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特表2022-507087セラミックターゲットから堆積されたＡｌリッチな立方晶ＡｌＴｉＮコーティング
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-18
(54)【発明の名称】セラミックターゲットから堆積されたＡｌリッチな立方晶ＡｌＴｉＮコーティング
(51)【国際特許分類】
C23C 14/06 20060101AFI20220111BHJP
B23P 15/28 20060101ALI20220111BHJP
【ＦＩ】
C23C14/06 A
B23P15/28 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021525266
(86)(22)【出願日】2019-11-11
(85)【翻訳文提出日】2021-07-06
(86)【国際出願番号】 EP2019080809
(87)【国際公開番号】W WO2020094882
(87)【国際公開日】2020-05-14
(31)【優先権主張番号】62/757,954
(32)【優先日】2018-11-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】598051691
【氏名又は名称】エリコン・サーフェス・ソリューションズ・アクチェンゲゼルシャフト，プフェフィコーン
【氏名又は名称原語表記】ＯＥＲＬＩＫＯＮ ＳＵＲＦＡＣＥ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ ＡＧ， ＰＦＡＥＦＦＩＫＯＮ
(71)【出願人】
【識別番号】000233066
【氏名又は名称】株式会社ＭＯＬＤＩＮＯ
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ヤラマンチリ，シバ・ファニ・クマール
(72)【発明者】
【氏名】クラポフ，デニス
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 智也
(72)【発明者】
【氏名】クボタ，カズユキ
【テーマコード（参考）】
4K029
【Ｆターム（参考）】
4K029BA03
4K029BA16
4K029BA17
4K029BA58
4K029BB02
4K029BB08
4K029BC02
4K029BD05
4K029CA03
4K029CA05
4K029CA13
4K029DA08
4K029DC05
4K029DC39
4K029DD06
4K029EA01
4K029JA02
4K029JA05
(57)【要約】
本発明は、アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜を製造するための非反応性ＰＶＤコーティングプロセスを開示し、上記アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜は、薄膜におけるアルミニウムおよびチタンの総量に基づくアルミニウム含有量が＞７５原子パーセントであって、立方晶構造と柱状の微細構造とを有し、アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜のための材料源としてセラミックターゲットが使用される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜を製造するための非反応性ＰＶＤコーティングプロセスであって、前記アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜は、前記薄膜におけるアルミニウムおよびチタンの総量に基づくアルミニウム含有量が＞７５原子パーセントであって、立方晶構造と柱状の微細構造とを有し、前記アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜のための材料源としてセラミックターゲットが使用される、コーティングプロセス。
【請求項2】
前記セラミックターゲットは、窒化物および／または酸化物および／または炭化物の形態で形成される、請求項１に記載のコーティングプロセス。
