JPH10500633A - 高度な耐摩耗性コーティングの蒸着のためのイオンビーム法 - Google Patents
高度な耐摩耗性コーティングの蒸着のためのイオンビーム法Info
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Abstract
(57)【要約】
耐摩耗性及び耐用年数が向上した被覆基体を製造するためのイオンビーム蒸着法が提供される。この方法によれば、汚染物質を除去するため、第１に基体を化学洗浄する。第２の工程で、基体を真空チャンバーに導入し、該チャンバーを脱気する。第３の段階で、残りの炭化水素及び表面酸化物の除去を補助して表面を活性化するために、基体表面を強力イオンで攻撃する。基体表面をスパッターエッチングした後、保護、耐摩耗性コーティングをイオンビーム蒸着によって蒸着する。イオンビーム蒸着コーティングは、１以上の層を有する。コーティングの厚みの選択が行われるようになったら、基体上の蒸着工程を終了し、真空チャンバー内の圧力を大気圧まで上昇させ、耐摩耗性の向上したコーティングされた製品を真空チャンバーから取り出す。本発明笑みの被覆基体は、プラスチック製サングラスレンズ、眼科用レンズ、バーコードスキャナーウインドウ、及びすり減り及び摩耗から保護されるべき工業用部品として有用である。
Description
【発明の詳細な説明】
高度な耐摩耗性コーティングの蒸着のためのイオンビーム法
発明の属する分野
本発明は、一般に、すりへり及び摩耗から基体を保護する蒸着コーティングの
方法に関する。特に、本発明は、プラスチック製サングラスレンズ、眼科用レン
ズ、バーコードスキャナーウインドウ及びひっかき傷及び摩耗からの産業上のす
りへり部分等の基体を保護する方法に関する。
発明の背景
基体の性能、例えば、耐用年数及び耐摩損性等を向上させるための基体のコー
ティング方法に関する先行技術は多数存在する。例えば、プラスチック製サング
ラスレンズ又はプラスチック製処方アイウエアが考えられる。プラスチックの傷
つきやすさのため、耐摩耗性コーティングがプラスチックレンズ表面上に蒸着さ
れている。この硬度の表面コーティングはレンズの耐用年数を増大させる。その
ようなコーティングを売れるようにするために、硬度コーティングの蒸着は、安
く、信頼でき、再生可能でなければならない。
眼科用のレンズ市場で得られたプラスチック製レンズは、アクリル製かポリシ
ロキサンのディップコーティング又はスピンコーティングによって大部分がコー
ティングされている。これらのコーティングは、コーティングされていないレン
ズに比べ、コーティングされたレンズの耐摩耗性を非常に改善している。これは
、大変に摩耗されやすいポリカーボネートの場合に特に当てはまる。けれども、
コーティングされたレンズの耐摩耗性は、未だに眼科用レンズの産業においては
重要な問題である。産業の目標はガラスレンズと同様の耐摩耗性を示すプラスチ
ックレンズを得ることである。現在の商業的なプラスチックレンズは、ガラスと
比べると乏しい耐摩耗性の特質を有する。従って、レンズを購入する時、人は耐
摩耗性は良いが重いガラスか、軽いが耐摩耗性に劣るプラスチックとから選ばな
ければならない。
レンズを含むプラスチック基体のために、他のコーティングが提案されている
。これらのコーティングの殆どは、主としてシロキサン前駆体ガスからのプラズ
マによって製造される、いわゆる「プラズマ重合体」である。基体は、プラズマ
に
さらされるが、それらは、強力なイオン照射を起こすバイアスではない。プラズ
マ重合体の性質は、ポリシロキサン、アクリルスピン及びディップコーティング
より、わずかに良く、これらの性質は、ガラスの性質には近づかない。これらの
フィルムは、しばしば、かなり柔軟であり、極端に柔軟な基体を除いて保護コー
ティングとして使用することができない。
他のコーティング工程は、強力イオン照射が強力電極上の基体を高周波(ＲＦ)
