発源と基板Tとの間に設けた摺動可能なシャッター
である。The position of the reaction gas inlet tube 32 is specified as described above because the evaporation material becomes evaporation particles by the impact of the electron beam, and the thermoelectrons emitted from the thermoelectron emission filament 20 are applied by the ionization electrode 26. This is because an abnormal discharge due to the reaction gas is likely to occur during the process of ionizing the evaporated particles accelerated by the applied voltage +5 to 100 V, and the evaporation rate may be reduced. In addition, when the size of the substrate on which the film is to be formed becomes large, there is a possibility that the supply of the reaction gas from one reaction gas introduction pipe may become non-uniform. For this reason, one reaction gas introduction pipe is used when the size of the substrate is up to φ150 mm, two pipes are used up to φ150 to 300 mm, and φ300 to φ300.
The substrate diameter is 150mm, like 3 pieces up to 450mm
It is preferable to increase the number of reaction gas introduction pipes as the size of the reaction gas inlet increases. When the plurality of reaction gas introduction tubes are used, the installation position is outside the irradiation range of the above-mentioned evaporating material by the electron beam, and when two are used, the position is ± 75 mm across the crucible in the electron beam traveling direction. In the case of three wires, one wire is placed near the crucible in the electron beam traveling direction, and ±
It is preferable that the position be 15 mm. Reference numeral 34 denotes a slidable shutter provided between the substrate T and a portion related to the plasma generating mechanism and the evaporation source in the vacuum chamber 2.
【0022】この発明において炭化クロム薄膜を形成す
る基板としては、鉄系のほか超硬合金(WC)、アルミ
ナ(Al2 O3 )、Cr、TiNなどが用いられる。In the present invention, as a substrate on which a chromium carbide thin film is formed, a hard metal (WC), alumina (Al 2 O 3 ), Cr, TiN or the like is used in addition to iron.
【0023】次に、この発明の装置における公転機構に
ついて、図4の部分拡大図を参照して説明する。この公
転機構は、公転用ギア46を両端に有する固定ギア4
0、円盤状プレート42、基板回転導入板44から構成
されている。固定ギア40は真空槽2の一方の側壁2a
に固定碍子40aによって固定されている。この固定ギ
ア40の両端には公転用ギア46が取り付けられ、この
公転用ギア46に外周部分に多数本(例えば36本)の
基板ホルダー50を取り付けた円盤状プレート42がシ
ャフト52を介して取付けられている。そして、上記円
盤状プレート42は真空槽2外の基板回転モーター48
の回転軸48aの軸端部に中心が接続されている基板回
転導入板44の両端に固定用碍子44aによって固定さ
れている。Next, the revolving mechanism of the apparatus of the present invention will be described with reference to a partially enlarged view of FIG. The revolving mechanism includes a fixed gear 4 having revolving gears 46 at both ends.
0, a disk-shaped plate 42, and a substrate rotation introducing plate 44. The fixed gear 40 is provided on one side wall 2 a of the vacuum chamber 2.
Is fixed by a fixed insulator 40a. Revolution gears 46 are attached to both ends of the fixed gear 40, and a disc-shaped plate 42 having a large number (for example, 36) of substrate holders 50 attached to the outer periphery of the revolution gear 46 via a shaft 52. Have been. The disk-shaped plate 42 is connected to a substrate rotating motor 48 outside the vacuum chamber 2.
Are fixed to both ends of a substrate rotation introducing plate 44 whose center is connected to the shaft end of the rotating shaft 48a by fixing insulators 44a.
【0024】従って、モーター48を始動し、モーター
回転軸48aの回転によって基板回転導入板44が回転
すると、それに連動して上記円盤状プレート42が回転
し、この円盤状プレート42の外周部分に取り付けた多
数本の基板ホルダー50が真空槽2内の下方寄りの位置
に配置されている蒸発源の回りを等間隔を保って回転
(公転)するのである。Accordingly, when the motor 48 is started and the substrate rotation introducing plate 44 is rotated by the rotation of the motor rotation shaft 48a, the disk-shaped plate 42 is rotated in conjunction therewith, and attached to the outer peripheral portion of the disk-shaped plate 42. The large number of substrate holders 50 rotate (revolve) around the evaporation source disposed at a lower position in the vacuum chamber 2 at equal intervals.