【請求項3】
コーティング対象の基板には負のバイアス電圧が印加され、前記基板に印加される前記バイアス電圧は、＜１２０Ｖ、好ましくは＜１００Ｖ、特に＜８０Ｖである、請求項１または２に記載のコーティングプロセス。
【請求項4】
前記セラミックターゲットは、ＡｌおよびＴｉを含み、前記ターゲットにおけるアルミニウムおよびチタンの総量に基づくアルミニウム含有量は、５０原子パーセントよりも高い、先行する請求項のいずれか１項に記載のコーティングプロセス。
【請求項5】
前記コーティングは、反応性ガスを使用することなく行われる、先行する請求項のいずれか１項に記載のコーティングプロセス。
【請求項6】
前記アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜のためのターゲット材料としてＡｌＮ８０ＴｉＮ２０が使用される、先行する請求項のいずれか１項に記載のコーティングプロセス。
【請求項7】
非反応性ＰＶＤコーティングプロセスとしてスパッタリング技術、特にＨｉＰＩＭＳまたはアークＰＶＤコーティングプロセスが使用される、先行する請求項のいずれか１項に記載のコーティングプロセス。
【請求項8】
前記セラミックターゲットは、ＡｌおよびＴｉとは別の他の元素、好ましくは遷移金属、より好ましくはＺｒおよび／またはＮｂおよび／またはＴａも含む、先行する請求項のいずれか１項に記載のコーティングプロセス。
【請求項9】
多層薄膜を製造するために、複数のアルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜が上下に堆積される、先行する請求項のいずれか１項に記載のコーティングプロセス。
【請求項10】
前記基板の温度は、１００℃～３５０℃、好ましくは１５０℃～２５０℃、特に２００℃～２５０℃である、先行する請求項のいずれか１項に記載のコーティングプロセス。
【請求項11】
アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜であって、前記アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜は、前記薄膜におけるアルミニウムおよびチタンの総量に基づくアルミニウム含有量が＞７５原子パーセントであって、立方晶構造と柱状の微細構造とを有し、請求項１～１０のいずれか１項に記載のプロセスによって製造可能である、アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜。
【請求項12】
層厚みは、＞２００ｎｍ、好ましくは＞３００ｎｍ、特に＞５００ｎｍである、請求項１１に記載のアルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜。
【請求項13】
前記薄膜は、表面粗さＲｚが＜０．８μｍ、好ましくは＜０．７μｍである、請求項１１または１２のいずれか１項に記載のアルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜。
【請求項14】
前記立方晶構造は、平均粒径が１５ｎｍを越える結晶粒を含む、請求項１１～１３のいずれか１項に記載のアルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜。
【請求項15】
前記薄膜は、前記薄膜におけるアルミニウムおよびチタンの総量に基づくアルミニウム含有量が＞７６原子パーセント、好ましくは＞８０原子パーセント、より好ましくは＞８５原子パーセントである、請求項１１～１４のいずれか１項に記載のアルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜。
【請求項16】
前記薄膜は、アルミニウムおよびチタンに加えて、他の金属元素、好ましくは遷移金属、より好ましくはＺｒおよび／またはＮｂおよび／またはＴａを含む、請求項１１～１５のいずれか１項に記載のアルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜。
【請求項17】