プラズマ系に取り付け、一部分をプラズマにさらし、それによって、基体表面上
にマイナスのバイアスを製造することによって起こされると提案されている。得
られたコーティングは、しばしば、プラズマ重合体より耐摩耗性に優れている。
これらのプラズマ系は、大量生産のために必要な処理能力を容易にきわめないが
、再生産可能な、製造環境の中で制御された方法で容易に機能する。ＲＦプラズ
マ法も、このプラズマ工程を経験し、得られたコーティングの性質は、コーティ
ングすべき基体が電気伝導体であるか絶縁体であるかに依存する。更に、基体が
絶縁体であるなら、基体の厚みは、蒸着工程のエネルギー論及び得られるコーテ
ィングの性質に強く影響を及ぼす。これは、異なる大きさ及び形の絶縁基体、例
えば、プラスチックレンズは、それぞれのタイプの基体について異なるコーティ
ング工程を有することが必要である。これは、製造中の使用のための工程の適応
性を減少させる。更に、広い面積の電極のあるシステムは、広く利用することが
できない。大きい電極（即ち、少なくとも１メートルの直径）を有する容易に利
用可能な商業的な平衡板ＲＦ蒸着システムは存在しない。下記の参考文献は、プ
ラズマが基体表面との直接的接触に用いられるコーティング方法についての先行
技術を示す。
Rzadら、米国特許第5,156,882 号明細書は、改良された保護層を有する透明プ
ラスチック物品の製造方法を開示する。保護層は化学蒸気蒸着を向上させるプラ
ズマによって蒸着される（ＰＥＣＶＤ）。
Balianらの米国特許第5,206,060 号明細書は、プラズマ化学蒸気蒸着（ＰＣＶ
Ｄ）を用いて基体上に薄い層を蒸着する方法及び装置を開示する。基体は伝導性
のあるものでなければならず、ＰＣＶＤ法において電極として用いられる。
Reedらの米国特許第5,051,308 号明細書は、耐摩耗性物品及びその製造方法を
開示する。該物品は、プラスチック基体、及びＰＥＣＶＤ法により段階的に塗布
されたコーティングを含有する。
Devinsらの米国特許第4,842,941 号明細書は、耐摩耗性物品及びその製造方法
を開示する。該物品は、ポリカーボネート基体、該基体上の接着樹脂成分の中間
層、及びＰＥＣＶＤにより該中間層の上に塗布された耐摩耗性層を含有する。
Brochot らの米国特許第5,093,153 号明細書は、ＰＥＣＶＤ法によりコートさ
れた有機鉱物フィルムを有するガラス基体を開示する。
Kubacki の米国特許第4,096,315 号明細書は、プラスチックの耐久性を向上さ
せるために光学プラスチック基体を単層コーティングでコーティングするための
低温プラズマ重合法を開示する。
Enkeら、米国特許第4,762,730 号明細書は、プラスチック光学基体表面上に透
明保護コーティングを製造するためのＰＥＣＶＤ法を開示する。
すりへり及び耐摩耗性の適用のための先行技術のプラズマ蒸着法の全ては、下
記の１又はそれ以上の短所及び欠点を有する。
(1) 蒸着前の基体の前洗浄の困難さ；
(2) 保護、耐摩耗性コーティングの接着性；
(3) コーティングの水蒸気及び酸素による透過性；
(4) 高密度コーティングとの密着構造；
(5) 蒸着中のコーティング特性及びコーティング特性のバッチ間の変化の制御
；
(6) コーティングの厚み制御及び厚みの再現性；
(7) コーティングの均一性の、部分的及びバッチ間の制御
(8) 複雑な形態又は構造の基体のコーティングの困難性；
(9) 大量生産のための蒸着法のスケールアップの準備及び能力。
これらの欠点は、プラスチック製光学基体上の耐摩耗性コーティングの蒸着の
ための２つの先行技術の以下の点、即ち、プラズマ重合及びバイアスＲＦプラズ
マ重合において強調される。
両者の方法により遭遇する最初の問題は接着層又は耐摩耗性フィルムの蒸着前
の基体の予備洗浄の困難さである。典型的な基体は、蒸着前に不活性ガス又はグ
ロー放電で予備洗浄される。この予備洗浄技術は低洗浄速度、基体の裏側に蒸着