【0025】上記で述べた公転機構において、固定ギア
40の両端に設けられている公転用ギア46を自転用ギ
アとし、上記円盤状プレート42に自転回転を導入する
ことのできる機構をもつベアリングのような自転軸支持
機構54を自転用ギアと円盤状プレート42を連結して
いるシャフト52との間に設けてやれば,モーターの始
動による基板回転導入板44の回転に連動して円盤状プ
レート42が公転回転するときの力を利用して円盤状プ
レート42に設けた多数本の基板ホルダー50の個々を
自転させることができる。In the revolving mechanism described above, the revolving gears 46 provided at both ends of the fixed gear 40 are used as the revolving gears, and the revolving gear 46 is provided with a mechanism capable of introducing the revolving rotation to the disc-shaped plate 42. If such a rotation shaft support mechanism 54 is provided between the rotation gear and the shaft 52 connecting the disk-shaped plate 42, the disk-shaped plate is interlocked with the rotation of the substrate rotation introduction plate 44 by the start of the motor. A large number of substrate holders 50 provided on the disk-shaped plate 42 can be rotated on their own by utilizing the force of the revolving rotation of the 42.
【0026】図1に概略の構成を示すこの発明の成膜装
置による炭化クロム薄膜成膜の一例についてその概略を
説明すると、まず蒸発源6内坩堝8のドーナッツ状水冷
ハース8aの50mm幅円環部分8b内に蒸発材料であ
る金属クロムの1〜3mm径顆粒状物10を入れ、所要
数の基板Tを円盤状プレート42の基板ホルダー50に
取付けたのち、真空槽2内を真空排気する。その後、真
空槽2内に反応ガス導入管32からArガスを導入し、
基板Tに負電圧を印加してグロー放電ボンバードによる
基板Tのクリーニングを行った後、成膜を行う。この成
膜は、まず公転機構により基板Tがセットされている円
盤状プレート42を回転させ、同時に坩堝8を回転させ
ながら坩堝8内のクロムを電子銃12による電子ビーム
14の照射で予備加熱したのち、熱電子放出フィラメン
ト20に通電するとともにイオン化電極26に正電圧を
印加し、電子銃12を操作してクロムを蒸発させる。こ
の状態でクロム蒸発粒子がイオン化し、プラズマが形成
される。この状態で真空槽2内に炭化水素系ガスを導入
する。これにより蒸発クロムイオンは上昇し、回転して
いる基板Tに付着し,同時に基板T上に炭化水素ガスお
よびプラズマにより発生した炭化水素系分解物がバイア
ス電圧を印加した基板Tに引きつけられ、衝突する。こ
れによって、基板T表面に反応生成膜としてCrC膜が
成膜されるのである。An example of the formation of a chromium carbide thin film by the film forming apparatus of the present invention whose structure is schematically shown in FIG. 1 will be described briefly. First, a 50 mm-width annular ring of a donut-shaped water-cooled hearth 8a of a crucible 8 in an evaporation source 6 is formed. The granular material 10 of 1-3 mm in diameter of chromium metal, which is an evaporating material, is placed in the portion 8b, a required number of substrates T are mounted on the substrate holder 50 of the disk-shaped plate 42, and then the vacuum chamber 2 is evacuated. After that, Ar gas is introduced into the vacuum chamber 2 from the reaction gas introduction pipe 32,
After applying a negative voltage to the substrate T to clean the substrate T by glow discharge bombardment, a film is formed. In this film formation, first, the disk-shaped plate 42 on which the substrate T is set is rotated by the revolving mechanism, and the chromium in the crucible 8 is preheated by the irradiation of the electron beam 14 by the electron gun 12 while simultaneously rotating the crucible 8. Thereafter, a current is supplied to the thermionic emission filament 20 and a positive voltage is applied to the ionization electrode 26, and the electron gun 12 is operated to evaporate chromium. In this state, the chromium evaporation particles are ionized, and plasma is formed. In this state, a hydrocarbon gas is introduced into the vacuum chamber 2. As a result, the evaporated chromium ions rise and adhere to the rotating substrate T, and at the same time, hydrocarbon gas and hydrocarbon-based decomposition products generated by the plasma are attracted to the substrate T to which the bias voltage is applied, and collide with the substrate T. I do. As a result, a CrC film is formed as a reaction product film on the surface of the substrate T.