前記薄膜は、上下に堆積された少なくとも２つのアルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜を備える多層構造の形態で形成される、請求項１１～１６のいずれか１項に記載のアルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜。
【請求項18】
工具、特に切削工具または成形工具を製造するための、請求項１１～１７のいずれか１項に記載の構造の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、Ａｌ含有量が（原子百分率割合で）ｘ＞０．７５であって、かつ、柱状構造を有する立方晶相を示すＡｌリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮコーティングの堆積に関し、コーティングの堆積のための材料源としてセラミックターゲットが使用される。
【0002】
本発明は、Ａｌ含有量が７５原子パーセントを上回り、さらには７８原子パーセントを上回り（Ａｌ含有量とＴｉ含有量との合計を１００％として考える。したがって、たとえばＡｌｘＴｉ１－ｘＮコーティング層のＡｌ含有量が８０原子パーセントであることを示す場合、それはｘ＝０．８０であることを意味する。）、かつ、柱状の微細構造を示すＡｌリッチなＡｌＴｉＮコーティングを確実な態様で合成するためのＰＶＤ法の使用を可能にする。
【背景技術】
【0003】
技術水準
Ａｌ含有量が７５原子パーセントを上回り、立方晶構造および柱状の微細構造を示す現在利用可能な（薄膜タイプの）ＡｌリッチなＡｌＴｉＮコーティングは、既に公知のＬＰ－ＣＶＤプロセスによって合成可能である。これらの種類のコーティングは、Ａｌ０．６７Ｔｉ０．３３ＮコーティングなどのＡｌ含有量が低いコーティングと比較して、優れた摩耗保護を示すことが予想されるので、かなり注目されてきた。この優位性は、切削工具、成形工具、および広範囲の用途における部材で期待される。
Ａｌ含有量が７５原子パーセントを上回り、立方晶構造および柱状の微細構造を示す現在利用可能な（薄膜タイプの）ＡｌリッチなＡｌＴｉＮコーティングは、既に公知のＬＰ－ＣＶＤプロセスによって合成可能である。これらの種類のコーティングは、Ａｌ０．６７Ｔｉ０．３３ＮコーティングなどのＡｌ含有量が低いコーティングと比較して、優れた摩耗保護を示すことが予想されるので、かなり注目されてきた。この優位性は、切削工具、成形工具、および広範囲の用途における部材で期待される。
【0004】
本発明の文脈における薄膜という用語は、ナノメートル～数マイクロメートルの厚みを有するコーティングまたはコーティング層を指すものとして理解されるべきである。
【0005】
本発明の文脈におけるＡｌリッチなＡｌＴｉＮという用語は、チタンよりも多くの量のアルミニウムを含むＡｌＴｉＮコーティングまたはコーティング層を指すものとして理解されるべきである。特に、本発明は、Ａｌ／Ｔｉの比率（Ａｌの含有量（原子百分率）／Ｔｉの含有量（原子百分率））が３よりも大きなＡｌリッチなＡｌＴｉＮコーティングまたはコーティング層を指す。
【0006】
歴史的に見て、ＰＶＤ法を使用して、ＡｌＴｉＮ膜内のＡｌが最大７０原子パーセントである状態で準安定立方晶相を成長させることができる、ということが知られていた。
【0007】
ＥＰ ２ ２４７ ７７２ Ｂ１は、互いに交互に堆積された２つの異なる種類の層を備え、より正確には立方晶構造の（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）Ｎ層（０．３＜ｘ＜０．９５）と、立方晶構造のＭｅＮ層（Ｍｅは、金属元素Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＡｌのうちの１つまたはそれ以上である）とを備える多層構造を開示している。しかし、ＥＰ ２ ２４７ ７７２ Ｂ１によれば、この多層構造に含まれる（Ｔｉ１－ｘＡｌｘ）Ｎ層の厚みは、２０ｎｍ未満である。
【0008】
ＥＰ ２ ９２６ ９３０ Ｂ１は、（ＡｌｘＴｉ１－ｘ）Ｎ（０．５≦ｘ≦０．８）のハードコーティング層であるが、立方晶相および六方晶相の両方の相を備える（ＡｌｘＴｉ１－ｘ）Ｎコーティング層を堆積させる方法を開示している。