されるスパッター汚染による基体の再汚染の問題がある。
光学を含む、様々な基体上の保護コーティングの１つの必要条件は、湿気、酸
素及び他の環境要素に対し障壁を与える必要性である。これは、最適の原子充填
密度をもってコーティング構造の形成を要求する。この原子充填密度はフィルム
製造の際にイオン照射の高密度によって最大となり、先行技術のプラズマ重合法
によっては容易に達成又は最適化することができない。
一度の蒸着及びバッチ間のコーティングの制御に関しては、プラズマ蒸着法で
は制御が困難なことは周知である。バイアスＲＦプラズマ技術によって電気伝導
体基体上に電気絶縁体を蒸着する場合は、蒸着コーティングの厚みが増加し、フ
ィルム製造により表面バイアスが段階的に減少することがMeyersonら、米国特許
第4,647,494 号明細書の第６段６７行〜第７段３行により知られている。この減
少は、蒸着コーティングの性質の変化、即ち、硬度、ひずみ及び水素濃度の変化
を引き起こす。
コーティングされる特定部分の大きさ及び形に、また、その方法が、プラズマ
の均一性及び特定部分の周囲のプラズマ密度に影響を及ぼすので、先行技術のプ
ラズマ蒸着法を用いた単独コーティングでは、複数部分の蒸着厚みの均一性を予
想し、制御することは困難である。
プラズマ蒸着法が高い蒸着速度を提供する間、プラズマ蒸着法で広い面積にお
いて、蒸着速度、蒸着厚み及び蒸着の均一性を再現性よく制御することは困難で
ある。圧力、ガス流量、パワー及び基体バイアス等の、工程変数の相互依存のた
めに、蒸着厚みの正確な制御は困難である。従って、０.１ミクロン未満のコー
ティング層を形成すること、および製造毎の厚みの変化を約１０％未満に制御す
ることは困難である。これは、光学的コーティング（特に、反射防止コーティン
グ等の、異なる屈折率の薄い層を多数用いる）を蒸着するための先行技術のプラ
ズマ蒸着技術における重大な不利な点である
結局、基体の形態に対するプラズマ蒸着工程の感度のため、複雑な形態又は構
造の部分をコーティングするのは、しばしば不可能である。複雑な形態の例は、
様々な形で縁取られた矯正パワーを有する光学レンズ、プラスチック部分を製造
するために用いられる工業用成形品、及び、シャフト、ギア、ベアリング等を含
む他の工業機械部分を含有する。最近の産業の流行は、電気的絶縁体プラスチッ
ク及びセラミックから多くの産業機械部分を製造することである。電気絶縁産業
機械部分は、プラズマ蒸着法によって均一にコーティングするのが特に困難であ
る。
上記困難の全ては、先行技術のプラズマ蒸着法によって様々な基体に保護、耐
摩耗性コーティングを大量生産することを非常に問題のあるもととした。明らか
に、適応性があり、再現性があり、且つ質のよい、耐摩耗性コーティングの大量
生産法が求められている。
多数の材料のイオンビームエッチング及び蒸着は先行技術において知られてい
る。例えば、半導体処理においては、イオンエッチングが一般に用いられている
。イオンビームシステムは、一般的にＲＦプラズマシステムよりも、例えば、プ
ラズマ電位、基体バイアス、プラズマ電流、ガス流量及びチャンバー圧力等のＲ
Ｆプラズマ処理においては強固に連結していない、蒸着及びエッチング処理パラ
メーターを制御しやすい。プラズマ処理と比較すれば、これは、イオンビーム処
理のためのより広いプロセスウインドウ及びより良い制御の結果となる。更に、
バッチ当たり１０００スクエアを上回った処理能力を有するイオンビーム蒸着装
置が利用できる。スケールがこのレベルまで接近しているＲＦ装置は商業的に得
ることができないと信じられる。イオンビーム処理のための高度の制御及び広い
面積での能力の結合は、容易に動き、強い処理を考慮に入れられる。けれども、
イオンビーム蒸着処理の先行技術に対する主要な不都合、例えば、ＤＬＣフィル
ムの蒸着は、蒸着速度が相対的に低く、薄いコーティングの長い生産時間及び高
い生産コストの原因となる。
