JP2794744B2 - コーティング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、特に線材、棒材、管材などの連続コーティ
ングに好適に採用されるコーティング方法に関する。

従来の技術及び発明が解決しようとする課題 近年、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッ
タリング法などのドライプレーティング法が数多く開発
され、従来の電気メッキ、無電解メッキ等の湿式法によ
る成膜法と比べて種々材質の被処理物にメッキが可能で
使用可能な被処理物の範囲が大幅に広がること、湿式法
では達成できないメッキが可能なこと、高機能メッキや
薄膜形成が可能なことなどの利点があるため、ドライプ
レーティング法は急速な広がりを見せており、半導体、
オプトエレクトロニクス、記録材、家電、自動車、工
具、装飾品をはじめ、産業の殆ど全分野に及ぶキーテク
ノロジーとなっている。

しかしながら、ドライプレーティング法は、真空系を
用いるので装置が高価，複雑なものになり、またメッキ
形成速度が必ずしも速くない等、工業的見地からはなお
大きな問題をかかえているが、特に被処理物が繊維、ワ
イヤー、ストランド、その他の線材、棒材、管材などの
場合には、その外周表面に成膜する際にメッキ材料がこ
れらの被処理物に捕集される効率が面材に比べて悪く、
被処理物（線材、棒材、管材等）の外周表面に均一な膜
厚でコーティングすることが困難である上、毎分数十ｍ
以上という高速でコーティングしようとすれば装置の巨
大化などの問題が生じる。

即ち、従来のスパッタリング装置は、スパッタリング
装置本体内にターゲットと被処理物とが互に対向して配
置され、ターゲットはカソードとして直流電源又は高周
波電源と接続されているものであるが、かかる装置を用
いてメッキを行なう場合、被処理物が線材、棒材、管材
などであると、被処理物のターゲット対向面側にはター
ゲット原子が付着して成膜が行なわれるが、裏面側には
十分にターゲット原子が付着せず、均一にメッキがされ
難く、裏面にも十分な成膜を行なうためには、ターゲッ
ト対向面にメッキを施した後、被処理物を回転して上記
裏面にメッキをターゲットと対向させ、再度メッキを行
なわなければならない問題がある上、ターゲット原子
（メッキ材料）の大部分は被処理物に捕集されず、飛散
して失われるので、ターゲット材の利用効率が極めて悪
いという問題がある。

この事情は、ドライプレーティング法として真空蒸着
法、イオンプレーティング法等を採用した場合も同じで
ある。

従って、線材、棒材、管材などを効率良く、しかも均
一にかつ経済的にドライメッキする方法が望まれる。

わずかにこの目的に沿うものとしては、従来、同軸中
空スパッタリング法が知られている。この方法は、円筒
状容器の内壁にターゲットを貼り付けてカソードとし、
必要に応じて該円筒状容器の外部から磁場をかけ、該容
器内に配置された被処理物上にドライメッキを施すもの
で、この際被処理物を連続的に軸方向に移動させつつメ
ッキを行なうことができ、膜厚の均一性やターゲット材
の利用効率は良好であるが、ターゲットの交換、作成が
面倒で、コスト的にも高価となる欠点がある。

また、一対のターゲットを対向配置し、その間に被処
理物を配置してスパッタリングを行なうことは有効な手
段である（特開昭63−171879号公報）が、この方法も両
ターゲットから飛び出した原子が被処理物方向以外に両
側方にも向うため、飛び出した原子の捕集効率がなお低
いものである。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、線材、棒
材、管材などの被処理物を効率よくかつ均一にドライコ
ーティングし得、しかもターゲット材の利用効率，飛び
出した原子の捕集効率もよく、経済性にも優れたコーテ
ィング方法を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するため、被処理物と所定
間隔離間して４個のターゲットを該被処理物の上下左右
に配設すると共に、この４個のターゲットの背後にそれ
ぞれ磁石を互に対向するターゲットの磁石の同一極が対
向し、かつ互に隣り合うターゲットの磁石の同一極が隣
接するように配置して、各ターゲット表面近傍に形成さ
れる磁力線相互を反発させた状態で上記４個のターゲッ
トから飛び出した原子をそれぞれ被処理物に付着させる
と共に、被処理物に未付着の原子を上下左右のいずれか
のターゲットに再付着させることを特徴とするコーティ
ング方法を提供する。

この場合、本発明は線材、棒材、管材のコーティング
に好適に採用することができるが、この際複数本の線
材、棒材又は管材を互に所定間隔離間して配設し、これ
ら複数本の線材、棒材又は管材を同時に表面処理するよ
うにすることができ、また被処理物を連続して移動する
ことにより被処理物を連続的にコーティングするように
することが有効である。なお、線材、棒材、管材の断面
形状は特に制限なく、テープ状、リボン状でもよい。