【0009】
ＵＳ １０ １８４ １８７ Ｂ２は、（Ｍ１－ｘＡｌｘＮ）層（ｘは０．７～０．８５である）であるが、ウルツ鉱型相を備える（Ｍ１－ｘＡｌｘＮ）層の製造方法を開示しており、ウルツ鉱型相の含有量は、１～３５重量パーセント（重量百分率）である。
【0010】
さらに、ＷＯ ２０１９／０４８５０７ Ａ１は、Ａｌリッチな立方晶ＡｌＴｉＮを成長させる方法を開示している。ここでは、発明者等は、予め定められたプロセスパラメータセットを特定の範囲内に調整することによってＨｉＰＩＭＳ技術を使用する反応性ＰＶＤプロセスを使用して、Ａｌ含有量が７５原子パーセントを上回るＡｌリッチなＡｌＴｉＮを合成できるかどうかを実験した。これらのプロセスパラメータは、たとえば電力密度およびパルス長を含む。ＷＯ ２０１９／０４８５０７ Ａ１に記載されている反応性ＰＶＤプロセスによれば、非常に重要なパラメータはＮ２分圧である。非常に狭い範囲のＮ２分圧値の中でしか立方晶相が形成されないことが認められた。Ｎ２圧力がこの特定の範囲内の値よりも低いまたは高い場合には、六方晶相が形成され、これは望ましくない。これによってプロセスは複雑になる。なぜなら、最適な分圧は、使用される各々の特定のターゲットについて、またターゲットの重量または厚みによっても、常に較正されなければならないからである。つまり、所望のコーティングを製造するために必要なＮ２消費量、したがって必要なＮ２分圧は、ターゲットの寿命によってさまざまであるということである。さらに、Ａｌ８０Ｔｉ２０Ｎを製造するための立方晶相（たとえば、＞１２０Ｖ）を形成するためには、（絶対値で）高い負の基板バイアスが必要である。このような高いバイアス電圧値を使用することによって、非常に高い内部応力（ＰＶＤによって堆積された場合、通常は固有の圧縮応力）を示す膜が成長し、特にコーティングの厚みが増加することによってコーティングのフレーキングを生じさせる可能性がある。
【0011】
セラミックターゲットの使用は避けられる。なぜなら、それらの使用は、繰り返される温度サイクリングと組み合わさったそれらの固有のもろい性質により、亀裂を生じさせることが知られており、この亀裂は、スパッタリングまたはアーク放電プロセスを使用したターゲット材料の蒸着中にターゲットに影響を及ぼす。亀裂が入ったターゲットは、アーク放電プロセスでは使用できない。なぜなら、アークは、亀裂を通り抜けて堆積チャンバ部材の損傷を生じさせるからである。同様に、亀裂が入ったターゲットは、スパッタリングプロセスでは適切に使用できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明の目的
本発明の目的は、先行技術に関連する１つまたは複数の問題を軽減または克服することである。特に、本発明の目的は、立方晶相の（ＡｌｘＴｉ１－ｘ）Ｎ形式の構造のアルミニウムリッチな薄膜を、簡単で確実な環境に優しい態様で製造することを可能にするＰＶＤコーティングプロセスを提供することである。
本発明の目的は、先行技術に関連する１つまたは複数の問題を軽減または克服することである。特に、本発明の目的は、立方晶相の（ＡｌｘＴｉ１－ｘ）Ｎ形式の構造のアルミニウムリッチな薄膜を、簡単で確実な環境に優しい態様で製造することを可能にするＰＶＤコーティングプロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の説明
発明者等は、反応性のＮ２含有雰囲気において金属ＡｌＴｉターゲットを蒸着またはスパッタリングする任意の一般的な反応性ＰＶＤプロセスを使用するのではなく、コーティングチャンバ内でいかなる反応性ガスも必要とすることなくセラミックＡｌＴｉＮターゲットをスパッタリングまたは蒸着する非反応性ＰＶＤプロセスを使用することにした。
発明者等は、反応性のＮ２含有雰囲気において金属ＡｌＴｉターゲットを蒸着またはスパッタリングする任意の一般的な反応性ＰＶＤプロセスを使用するのではなく、コーティングチャンバ内でいかなる反応性ガスも必要とすることなくセラミックＡｌＴｉＮターゲットをスパッタリングまたは蒸着する非反応性ＰＶＤプロセスを使用することにした。
【0014】