公表された文献Clinical Materials，Vol.12，pages 237-244(1993)において
、G.Dearnaley は、コーティングすべき物品の上で低蒸気圧材料を濃縮し、同時
に高エネルギー窒素イオンビームで照射する方法を記載している。この場合には
、必要とするイオンエネルギーは１０ｋＶ超である。この高電位は制御するのが
困難で、生産環境において問題となる。更に、この方法で製造されたコーティン
グは不透明であり、透明なコーティング製品が必要な場合には用いることができ
な
い。
Kimockらの米国特許第5,135,808 号明細書、同第5,190,807 号明細書及び同第
5,268,217 号明細書は、基体、及び光学的レンズ、サングラスレンズ、及びバー
コードスキャナーウインドウとして有用な実質的透明ダイヤモンド様炭素（ＤＬ
Ｃ）の硬度表層を含有する耐摩耗性製品を製造するための炭化水素ガス又は炭素
蒸気を用いたイオンビーム蒸着工程を開示する。発明の概要
本発明は、基体上に耐摩耗性コーティングを蒸着する改良法を提供する。特に
、本発明は、高度な接着性を有し、耐摩耗性が向上し、且つ環境耐久性を有する
、基体表面上のイオンビーム蒸着コーティングを提供する。更に詳細には、本発
明は、耐摩耗性が改良され且つ優れた耐用年数を有する被覆基体の低コスト且つ
効率的な大量生産法を提供する。
本発明の方法においては、第１に、好ましくない材料及び他の汚染物質を除去
するため、基体を化学洗浄する。第２段階において、基体を真空チャンバー内に
導入し、蒸気チャンバー内の空気を脱気し、残りの炭化水素、表面酸化物等の残
留汚染物質を除去し、表面の活性化を補助する強力イオンのビームによって基体
表面をスパッターエッチングする。基体表面をスパッターエッチングした後、保
護、耐摩耗性コーティングを選択された前駆体ガスを用い、イオンビーム蒸着に
より蒸着する。イオンビーム蒸着コーティングは１又はそれ以上の層を含有する
。いったん、最上コーティング層の厚みの選択が行われると、基体上の蒸着工程
は終了し、真空チャンバーの圧力を大気圧まで上昇させ、耐摩耗性が向上した、
被覆された基体を真空チャンバーから取り出す。
本発明は、Ｃ、Ｓｉ、Ｈ、Ｏ及びＮからなる群から選択される原子の組み合わ
せを含有する、非晶質かつ相似の耐摩耗性を有するコーティングを提供する。本
発明のコーティングは、特に、下記の原子の組み合わせから選ばれる少なくとも
１つから選択される。即ち、Ｓｉ及びＣ；Ｓｉ、Ｃ及びＨ；Ｓｉ及びＮ；Ｓｉ、
Ｎ及びＨ；Ｓｉ及びＯ；Ｓｉ、Ｏ及びＨ；Ｓｉ、Ｏ及びＮ；Ｓｉ、Ｏ、Ｎ及びＨ
；Ｓｉ、Ｃ及びＮ；Ｓｉ、Ｃ、Ｈ及びＮ；Ｓｉ、Ｃ及びＯ；Ｓｉ、Ｃ、Ｈ及びＯ
；
Ｓｉ、Ｃ、Ｏ及びＮ；Ｓｉ、Ｃ、Ｈ、Ｏ及びＮ。
このコーティングの蒸着処理は、下記群からなる群から選択される原子の組み
合わせを少なくとも１つ含む、前駆体ガスを操作するイオンビーム源を用いる；
即ち、Ｓｉ及びＣ；Ｓｉ、Ｃ及びＨ；Ｓｉ及びＮ；Ｓｉ、Ｎ及びＨ；Ｓｉ及びＯ
；Ｓｉ、Ｏ及びＨ；Ｓｉ、Ｏ及びＮ；Ｓｉ、Ｏ、Ｎ及びＨ；Ｓｉ、Ｃ及びＮ；Ｓ
ｉ、Ｃ、Ｈ及びＮ；Ｓｉ、Ｃ及びＯ；Ｓｉ、Ｃ、Ｈ及びＯ；Ｓｉ、Ｃ、Ｏ及びＮ
；Ｓｉ、Ｃ、Ｈ、Ｏ及びＮ。本発明の方法は、おあつらえの硬度、ひずみ、及び
化学的性質を有する光学的に透明なコーティングの製造に特に適する。これらの
特性は、本発明のコーティングを、サングラス及び眼科用レンズ等のプラスチッ
ク基体に理想的に応用される。ガラス様又は石英様の特性を示すコーティングは
、本発明の方法で製造される。炭化ケイ素、窒化ケイ素、及びこれらの材料の水
素化及び酸素化された形態は、この方法によって製造することができる。
更に、ダイヤモンド様炭素コーティングは、本発明の方法によって製造するこ
とができる。「ダイヤモンド様カーボン」なる用語は、ダイヤモンドと性質が似
ているが同一ではない、炭素及び水素を含有する非晶質材料を含むことを意味す