【0027】上記において、金属クロムを蒸発材料とし
て用いて炭化クロム(CrC)薄膜を成膜する場合の反
応ガスとしては、CH4 、C2 H6 、C2 H2 、C2 H
4 、C3 H8 あるいはC4 H8 のような炭素が1〜4の
炭化水素系ガスを用いることができるが、なかでもC2
H6 ガス、C2 H2 ガスが好ましい。In the above description, when a chromium carbide (CrC) thin film is formed using chromium metal as an evaporating material, CH 4 , C 2 H 6 , C 2 H 2 , C 2 H are used as reaction gases.
4, although carbon as C 3 H 8 or C 4 H 8 can be used 1-4 hydrocarbon gas, among others C 2
H 6 gas and C 2 H 2 gas are preferred.
【0028】かくして、クロム粒子のイオンと炭素イオ
ンが反応して基板上には、微量炭素含有Crリッチ薄膜
(硬度500〜1000Hk)、Cr3 C2 薄膜(15
00〜2500Hk)、Cr7 C3 薄膜(1500〜2
500Hk)、あるいはCr 23C6 薄膜(1000〜2
000Hk)等の膜厚がおよそ0.1〜50μmの炭化
クロム薄膜を成膜させることができる。Thus, the ion of the chromium particles and the carbon ion
Reacts and traces a trace of carbon-containing Cr-rich thin film on the substrate.
(Hardness 500-1000Hk), CrThreeCTwoThin film (15
00 to 2500Hk), Cr7CThreeThin film (1500-2
500Hk) or Cr twenty threeC6Thin film (1000-2
000Hk), etc. with a thickness of about 0.1 to 50 μm
A chromium thin film can be formed.
【0029】また、これらの組成の炭化クロム膜は、そ
れらの中に15重量%以下の水素を含有するものを得る
ことができる。これは、Crと炭化水素反応性ガスによ
る成膜操作の際に炭化水素ガスが分解したときに生ずる
水素が導入されて得られるものである。Further, a chromium carbide film having these compositions can be obtained containing 15% by weight or less of hydrogen therein. This is obtained by introducing hydrogen generated when a hydrocarbon gas is decomposed during a film forming operation using Cr and a hydrocarbon reactive gas.
【0030】この発明の成膜法においては、上記した微
量炭素含有Crリッチ薄膜、Cr3C2 薄膜、Cr7 C
3 薄膜、あるいはCr23C6 薄膜のうちの1種の炭化ク
ロム薄膜だけでなく、成膜操作において上記した反応ガ
スとアルゴンガスを用いることと、Crに対する炭化水
素系ガスの導入量をゼロから徐々に増やすことによっ
て、基板上にCr膜、CrとCの組成比の異なる数段階
のCrリッチのCrC膜を形成したのちに、Cr
3 C2 、Cr7 C3 、あるいはCr23C6 のような炭化
クロム薄膜という傾斜組成構造の多層膜を得ることがで
きる。これらの場合、それぞれの膜厚としては、0.0
2〜1μmが好ましい。According to the film forming method of the present invention, the above-mentioned trace carbon-containing Cr-rich thin film, Cr 3 C 2 thin film, Cr 7 C
3 thin, or not only one chromium carbide thin films of the Cr 23 C 6 film, and the use of the reactive gas and argon gas as described above in the film-forming operation, the introduction amount of the hydrocarbon-based gas to the Cr from zero By gradually increasing the Cr film, a Cr-rich CrC film of several stages having different composition ratios of Cr and C is formed on the substrate,
A multilayer film having a gradient composition structure of a chromium carbide thin film such as 3 C 2 , Cr 7 C 3 , or Cr 23 C 6 can be obtained. In these cases, each film thickness is 0.0
2-1 μm is preferred.