したがって、本発明の第１の局面では、アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜を製造するための非反応性ＰＶＤコーティングプロセスが開示されており、上記アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜は、上記薄膜におけるアルミニウムおよびチタンの総量に基づくアルミニウム含有量が＞７５原子パーセントであって、立方晶構造と柱状の微細構造とを有し、上記アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜のための材料源としてセラミックターゲットが使用される。
【0015】
この本発明の構成を使用することによって、立方晶相で成長するが、金属ターゲットおよび反応性ガスとしてのＮ２を有する反応性プロセスを使用する場合よりもはるかに低い基板バイアスを含む、より広範なパラメータウィンドウ、したがってはるかに広範なパラメータ動作範囲を有するＡｌリッチなＡｌＴｉＮ膜を製造することが驚くほどに可能であった。
【0016】
本発明に係る立方晶構造および柱状の微細構造は、好ましくはもっぱら立方晶の構造およびもっぱら柱状の微細構造を意味する。しかし、これは、薄膜におけるアルミニウムおよびチタンの総質量に対して好ましくは１原子パーセント未満の微量または少量が異なる相または構造を有していてもよいということを意味するものではない。本発明はさらに、非反応性コーティングプロセスを、好ましくは亀裂（この点について、「亀裂」という用語は、コーティングのフレーキングまたは剥離を指すために使用される）を防止するために１２０Ｖ未満のバイアス電圧が基板に印加されるコーティングプロセスとして定義する。
【0017】
本発明は、さらなる元素または成分を含むＡｌＴｉＮコーティング（ＡｌＴｉＮ薄膜）を製造するためのさらなる元素を含むセラミックターゲットの使用も含む。したがって、第１の局面の一例では、セラミックターゲットは、窒化物に加えて、他の成分、たとえば酸化物、炭化物、ケイ化物またはホウ化物も含み得る。
【0018】
第１の局面の別の例では、コーティング対象の基板には負のバイアス電圧が印加され、上記基板に印加される上記バイアス電圧は、＜１２０Ｖ、好ましくは＜１００Ｖ、特に＜８０Ｖである。
【0019】
第１の局面の別の例では、上記セラミックターゲットは、ＡｌおよびＴｉを含み、上記ターゲットにおけるアルミニウムおよびチタンの総量に基づくアルミニウム含有量は、５０原子パーセントよりも高い。
【0020】
第１の局面の別の例では、上記コーティングは、反応性ガスなしに行われる。本発明に係るプロセスは、いかなるＮ２ガスフローもコーティングチャンバに導入しなくてもよいので、プロセスは、非常に安定的であり、比較的単純であり、パラメータの動作範囲が広範である。
【0021】
第１の局面の別の例では、上記アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜のためのターゲット材料としてＡｌＮ８０ＴｉＮ２０が使用される。この例によれば、ＡｌＮ相の割合が大きく、それが半導性特性を有するという事実にもかかわらず、安定した放電が得られた。さらに、たとえば－８０Ｖのバイアス電圧を使用することによって、より低い基板バイアスで立方晶形態のコーティングを成長させることができた。Ａｌ含有量がｘ＝０．７８までのＡｌｘＴｉ１－ｘＮを製造することができた。驚くべきことに、このようなコーティングにおける固有応力は、反応性ＰＶＤ法を使用するよりも大幅に低かった。セラミックターゲットが、繰り返される温度サイクリングと組み合わさったそれらの固有のもろい性質により、スパッタリングおよびアーク放電プロセス中に亀裂を生じさせるということが知られていたにもかかわらず、ＡｌＮ含有量が高い（５０原子パーセントよりも高い）ターゲットを使用することによって、ターゲット亀裂なしに本発明のプロセスを実行することが驚くほどに可能であった。特に、組成ＡｌＮ５０ＴｉＮ５０を有するセラミックターゲットを有するターゲットとは対照的に、組成ＡｌＮ８０ＴｉＮ２０を有するセラミックターゲットは、亀裂を生じさせず、安定的かつ再現可能なコーティングプロセスを実行することを可能にする。言い換えれば、ＡｌＮＴｉＮターゲットにおいてより高いＡｌＮ含有量を使用することによって亀裂を抑制することができ、特にＡｌＮ８０ＴｉＮ２０セラミックターゲットを使用することによって非常に優れた結果（亀裂なし）が観察された。