る。これらの性質のいくつかは、高硬度（ＨＶ＝約1000〜約5000kg/mm2）、低摩
擦係数（約０.１）、電磁スペクトルの大部分に対する透明度、及び化学的に不
活性である。ＤＬＣ中の炭素原子の少なくともいくつかは、長い範囲の結晶オー
ダーを有するものではないが、ダイヤモンドと同様の化学構造で結合している。
このＤＬＣ材料は、５０原子％までの水素を含むことができる。ＤＬＣコーティ
ングは硬度で、化学的に不活性であり、滑りやすく、非光学的応用と同様に光学
的用途にとって理想的である。
図面の簡単な説明
更なる特徴及び利点が、添付図面に示されたように、以下の、本発明の好まし
い具体例の詳細な記載より明らかになるだろう。
図１は、本発明の被覆基体の製造に用いられるイオンビーム装置を図解する線
図である。
発明の詳細な説明
本発明の方法は、下記(1)〜(8)を提供することにより、従来技術に関連する不
都合及び欠点を実質的に減少又は除去する。
(1) 金属、セラミック、ガラス及びプラスチックを含有する、様々な基体への
高い耐摩耗性コーティングの蒸着；
(2) レンズ等の光学的に透明なプラスチック基体への高度に光学的に透明で高
い耐摩耗性コーティングの蒸着；
(3) 基体の電気伝導性と厚みとに依存しない、高い耐摩耗性コーティングの蒸
着；
(4) 層厚み及びコーティングの均一性が高い精度で再現性を制御されている、
基体表面への保護、耐摩耗性コーティングの蒸着、
(5) 高い再現性及び信頼性の耐摩耗性コーティングの塗布；
(6) 容易に、広い面積にスケールアップでき、大量生産において高い処理能力
を有する；
(7) 基体が、特定の材料又は形態に制限されない方法；及び
(8) 正常の、又は厳しい使用条件の際に、摩耗、すり減り及び腐食の損傷から
基体を保護し、基体の耐用年数を延長させる。
本発明のコーティングを製造するためのイオンビーム蒸着方法が種々の基体、
特に柔軟な光学的レンズの顕著な特性を生産することが、予期せず見出された。
先行技術と対比した顕著な特性は、臨界的な特徴、及び以下に列記した属性の結
合の結果である。本発明の方法は、以下の特性を有する。
(1) 形態、電流及びエネルギーを制御したイオンビームを用いて基体をスパッ
ターエッチングすることにより原子的清浄表面を得る困難性の克服。イオンビー
ムの「形態」は、静電又は磁場でビームを焦点制御される。このように、ビーム
は、製造される基体に最大の利用を供給する。表面汚染物質層の除去の際に、硬
度の繰り返し且つ予想可能な速度での、１％の範囲内のイオンビーム電流及びビ
ームエネルギーの制御が達成できることが、見出された。更に、イオンビームス
パッターエッチング工程は、高い真空状態（コーティングシステム中の残留ガス
のある表面の酸化又は汚染は無視できるようなもの）で行われる。最後に、装置
の形態は容易に構成され、スパッター汚染物が真空チャンバーの壁に蒸着され、
それらは、スパッターエッチングされると、表面部分に再蒸着されるわけではな
い。
(2) コーティングの蒸着前に、原子的に清浄した表面をイオンビームで蒸着す
ることによって、保護するイオンビームの優れた接着性がひきおこされる。最も
よい適用においては、蒸着された保護層はケイ素を含有する。コーティングの最
上層における適用はケイ素を含有しておらず、接着性は、例えば、ＤＬＣ等のコ
ーティングと基体との間に接着性を向上させる層を用いることにより向上する。
いずれにせよ、基体の最大の接着性を達成するために、イオンビームスパッター
エッチング工程の達成の直後に、イオンビーム蒸着層を蒸着するのが好ましい。
イオンビームスパッターエッチング工程の直後のコーティング層の蒸着は、スパ
ッターエッチングされた表面と、真空チャンバーの残留ガス又は他の汚染物質と
の再汚染の可能性を最小にする。シリコン含有層は、例えば、酸化ケイ素、窒化
ケイ素、オキシ窒化ケイ素、炭化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、炭化窒化ケイ素、