また、本発明においては、４個のターゲットの背後に
それぞれ磁石を互に対向するターゲットの磁石の同一極
が対向し、かつ互に隣り合うターゲットの磁石の同一極
が隣接するように配置して、各ターゲット表面近傍に形
成される磁力線相互を反発させ、磁力線のターゲットに
対する平行成分を増大化することにより、プラズマの濃
密領域を形成し、スパッタ速度を増大化すると共に、ス
パッタの浸食消耗を均一化してスパッタの利用効率を増
大させてコーティングを行うようにするものである。

作 用 本発明によれば、４個のターゲットを被処理物と所定
間隔離間して被処理物の上下左右に配置すると共に、こ
の４個のターゲットの背後にそれぞれ磁石を互に対向す
るターゲットの磁石の同一極が対向し、かつ互に隣り合
うターゲットの磁石の同一極が隣接するように配置し
て、各ターゲット表面近傍に形成される磁力線相互を反
発させた状態で上記ターゲットから飛び出した原子をそ
れぞれ被処理物に付着させて成膜を行なうようにしたこ
とにより、被処理物の上下左右に配置されたターゲット
からそれぞれ同時に被処理物全体にターゲット原子が付
着するように作用するもので、被処理物が線材、棒材、
管材であっても効率的にかつ均一にドライメッキが施さ
れると共に、被処理物に付着されなかったターゲット原
子は一つのターゲットから他のターゲットに到達して付
着し、再利用されるため、ターゲット材の使用効率が高
まるもので、原子の捕集効率が非常に良いものである。
この場合、被処理物を連続して移動しながらコーティン
グを行なうこと、また被処理物として複数本の線材、棒
材又は管材をコーティングする場合、これらを互に所定
間隔離間して配設し、これら複数本の線材、棒材又は管
材を同時にコーティングするようにすることが生産性の
見地から好ましい。

この場合、上記４個のターゲットの背後にある磁石
を、互に対向するターゲットの磁石の同一極が対向し、
かつ互に隣り合うターゲットの磁石の同一極が隣接する
ように配置して、各ターゲット表面近傍に形成される磁
力線相互を反発させた状態でコーティングを行なうこと
により、各ターゲットの表面近傍に濃密なプラズマ領域
が形成されるので、スパッタ速度が増大すると共に、ス
パッタの侵食消耗が均一化してスパッタの利用効率が更
に増大するものである。

以下、本発明の実施例につき図面を参照して説明す
る。

実施例 第１図は本発明の実施に用いる装置の一例を示すもの
で、図中１はマグネトロンスパッタリング装置本体であ
り、この本体１内に４個のターゲット2a,2b,2c,2dが被
処理物３を囲むように該被処理物３の上下左右に被処理
物３と所定間隔離間して配置されているものである。

ここで、マグネトロンスパッタリング法は、第２図に
示したように、ターゲット２の背後に磁石（永久磁石又
は電磁石）４を配置したもので、この磁石４の配置によ
りターゲット２表面近傍に破線で示したような磁力線が
形成される。そして、ターゲット２に負の電位を与える
と、電子は磁力線に沿ってサイクロイド高速運動し、ア
ルゴン等の希ガスなどと衝突してこれをイオンと電子と
に分離して高密度プラズマ化領域をターゲット近傍に形
成すると共に、プラズマ中の正イオンは負の電位が与え
られているターゲット２と非弾性衝突してターゲット材
原子を叩き出し、上述したように叩き出されたターゲッ
ト原子が被処理物に付着して膜形成が行なわれるもので
あるが、このようなマグネトロンスパッタリング法によ
る膜形成において、膜形成速度を支配する要因の一つは
いかにターゲット２近傍に効率よく濃密なプラズマ域を
作り出すかであり、そのためには磁力線のターゲット平
行成分を増大することが効果がある。また、ターゲット
２はメッキの進行につれて第２図中一点鎖線で示したよ
うに侵食が一部に集中していれば断面が円錐状に侵食消
耗し、その頂部がターゲット２の裏面に到達した場合は
ターゲット２を交換しなければならないが、磁力線のタ
ーゲット平行成分が増大してプラズマの濃密領域がター
ゲット２近傍に形成された場合には、スパッタ速度が向
上し、かつターゲットが断面皿形状に侵食消耗してター
ゲットの消耗の仕方がより均一化され、ターゲット材の
利用効率が高まるものである。

而して、第１図に示したように、かかるマグネトロン
スパッタリング法において,4個のターゲット2a,2b,2c,2
dの背後にそれぞれ磁石4a,4b,4c,4dを互に対向するター
ゲット2aと2b及び2cと2dの磁石4aと4b及び4cと4dの同一
極（即ちＳ極とＳ極、Ｎ極とＮ極）が対向するように配
置すると共に、互に隣り合うターゲット2a,2b,2c,2dに
おいて、磁石4a,4b,4c,4dの同一極（図ではＳ極とＳ
極）が隣接するように配置し、ターゲット2a,2b,2c,2d
の表面近傍に形成される磁力線が互に反発してこれら磁
力線のターゲット2a,2b,2c,2dに対する平行成分が増大
し、これによって両ターゲット2a,2b,2c,2d表面にプラ
ズマの濃密領域が形成されるものである。