【0031】上記した何れの炭化クロム薄膜の成膜の場
合でも、成膜終了後は、形成された薄膜と基板との密着
性や膜の歪みをなくすためにアニーリング処理を行うこ
とが好ましい。この処理によって、基板への成膜中に膜
中に蓄積する水素を除去して、より結晶性を向上させる
ことができる。このアニーリング処理は、真空槽内で1
×10-1Pa程度の炭化水素系ガスの雰囲気中、200
〜700℃の範囲内で行うことが好ましい。In any of the above-described chromium carbide thin film formations, it is preferable to perform an annealing treatment after completion of the film formation in order to eliminate the adhesion between the formed thin film and the substrate and the distortion of the film. By this treatment, hydrogen accumulated in the film during film formation on the substrate can be removed, and the crystallinity can be further improved. This annealing treatment is performed in a vacuum chamber for 1 hour.
In an atmosphere of a hydrocarbon-based gas of about × 10 -1 Pa, 200
It is preferable to carry out in the range of -700 ° C.
【0032】上記したこの発明の成膜装置によれば、幅
約50mmのドーナツ状水冷ハースの円環部分内に蒸発
材料を充填した坩堝を回転させるようにしたことによっ
て、蒸発材料の蒸発表面積を広くするとともに、均一な
蒸発面を維持でき、長時間にわたって安定して基板への
成膜を行うことができる。このため、同じ量のCr蒸発
材料を充填した坩堝を用いても、従来の固定坩堝では1
00g程度のCrの蒸発が限度であったものが、この発
明の回転坩堝においては500g程度の多量のCrの蒸
発が可能である。従って、基板を回転する坩堝の上下方
向に回転基板として複数個配置しても安定して均一膜厚
の成膜を行うことができるのである。According to the film forming apparatus of the present invention described above, the crucible in which the evaporating material is filled in the annular portion of the donut-shaped water-cooled hearth having a width of about 50 mm is rotated, so that the evaporating surface area of the evaporating material is reduced. In addition to being wide, a uniform evaporation surface can be maintained, and a film can be stably formed on a substrate for a long time. For this reason, even if a crucible filled with the same amount of Cr evaporating material is used, a conventional fixed crucible cannot be used.
Although the evaporation of about 00 g of Cr was the limit, the rotary crucible of the present invention can evaporate a large amount of about 500 g of Cr. Therefore, even if a plurality of rotating substrates are arranged in the vertical direction of the rotating crucible, a film having a uniform thickness can be stably formed.
【0033】実際に、Cr蒸発材を充填した両坩堝を用
いて電子ビーム照射によるCr蒸発を行って、成膜時間
と成膜速度との関係を見たところ、図5の結果を得、固
定坩堝では安定成膜が蒸発開始から僅か10分であるの
に対し、この発明の回転坩堝においては安定成膜が約9
0分に亘って行われることが認められた。従って短時間
で成膜膜厚をより大きくすることができ、しかも、得ら
れた炭化クロム薄膜は、耐酸化特性が800℃以上と高
いこと、クロム自体が酸化によって不動態被膜を形成す
るため耐食性がよいこと、炭素と鉄系材料との拡散がお
こりやすいため、鉄系材料に対する密着性が期待でき、
10μm以上の膜厚でも剥離が発生しない、などの特徴
を有するのである。Actually, Cr evaporation by electron beam irradiation was performed using both crucibles filled with Cr evaporating material, and the relationship between the film forming time and the film forming rate was obtained. In the crucible, stable film formation is only 10 minutes from the start of evaporation, whereas in the rotating crucible of the present invention, stable film formation is about 9 minutes.