いわゆるシリコン含有ＤＬＣ、これらの混合物及びこれらの化合物等の様々な非
晶材料を含有する。それぞれのシリコン含有中間層は水素を含有していてもよい
。
(3) 本発明の方法によって蒸着されたコーティングにおける過剰の圧縮応力の
制御及び最小化は、高い接着性コーティングの蒸着を許容する。
(4) 高密度イオンビーム保護コーティングを製造する。これは、コーティング
を、水蒸気及び酸素に対する優れた障壁とする。先行技術と対比し、イオンビー
ム蒸着されたコーティングの高密度は、フィルム製造に際しての極端に高いイオ
ン照射の程度に起因する。
(5) 層厚みによって変化しない特性を有するコーティングの製造が、ＲＦプラ
ズマ蒸着法の先行技術の変わりに見出された。この属性は、コーティング蒸着工
程が中性に荷電したイオンビームによって行われるために達成される。中性に荷
電したイオンビーム蒸着法は、工程に対する妨害のない複雑な形態のある部分の
コーティングを許容する。形態が変化する部分が、蒸着状態に対する不利な影響
なしで、単層のコーティングの範囲内でコーティングされる。例えば、様々な大
きさのレンズは一度の作業で同一のコーティング材料で容易にコーティングされ
る。コーティングのための基体の固定の容易さは、本発明の極めて重要な技術的
利点及び顕著な特徴的なの１つである。
(6) 電気伝導体及び電気絶縁体材料を含有する全ての部分のコーティングは同
一の高質のコーティングである。プラズマ蒸着法の場合、異なる特性のＤＬＣコ
ーティングは、部分が電気伝導体又は電気絶縁体の何れで覆われているか、及び
基体と真空チャンバーとの電気的接続に依存して、同じ基体の異なる場所に蒸着
されるかもしれない。基体の伝導性は、本発明のイオンビーム蒸着コーティング
の性質の影響を及ぼさず、先行技術のプラズマ蒸着法と非常に対照的である。
(7) バッチ間のコーティング特性の最小の変動の達成。
イオンエネルギー、イオン電流密度、ガス流量及び蒸着チャンバー圧力等の工程
パラメーターは、本発明のイオンビーム法において大いに衝撃を和らげられ、こ
れらの工程パラメーターは１％の範囲内で正確に制御され高程度に再現されるの
で、問題となる。更に、工程の終点のコーティングの厚みは容易に決められ、再
現性がある。
(8) 部分間の厚みの均一性が得られる。即ち、２％未満の変化が達成される。
これは、動き、即ち回転及び／又は惑星運動を含んでいる商業的に得られる基体
ホルダーを有する本発明の方法の適合性のために問題である。
(9) 大きいスケールのイオンビーム源は商業的に得られるので、大量生産に適
合したスケールアップが容易である。例えば、商業的に得られる３８ｃｍのイオ
ンビーム源は同時に±２％未満の全ての部分に亘って厚み変化のある４枚の４５
.７２ｃｍ（１８インチ）直径のプラテンを同時にＤＬＣコーティング蒸着する
ことに用いられている。同様のイオンビーム源システムが、本発明の方法を実施
するために用いられる。耐摩耗性コーティングの塗布のためのプラズマ蒸着シス
テムはこのスケールでは現在市販されていない。
本発明の好ましい具体例を実施するための装置を概略的に図１に示す。コーテ
ィング工程は、この分野で知られている技術に従って構成される高度真空チャン
バー１内で行う。真空チャンバー１は、間に合わせの真空ポンプ（図示せず）に
よる第１のポンプ、及びそれに続く高度の真空ポンプ２によるポンプ操作により
、高度に真空にされる。ポンプ２は拡散ポンプ、ターボモレキュラーポンプ
(turbomolecular pump)、低温ポンプ(cryopump)、又はこの分野で周知の高度真
空ポンプであることができる。極低温に冷却されたコイルと共に拡散ポンプを用
いることは、本発明の高度の真空ポンプ操作にとって好ましい。炭素吸着剤と共
に低温ポンプを用いることは、他の高度真空ポンプよりも、いくぶん不利である
。なぜなら、このような低温ポンプは、本発明の方法において用いられるイオン