【0022】
第１の局面の別の例では、非反応性ＰＶＤコーティングプロセスとしてスパッタリング技術、特にＨｉＰＩＭＳまたはアークＰＶＤコーティングプロセスが使用される。特に、（たとえば、ＡｌＮ含有量がＴｉＮよりも高いＡｌＮＴｉＮ、たとえばＡｌＮ８０ＴｉＮ２０のセラミックターゲットを使用することによる）上記の亀裂抑制は、セラミックターゲットからの本発明のコーティングのコーティング堆積にアークＰＶＤ技術を使用することを可能にする。
【0023】
第１の局面の別の例では、上記セラミックターゲットは、他の元素、たとえばＡｌおよびＴｉとは別の他の金属元素、好ましくはその他の遷移金属、より好ましくはＺｒおよび／またはＮｂおよび／またはＴａも含む。
【0024】
第１の局面の別の例では、多層薄膜を製造するために、複数のアルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜が上下に堆積される。
【0025】
第１の局面の別の例では、上記基板の温度は、１００℃～３５０℃、好ましくは１５０℃～２５０℃、特に２００℃～２５０℃である。
【0026】
第２の局面では、アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜が開示されており、上記アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜は、上記薄膜におけるアルミニウムおよびチタンの総量に基づくアルミニウム含有量が＞７５原子パーセントであって、立方晶構造と柱状の微細構造とを有し、上記のプロセスによって製造可能である。
【0027】
第２の局面の別の例では、上記アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜の厚みは、≧２００ｎｍ、好ましくは≧３００ｎｍ、特に≧５００ｎｍである。
【0028】
本発明の好ましい実施形態によれば、上記アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜の厚みは、０．５μｍ～２０μｍである。
【0029】
本発明の文脈におけるアルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜は、少なくとも１つのＡｌリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮコーティング層（ｘ＞０．７５）を備えるコーティング、または主としてＡｌｘＴｉ１－ｘＮ（ｘ＞０．７５）を含む少なくとも１つの層を備えるコーティングとして理解されるべきであり、いずれの場合も、上記の少なくとも１つの層の厚みは、好ましくは２００ｎｍまたはそれ以上である。さらに、アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜は、単層である１つの層によって形成されてもよく、または多層である２つ以上の層によって形成されてもよい。
【0030】
第２の局面の別の例では、上記薄膜は、表面粗さＲｚが＜０．８μｍ、好ましくは＜０．７μｍである。
【0031】
第２の局面の別の例では、上記立方晶構造は、平均粒径が１５ｎｍを超える結晶粒を含む。
【0032】
第２の局面の別の例では、上記アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜は、上記薄膜におけるアルミニウムおよびチタンの総量に基づくアルミニウム含有量が＞７６原子パーセント、好ましくは＞８０原子パーセント、より好ましくは＞８５原子パーセントである。
【0033】
第２の局面の別の例では、上記アルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜は、アルミニウムおよびチタンに加えて、他の金属元素、好ましくは遷移金属、より好ましくはＺｒおよび／またはＮｂおよび／またはＴａを含む。