なお、この例にあっては、ターゲット2a,2b,2c,2dは
カソードとし、被処理物３はアノードとして直流高圧電
源に接続することもできるが、本発明は高周波スパッタ
リング法にも好適に適用でき、この場合は高周波電源が
用いられる。

上記装置を用いて被処理物３にメッキを行なう場合
は，常法に従って本体１内を高真空に排気した後、アル
ゴンガスを導入し（通常１×10^-3〜１×10^-1Torr程
度）、次いでターゲット2a,2b,2c,2dに直流又は高周波
を印加してグロー放電を起こさせ、プラズマを生成させ
るもので、これにより、このプラズマ中のアルゴンイオ
ンがターゲット2a,2b,2c,2dをそれぞれ叩いてこれらタ
ーゲット2a,2b,2c,2dからターゲット物質を構成する原
子を飛び出させ、これらターゲット原子が被処理物表面
に付着することにより、成膜が行なわれるものである。

この場合、被処理物３の上下左右にはそれぞれターゲ
ット2a,2b,2c,2dが配置され、被処理物３の上下左右か
らターゲット原子が被処理物３全体に付着してくるの
で、被処理物３が線材、棒材、管材であってもこれらの
外周面に均一なメッキ膜が迅速に形成されると共に、被
処理物３を連続的に移動させることにより、連続コーテ
ィングも可能となる。また、一つのターゲット2aから飛
び出したターゲット原子は被処理物３に捕集されなかっ
たとしても、反対側及び両側方のターゲット2b,2c,2dに
到達して捕集され、再利用されるので、ターゲット材の
利用効率が高まるものである。

ここで、被処理物として線材、棒材、管材を用いた場
合には、対向するターゲット2a,2b,2c,2d間に複数の被
処理物を互に所定間隔離間させて配置し、同時に複数の
被処理物をメッキするようにすることが好ましく、これ
により生産性を高めることができると共に、ターゲット
原子の被処理物への付着効率を高めることができる。

従って、この第１図に示す実施例によれば、成膜速度
が向上すると共に、ターゲット2a,2b,2c,2dが図中一点
鎖線で示すように断面皿形状に侵食消耗するので、ター
ゲットの利用効率が増大し、寿命が長くなるものであ
る。

またこの場合、磁石4a,4b,4c,4dとして電磁石を使用
し、これを電磁石に与える電流を周期的、パルス的又は
ランダムに変化し、電磁石により形成される磁界を周期
的、パルス的又はランダムに変化させることにより、タ
ーゲット2a,2b,2c,2d表面近傍の磁界の分布を変化させ
ることができ、これによってターゲット2a,2b,2c,2dの
侵食消耗をより均一化してターゲット2a,2b,2c,2dの利
用効率の増大、長寿命化を更に図ることができると共
に、被処理物３に対してより均一なメッキを施すことを
可能にするものである。

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、４個のターゲ
ットを被処理物の上下左右に配置すると共に、この４個
のターゲットの背後にそれぞれ磁石を互に対向するター
ゲットの磁石の同一極が対向し、かつ互に隣り合うター
ゲットの磁石の同一極が隣接するように配置して、各タ
ーゲット表面近傍に形成される磁力線相互を反発させた
状態で上記ターゲットから飛び出した原子をそれぞれ被
処理物に付着させて成膜を行なうようにしたことによ
り、被処理物を効率よくかつ均一にドライコーティング
することができ、しかも飛散原子の捕集も無駄なく行な
われ、ターゲット材の利用効率もよく、更に装置構成も
比較的簡単で経済的にも優れたものであって、特に本発
明は線材、棒材、管材及びテープ状、リボン状物等のコ
ーティングに好適に採用し得、例えばグラスファイバー
上へのアルミニウムなどの均一コーティング，プラスチ
ックチューブ外周面への金属や金属酸化物，金属窒化物
等のコーティング，スチールコードや有機繊維コード上
へのコバルトコーティング，銅線，カーボンファイバー
等への超電導金属，金属間化合物，超電導セラミックス
のコーティングなどを容易に行なうことができ、両面金
属コーティングテープ及びリボン，超電導膜コーティン
グテープ及びリボンなどを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に用いるマグネトロンスパッタリ
ング方式による装置例の概略断面図、第２図は従来のマ
グネトロンスパッタリング方式の装置を示す概略断面図
である。 １……スパッタリング装置本体 2a,2b,2c,2d……ターゲット ３……被処理物 4a,4b,4c,4d……磁石

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理物と所定間隔離間して４個のターゲ
   ットを該被処理物の上下左右に配設すると共に、この４
   個のターゲットの背後にそれぞれ磁石を互に対向するタ
   ーゲットの磁石の同一極が対向し、かつ互に隣り合うタ
   ーゲットの磁石の同一極が隣接するように配置して、各
   ターゲット表面近傍に形成される磁力線相互を反発させ
   た状態で上記４個のターゲットから飛び出した原子をそ
   れぞれ被処理物に付着させると共に、被処理物に未付着
   の原子を上下左右のいずれかのターゲットに再付着させ
   ることを特徴とするコーティング方法。