It was observed to take place over 0 minutes. Therefore, the film thickness can be increased in a short time, and the obtained chromium carbide thin film has a high oxidation resistance of 800 ° C. or higher. Is good, and diffusion of carbon and iron-based material is easy to occur, so that adhesion to iron-based material can be expected,
It has such a feature that peeling does not occur even with a film thickness of 10 μm or more.
【0034】[0034]
【実施例】以下、この発明の成膜装置による成膜法の一
実施例について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a film forming method using the film forming apparatus of the present invention will be described below.
【0035】実施例1〜4 まず図1の装置において、円盤状プレート42の外周部
分に取り付けられている36個の基板ホルダー50、5
0・・・のうち、図3のように6個の基板ホルダー5
0、50・・・に基板TをR−1〜R−6としてセット
した。また、真空槽2内下方の坩堝8のハース6aの円
環部分8b(幅50mm)内には蒸発材料10として1
〜3mm径程度の顆粒状の金属クロムが充填されてい
る。そして、この坩堝6は真空槽2外の定速坩堝回転モ
ーター16に軸部16aにて連結しており、1〜10回
転/時で水平に回転できるようになっている。さらに、
反応ガス導入管32はその先端を基板の方向に向けて電
子ビーム照射範囲外の位置に1本配置した。Embodiments 1 to 4 First, in the apparatus shown in FIG. 1, 36 substrate holders 50, 5
0, six substrate holders 5 as shown in FIG.
The substrate T was set at 0, 50... As R-1 to R-6. In addition, in the annular portion 8b (width 50 mm) of the hearth 6a of the crucible 8 below the vacuum chamber 2, 1
It is filled with granular metallic chromium having a diameter of about 3 mm. The crucible 6 is connected to a constant-speed crucible rotation motor 16 outside the vacuum chamber 2 by a shaft 16a, and can be rotated horizontally at 1 to 10 rotations / hour. further,
One of the reaction gas introduction pipes 32 was disposed at a position outside the electron beam irradiation range with its tip directed toward the substrate.
【0036】上記のように真空槽2内に各部材,蒸発材
料をセットしたのち、図示していないが真空槽2の下部
の排気口4に接続している油回転ポンプ、油拡散ポンプ
等の真空ポンプによって6.7×10-3Pa程度まで排
気した。次いで、真空排気を継続しながら、ヒーター1
8で基板Tを300℃程度まで加熱した。これと同時に
坩堝8を3回転/時で回転させながら出力2kWの電子
銃12を起動して電子ビーム14により照射範囲30×
50mmで坩堝8中のクロム蒸発材10の予備加熱を1
時間行った。After setting each member and the evaporating material in the vacuum chamber 2 as described above, an oil rotary pump, an oil diffusion pump, and the like (not shown) connected to the exhaust port 4 at the lower part of the vacuum chamber 2 are provided. Evacuation was performed to about 6.7 × 10 −3 Pa by a vacuum pump. Next, while continuing the evacuation, the heater 1
In 8, the substrate T was heated to about 300 ° C. At the same time, while rotating the crucible 8 at 3 revolutions / hour, the electron gun 12 with the output of 2 kW is activated, and the irradiation area 30 ×
Preheating of the chromium evaporating material 10 in the crucible 8 at 50 mm
Time went.
【0037】その後、電子銃を止め、反応ガス導入管3
2からArガスを導入し、真空槽2内の圧力を2.7×
10-1Pa程度にし、バイアス電源36により基板Tに
負の電圧−500〜1000Vを印加してグロー放電を
起こさせて、約20分間基板表面のクリーニングを行っ
た。Thereafter, the electron gun is stopped and the reaction gas introduction pipe 3 is turned off.
Ar gas was introduced from 2 and the pressure in the vacuum chamber 2 was set to 2.7 ×
At about 10 -1 Pa, a negative voltage of -500 to 1000 V was applied to the substrate T by the bias power supply 36 to cause glow discharge, and the surface of the substrate was cleaned for about 20 minutes.