ビーム源による水素の発生能力が低いからである。水素の低発生能力は、頻繁に
、低温ポンプ中に吸着剤を再生させる必要とする結果を招く。
本発明の製品の好ましい製造方法は、バッチタイプの真空蒸着システム、ロー
ドロック蒸着システム又はインライン工程真空蒸着チャンバーで実施することが
できる。上記バッチタイプの真空蒸着システムにおいては、主要な真空チャンバ
ーが脱気され、一群の部品の蒸着後にチャンバーは大気圧にもどされる。上記ロ
ードロック蒸着システムにおいては、主要な真空蒸着チャンバーは常時減圧下に
維持されるが、被覆されるべき一群の部品が真空−空気ロードロックを通じて蒸
着ゾーンの中及び外を往復する。上記インライン工程真空蒸着チャンバーにおい
ては、一群の部品が、異なるポンプゾーンを通じて大気から蒸着チャンバーに流
入し、異なるポンプゾーンを通じて大気圧に戻る。
コーティングすべき基体を基体ホルダー３上に配置して傾け、簡単に回転させ
、惑星運動をさせるか、又はそれらを同時に行う。コーティングレンズの製造に
おいては、半球形惑星ホルダーが用いられる。基体ホルダーは、垂直方向又は水
平方向、又はそれらの間の何れの角度にも置かれる。垂直方向は、基体の粒子汚
染を最小にするので好ましいが、もし、真空ポンプの低い混乱及び注意深いチャ
ンバーの保守等の特別の予防措置が行われるなら、基体は水平方向に配置され、
重力によって支えられる。水平方向の配置は、容易に固定することができない小
さい基体を容易に固定できるという観点から有利である。この水平方向の幾何学
は、最も容易に、図１のイラストを１〜９０°で回転させることによって目に見
ることができる。
蒸着に先んじて、基体について、イオンビーム源４から生じた強力イオンビー
ムでイオンビームスパッターエッチングを行う。イオンビーム源４は、この分野
で周知のいかなるイオンビーム源でもよく、Kaufman 型直流放電イオン源、高周
波又はプラズマ放電イオン源、マイクロ波電子サイクロトロン共鳴イオン源が含
まれ、それぞれは、１、２又は３のグリッドを有し、又は、米国特許第４,８６
２,０３２号明細書のHall Accelerator and End Hall イオン源等のグリッドの
ないものが含まれる。記述されたものは、本明細書において参考文献として組み
込まれる。イオンビームは、典型的にはニュートラライザー(neutralizer)（図
示せず）中へ電子を導入することにより中性に荷電しており、熱電子フィラメン
ト、プラズマ橋、くぼみ陰極又はこの分野で周知の他の型のものである。
イオンビーム源４は、イオン源プラズマチャンバー内に直接ガスを導入するた
めの入り口５及び６を供給される。５は、スパッターエッチングに用いられるア
ルゴン、クリプトン及びキセノン等の不活性ガスの導入のために用いられる。更
に、スパッターエッチングの段階において、酸素は、入口６に導入されるかもし
れず、独立に用いられるか、化学的に補助的なスパッターエッチング、例えばプ
ラスチック基体を供給するために不活性ガスと混合される。入口６は、コーティ
ング蒸着に用いられる炭化水素（メタン、アセチレン、シクロヘキサン）、シロ
キサン、シラザン、酸素、窒素、アンモニア、及び同様のガスの導入のために用
いられる。コーティング蒸着に際し、活性ガスは、得られたコーティングの性質
を修飾しイオン源の安定性を向上させるために、不活性ガスと混合される。活性
ガスも、また、イオン源プラズマチャンバーから離れて導入されるが、入口７に
よってイオンビームに導入することもできる。入口７は、反応ガスの導入のため
の多数の穴を含有するか、または、ガス分布輪になっていることもできる。最後
に、例えば、酸素及びアンモニア等の蒸着に用いる活性ガスは、入口８によって
基体上に、又は基体の近くに、又は入口９によってチャンバー内に導入される。
入口８によって導入された活性ガスは、蒸着の際のコーティング表面における化