【0034】
第２の局面の別の例では、上記薄膜は、上下に堆積された少なくとも２つのアルミニウムリッチなＡｌｘＴｉ１－ｘＮベースの薄膜を備える多層構造の形態で形成される。
【0035】
第３の局面では、工具、特に切削工具または成形工具を製造するための上記の構造の使用が開示されている。上記の説明は、本発明を限定するものとして考えられるべきではなく、本発明をより詳細に理解するための単なる例として考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図2】図２（ａ）は、基板バイアス電圧に応じたｗ－ＡｌＮの割合の概略図であり、図２（ｂ）は、さまざまな基板バイアスにおいてＡｌ８０Ｔｉ２０ターゲットから合成されたＡｌＴｉＮコーティングのＸＲＤスペクトルを示す図である。
【図3】セラミックターゲットから膜を成長させるために使用されるコンビナトリアル堆積機構の概略図である。
【図4】ＴｉＮＡｌＮのセラミックターゲットの光学写真およびＳＥＭ顕微鏡写真を示す図である。
【図5.1】セラミックターゲットを使用してコンビナトリアルアプローチによって成長させた膜を示す図である。
【図5.2】セラミックターゲットを使用してコンビナトリアルアプローチによって成長させた膜を示す図である。
【図5.3】セラミックターゲットを使用して成長させた膜を示す図である。
【図6】金属ターゲットおよびセラミックターゲットを用いて成長させた膜を示す図である。
【図7】ＡｌＮ７７ＴｉＮ２３ターゲットを使用して成長させた膜を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
以下の図面は、本発明を理解するのに役立つように意図されているが、本発明を限定することを意図したものではない。
【0038】
図１は、２００Ｃの基板温度および０．２ＰａのＡｒ分圧でＡｌ８０Ｔｉ２０金属ターゲットから合成されたＡｌＴｉＮコーティングの構造進化に対するＮ２分圧の影響を示す。図１（ａ）は、Ｎ２分圧に応じたｗ－ＡｌＮの割合、Ｎ２消費量（成長率／単位時間）の変化を示す。注釈付きテキストは、金属、遷移および化合物スパッタリングモードに対応する反応性ガスの分圧を示している。図１（ｂ）は、０．０９Ｐａ、０．１１Ｐａ、０．１３Ｐａおよび０．１５Ｐａ（１、２、３および４に連続して対応する）のさまざまなＮ２分圧におけるＸＲＤスペクトルを示す。
【0039】
図２は、金属ターゲットを使用したＡｌＴｉＮ合金の構造進化に対する基板バイアスの影響を示す。図２（ａ）は、基板バイアス電圧に応じたｗ－ＡｌＮの割合を示す。データは、ｘｒｄスペクトル（Ｆ ｗ－ＡｌＮ：ウルツ鉱型相の強度／Σ（立方晶相の強度＋ウルツ鉱型相の強度）から抽出される。図２（ｂ）は、８０Ｖ、１２０Ｖおよび２００Ｖのさまざまな基板バイアスにおいてＡｌ８０Ｔｉ２０ターゲットから合成されたＡｌＴｉＮコーティングのＸＲＤスペクトルを示す。
【0040】
図３は、セラミックターゲットから膜を成長させるために使用されるコンビナトリアル堆積機構の概略図である。
【0041】
図４は、受け取ったままの状態および６回の堆積後のＴｉＮＡｌＮのセラミックターゲットの光学写真およびＳＥＭ顕微鏡写真を示す。ＴｉＮ５０ＡｌＮ５０ターゲットは亀裂を示しており、ＴｉＮ２０ＡｌＮ８０は数回のプロセスの繰り返し後もこのような亀裂を示していないことに注目されたい。
【0042】
図５．１は、セラミックターゲットを使用してコンビナトリアルアプローチによって成長させた膜を示す。図５．１（ａ）は、バッチパラメータを示し、図５．１（ｂ）は、基板ホルダのさまざまな位置における膜の組成を示し、図５．１（ｃ）は、Ｘ－ＳＥＭ顕微鏡写真およびＸＲＤプロットを示す。注釈：Ｓは基板ピークであり、Ｃは立方晶のピークであり、Ｗはウルツ鉱型相である。図５．１に示されるように、以下のコーティングパラメータ、すなわち電力密度：１ｋＷ／ｃｍ２、パルス時間：５ｍｓ、窒素分圧：０Ｐａ（０ｓｃｃｍの窒素ガスフローに対応する）およびアルゴンガスフロー：４０ｓｃｃｍを使用した。
【0043】