【0038】次に、Arガスの導入を止め、6.7×1
0-3Pa程度まで高真空排気を行ったのち、坩堝8を3
回転/時で回転させながら、出力2kWの電子銃12で
照射範囲30×50mmの電子ビーム14によりクロム
蒸発材10を3分間予備加熱した。Next, the introduction of Ar gas was stopped, and 6.7 × 1
After performing high vacuum evacuation to about 0 -3 Pa,
The chromium evaporating material 10 was preheated for 3 minutes by an electron gun 12 having an output of 2 kW and an electron beam 14 having an irradiation range of 30 × 50 mm while rotating at a rate of rotation / hour.
【0039】次いで、反応ガスとして実施例1〜3はエ
タン(C2 H6 )ガス、実施例4ではアセチレン(C2
H2 )ガスを用い、表1に示す成膜条件にてそれぞれの
成膜を行った。成膜終了後、各電源をオフとし、坩堝の
回転を止め、6.7×10-3Pa程度の高真空排気にて
冷却を行い、200℃以下になったところで炭化クロム
膜を成膜した基板を取り出した。Next, ethane (C 2 H 6 ) gas was used in Examples 1 to 3, and acetylene (C 2
Using H 2 ) gas, each film was formed under the film forming conditions shown in Table 1. After the film formation, each power supply was turned off, the rotation of the crucible was stopped, and cooling was performed with high vacuum evacuation of about 6.7 × 10 −3 Pa. The substrate was taken out.
【0040】[0040]
【表1】 [Table 1]
【0041】上記実施例で得られた炭化クロム膜がCr
リッチ、Cr3 C2 、Cr7 C3 、Cr23C6 の何れで
あるかをX線回折にて調べたところ、図6の結果が得ら
れ、反応ガスとして実施例1〜3はC2 H6 ガス、実施
例4はC2 H2 ガスを用い、電子銃出力や反応ガス圧力
等の条件を同じくし、イオン化電極の通電条件を変える
だけで実施例1の薄膜はCr7 C3 、実施例2の薄膜は
Cr23C6 、実施例3の薄膜はCrリッチ膜、実施例4
の薄膜はCr3 C2 であることが認められた。The chromium carbide film obtained in the above embodiment is made of Cr
Rich, when which of Cr 3 C 2, Cr 7 C 3, Cr 23 C 6 were investigated by X-ray diffraction, the result of FIG. 6 is obtained, Examples 1-3 as a reactive gas is C 2 H 6 gas, example 4 using C 2 H 2 gas, the electron gun also the conditions such as the output and the reaction gas pressure, the thin film only in example 1 changing the energization condition of the ionization electrode is Cr 7 C 3, The thin film of Example 2 was Cr 23 C 6 , the thin film of Example 3 was a Cr-rich film,
Was found to be Cr 3 C 2 .
【0042】実施例5 上記実施例1〜4と同じように各部材、蒸発材料をセッ
トした真空槽内でグロー放電による基板クリーニング、
蒸発材の予備加熱を行ったのち、イオン化電極20Vで
25A、フィラメントバイアス−20Vで10〜30
A、熱電子放出フィラメント10Vで60A、そして基
板バイアス−200Vの一定した条件で、C2 H6 ガス
を用い、反応ガス導入圧力、成膜時間を のように設定して炭化クロム薄膜の成膜を行ったとこ
ろ、基板上に(1)でCr膜、次いで(2)〜(5)で
4段階のCrリッチ炭化クロム膜、最後に(6)でCr
7 C3 膜、というCrに対してC2 H6 ガスの比を0か
ら始めて連続的に増加させることでCrとCの傾斜組成
構造を有するCr7 C3 膜を成膜することができた。Example 5 In the same manner as in Examples 1-4, each member and the substrate were cleaned by glow discharge in a vacuum chamber in which the evaporating material was set.
After preheating the evaporating material, 25 A at 20 V ionization electrode and 10-30 at 20 V filament bias.