図５．２は、セラミックターゲットを使用してコンビナトリアルアプローチによって成長させた膜を示す。図５．２（ａ）は、バッチパラメータを示し、図５．２（ｂ）は、基板ホルダのさまざまな位置における膜の組成を示し、図５．２（ｃ）は、Ｘ－ＳＥＭ顕微鏡写真およびＸＲＤプロットを示す。注釈：Ｓは基板ピークであり、Ｃは立方晶のピークであり、Ｗはウルツ鉱型相である。図５．２に示されるように、以下のコーティングパラメータ、すなわち電力密度：１ｋＷ／ｃｍ２、パルス時間：５ｍｓ、窒素分圧：０Ｐａ（窒素ガスフロー：０ｓｃｃｍ）およびアルゴンガスフロー：３００ｓｃｃｍを使用した。
【0044】
図５．３は、セラミックターゲットを使用して成長させた膜を示す。図５．３（ａ）は、バッチパラメータを示し、図５．３（ｂ）は、基板ホルダのさまざまな位置における膜の組成を示し、図５．３（ｃ）は、Ｘ－ＳＥＭ顕微鏡写真およびＸＲＤプロットを示す。注釈：Ｓは基板ピークであり、Ｃは立方晶のピークであり、Ｗはウルツ鉱型相である。図５．３に示されるように、以下のコーティングパラメータ、すなわち電力密度：１ｋＷ／ｃｍ２、パルス時間：５ｍｓ、窒素分圧：０Ｐａ（窒素ガスフロー：０ｓｃｃｍ）およびアルゴン分圧：６０Ｐａを使用した。
【0045】
図５．１、図５．２および図５．３に示される例では、コーティング対象の基板は、エリコン・バルザースによって製造されたＩｎｇｅｎｉａ Ｓ３ｐタイプのコーティング機に設置された取付具システムを使用して保持された。これらの例では、２種類の回転可能な取付具部材を備える取付具システムが使用された。第１の回転を生じさせるために、カルーセルと呼ばれる第１の種類の回転可能な取付具部材がコーティングチャンバの中央に公知の態様で設置された。第２の回転を生じさせるために、このカルーセルの上に、第２の種類の回転可能な取付具部材が同様に公知の態様で設置された。コーティング対象の基板は、第２の種類の回転可能な取付具部材内に保持された。カルーセルの回転速度は、図５．１、図５．２および図５．３のそれぞれに示されるように、３０秒／回転であった。しかし、使用されるコーティング機および取付具システムの種類は、本発明を限定するものとして理解されるべきではない。同様に、図５．１、図５．２および図５．３に示される例で使用されるコーティングパラメータは、本発明を限定するものとして理解されるべきではない。
【0046】
図６は、３つの異なる条件で金属ターゲットおよびセラミックターゲットを用いて成長させた膜を示す。図６に示されるように、上の行におけるアプローチで使用された条件は、０．１ＰａのＡｒ圧力と０．０４ＰａのＮ圧力との混合物、温度：２００℃および電圧：１５０Ｖであった。しかし、真ん中の行におけるアプローチで使用された条件は、Ａｒガスフロー：６０秒、温度：３００℃および電圧：１５０Ｖであった。下の行におけるアプローチで使用された条件は、Ａｒガスフロー：４０秒、温度：３００℃および電圧：８０Ｖであった。なお、セラミックターゲットでは、わずか８０Ｖのバイアスを使用してＡｌ濃度が７８原子パーセントまでで立方晶相を実現することができる。金属ターゲットでは、立方晶相を成長させるために、１２０Ｖを上回る高いバイアスが要求される。
【0047】
顕微鏡写真は、左から右に、チャンバの底部、中央部および上部である。
上記の例およびコンビナトリアル設計実験に基づいて、カルーセル長さに沿った立方晶相成長の均一性をテストするために、Ａｌが７７原子パーセントであるセラミックターゲットが選択された。
上記の例およびコンビナトリアル設計実験に基づいて、カルーセル長さに沿った立方晶相成長の均一性をテストするために、Ａｌが７７原子パーセントであるセラミックターゲットが選択された。
【0048】
この方法で成長させたコーティングのさらなる特徴は、表面粗さが比較的低いことであり、Ｒａ値は、０．０３±０．０１μｍであり、Ｒｚ値は、０．６±０．０１μｍである。以下の図７（ａ）は、ｃａｌｏ研削前のコーティング表面を示し、図７（ｂ）は、ｃａｌｏ研削後のコーティング表面を示し、図７（ｃ）は、本発明の方法を使用して成長させたコーティングの測定されたプロファイルを示す。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5.1】
【図5.2】
【図5.3】
【図6】
【図7-1】
【図7-2】
【国際調査報告】