A, thermionic emission filament 10V at 60A and at constant conditions of substrate bias -200 V,, using C 2 H 6 gas, the reaction gas introduction pressure, the deposition time When a chromium carbide thin film was formed by setting as follows, a Cr film was formed on the substrate in (1), then a Cr-rich chromium carbide film in four steps in (2) to (5), and finally (6). With Cr
By continuously increasing the ratio of C 2 H 6 gas to Cr, ie, 7 C 3 film, from 0, a Cr 7 C 3 film having a gradient composition structure of Cr and C could be formed. .
【0043】[0043]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、真空槽内において、内部にドーナッツ状水冷ハース
を有し、その円環部分に蒸発材料を充填した坩堝とその
下方に電子銃を備えて蒸発源とし、かつ上記坩堝を回転
させるようにしたこと、さらに真空槽内の一方の側壁近
くに設けられ、公転機構によって回転する円盤状プレー
トに有する基板ホルダーに複数の基板を取付け、この基
板を上記蒸発源の上下方向に回転するようにしたこと、
などによって電子ビーム照射による金属クロムの蒸発時
に均一で広い蒸発面を維持して多量のクロムを蒸発させ
ることができ、回転している複数の基板に均一で安定し
た成膜速度で炭化クロム皮膜を形成することができるの
である。As described above, according to the present invention, in a vacuum chamber, a crucible having a donut-shaped water-cooled hearth in which an annular portion is filled with an evaporating material and an electron gun below the crucible are provided. A plurality of substrates were mounted on a substrate holder provided on a disk-shaped plate provided near one side wall in a vacuum chamber and rotated by a revolving mechanism, wherein the evaporation source was provided, and the crucible was rotated. That the substrate is rotated in the vertical direction of the evaporation source,
A large amount of chromium can be evaporated while maintaining a uniform and wide evaporation surface when evaporating metal chromium by electron beam irradiation, and a chromium carbide film can be formed on a plurality of rotating substrates at a uniform and stable film forming rate. It can be formed.
【図1】この発明の成膜装置の概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view of a film forming apparatus of the present invention.
【図2】回転坩堝の態様を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing an embodiment of a rotary crucible.
【図3】円盤状プレート外周の基板ホルダー配置の一例
を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a substrate holder arrangement on the outer periphery of a disk-shaped plate.
【図4】公転機構の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a revolution mechanism.
【図5】成膜時間と成膜速度との関係を示す説明図であ
る。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between a film forming time and a film forming speed.
【図6】この発明によって得られる炭化クロム膜の組成
を特定するX線回折線図である。FIG. 6 is an X-ray diffraction diagram specifying the composition of a chromium carbide film obtained according to the present invention.
T 基板 2 真空槽 6 蒸発源 8 坩堝 8a ハース 8b 円環部分 10 Cr蒸発材料 12 電子銃 14 電子ビーム 20 熱電子放出フィラメント 26 イオン化電極 32 反応ガス導入管 42 円盤状プレート 44 基板回転導入板 48 基板回転モーター 50 基板ホルダー T substrate 2 Vacuum tank 6 Evaporation source 8 Crucible 8a Hearth 8b Annular part 10 Cr evaporation material 12 Electron gun 14 Electron beam 20 Thermoelectron emission filament 26 Ionization electrode 32 Reaction gas introduction tube 42 Disc-shaped plate 44 Substrate rotation introduction plate 48 Substrate Rotary motor 50 Substrate holder
Claims (7)
て回転可能な坩堝と電子銃とからなる蒸発源と、この蒸
発源の上下方向に回転する円盤状プレートの外周部分に
有する複数の基板ホルダーに取り付けた基板と、を配置
した真空槽内にて、基板のボンバード処理を行ったの
ち、上記基板を回転させ、さらに坩堝を回転させなが
ら、電子銃から照射される電子ビームの衝撃によって上
記坩堝ハース内の蒸発材料を蒸発させ、反応ガスを導入
して上記回転する基板上に炭化クロムの薄膜を形成する
ことを特徴とする炭化クロム薄膜の成膜方法。An evaporating source comprising a rotatable crucible and an electron gun filled with an evaporating material in a donut-shaped hearth, and a plurality of substrates provided on an outer peripheral portion of a disk-shaped plate rotating in the vertical direction of the evaporating source. After the substrate attached to the holder and in a vacuum chamber where the substrate is placed, after bombarding the substrate, the substrate is rotated, and the crucible is further rotated. A method of forming a chromium carbide thin film, comprising evaporating an evaporating material in a crucible hearth, introducing a reaction gas, and forming a chromium carbide thin film on the rotating substrate.
の顆粒状の金属クロムであることを特徴とする請求項1
に記載の炭化クロム薄膜の成膜方法。2. The method according to claim 1, wherein the evaporating material is granular metallic chromium having a diameter of 1 to 3 mm and having sublimability.
3. The method for forming a chromium carbide thin film according to item 1.
する炭化水素系ガスであることを特徴とする請求項1に
記載の炭化クロム薄膜の成膜方法。3. The method for forming a chromium carbide thin film according to claim 1, wherein the reaction gas is a hydrocarbon-based gas having 1 to 4 carbon atoms in a molecule.
槽内の下方近くに配置され、ドーナツ状ハース内に蒸発
材料を充填した回転する坩堝と電子銃とを備えた蒸発源
と、上記蒸発源の上下方向に回転するように公転機構を
介して真空槽内の一方の側壁寄りに取り付けた円盤状プ
レートの外周部分に等間隔に有する多数の基板ホルダー
に取り付けた基板と、上記蒸発源の上方で、電子銃から
照射される電子ビームの照射範囲の近傍に配置される熱
電子放出フィラメントと、上記熱電子放出フィラメント
の上方に配置されるイオン化電極と、上記真空槽内に反
応ガスを導入する少なくとも1つの反応ガス導入管と、
上記蒸発源の下方に配置される基板加熱用ヒーターと、
を備えていることを特徴とする炭化クロム薄膜の成膜装
置。4. An evaporation source, which is disposed near a lower part of a vacuum chamber whose inside is evacuated by an exhaust means and includes a rotating crucible filled with an evaporation material in a donut-shaped hearth, and an electron gun; A substrate attached to a number of substrate holders equidistantly arranged on an outer peripheral portion of a disk-shaped plate attached to one side wall in a vacuum chamber via a revolving mechanism so as to rotate in a vertical direction, and above the evaporation source. Then, a thermionic emission filament arranged near the irradiation range of the electron beam emitted from the electron gun, an ionization electrode arranged above the thermoelectron emission filament, and a reaction gas are introduced into the vacuum chamber. At least one reaction gas inlet tube;
A substrate heating heater disposed below the evaporation source,
An apparatus for forming a chromium carbide thin film, comprising:
の顆粒状の金属クロムであることを特徴とする請求項4
に記載の炭化クロム薄膜の成膜装置。5. The evaporating material is sublimable granular chromium metal having a diameter of 1 to 3 mm.
2. The apparatus for forming a chromium carbide thin film according to claim 1.
子ビーム照射範囲外であって、その先端部を上記基板方
向に向けて少なくとも1つ配置することを特徴とする請
求項4に記載の炭化クロム薄膜の成膜装置。6. The reaction gas introduction pipe according to claim 4, wherein at least one of the reaction gas introduction pipes is located outside the electron beam irradiation range from an electron gun and has a tip portion directed toward the substrate. Chromium carbide thin film deposition equipment.
する炭化水素系ガスであることを特徴とする請求項4に
記載の炭化クロム薄膜の成膜装置。7. The apparatus for forming a chromium carbide thin film according to claim 4, wherein the reaction gas is a hydrocarbon-based gas having 1 to 4 carbon atoms in a molecule.
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JP2008114418A (en) * | 2006-11-01 | 2008-05-22 | Towa Corp | Resin sealing mold for electronic component |
JP2012001801A (en) * | 2010-06-21 | 2012-01-05 | Toyo Advanced Technologies Co Ltd | Chromium-based hard coating, mold with chromium-based hard coating formed on surface thereof, and method for producing chromium-based hard coating |
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