学反応によってコーティングの性質を修飾する。
更に、蒸着速度及びコーティング機の処理能力を向上させるため、多数のイオ
ン源４が利用され、同時に操作される。イオン源の操作は、異なるコーティング
材料がそれぞれのイオン源から蒸着されるように、そのケースによって配列する
ことができる。米国特許第４，４９０，２２９明細書に記述されたように、付加
的なイオン源（図示せず）を、フィルムの性質を変化させるために、コーティン
グ蒸着の際に基質をいっしょに攻撃させるために用いることができる。
本発明の方法においては、残留炭化水素及び他の汚染物等の汚染物質を、製造
し処理すべき基体から除去するために、先ず、基体を化学洗浄する。超音波洗浄
、又はこの分野で知られている水性洗剤が効果的である。洗浄操作の詳細は、製
造及びそれに続く処理の後に残る汚染の性質に依存する。化学洗浄工程が、表面
の汚染物質及び残留物を取り除くことに効果的であること、また、コーティング
の結果として生じる接着性が乏しいことは重大である。
工程の第２段階において、基体を真空チャンバー内に挿入し、チャンバー内の
空気を脱気する。典型的には、真空チャンバー内を１×１０-5Torr以下の圧力に
まで真空とし、チャンバー内の水蒸気及び他の汚染物質の除去を確実にする。け
れども、次の工程の開始に先んじて達成すべき必要な真空の程度は、実験によっ
て決定されるべきである。真空の正確な程度は、基体材料の性質、スパッターエ
ッチングの速度、真空チャンバー内の残留ガスの構成、及びコーティング処理に
依存する。必要以上に低圧まで真空とするのは好ましくなく、処理を遅くし、コ
ーティングシステムの処理能力を減少させる。
工程の第３段階において、基体表面は、例えば、炭化水素、表面酸化物及び第
１段階で除去されない好ましくない材料等の残留汚染物質を除去するため、及び
表面を活性化するために、強力イオンの衝撃を加えられるか、又は反応種にさら
される。「イオンビーム」なる用語においては、それは、基体からはなれたプラ
ズマから生成されるイオンのビームを意図する。イオンは、プラズマから多種の
技術、例えば、Kaufman 型イオン原等の用イオン抽出を促進するバイアスである
静電グリッド、又はEnd Hall型イオン源及びHallアクセレーター等の静電バイで
結合する磁場等によって抽出することができるが、これらに限定されない。抽出
後、イオンは、イオン（プラズマ）源と基体との電位の相違によって（典型的に
は設置された電位において又は近くで）、イオン源から基体に向けられる。イオ
ンビームは典型的には多種の可能な源から得られる電子によって中性に荷電し、
該源としては、熱電子熱フィラメント、プラズマ橋中和剤が含まれるが、これら
に限定されない。イオンビームの中性荷電は、基体の電位が維持されるので、非
常に安定な方法で電気的に絶縁の基体の処理を許容する。本発明における基体周
囲の蒸着域における典型的な圧力は約１０-6Torr〜約５×１０-3Torrの範囲であ
り、イオン−ガス衝突を最小化し、その結果、高密度で高度なコーティングの形
成に必要なイオン照射の高エネルギーが維持される。この基体表面のスパッター
エッチングは、基体表面及びコーティング層の間の高い接着力を達成するために
必要である。スパッターエッチングは、アルゴン、キセノン及びクリプトン等の
不活性ガスで行われる。更に、表面活性化を補助するためにイオンビームに、水
素又は酸素を加えることができる。スパッターエッチング源ガスが異なる多種の
方法、イオン源のプラズマチャンバーへの直接導入、直接導入ではないイオン源
に接近した導入等の方法で導入される。即ち、入り口７を通した導入、入り口９
を通し真空チャンバーの裏面からの、源から離れた位置からの導入等がある。典
型的には、能率的且つ迅速なイオンスパッターエッチングを達成するためには、
イオンエネルギーは２０ｅＶより大きい。２０００ｅＶのような高いイオンエネ
ルギーが用いられるが、５００ｅＶ未満のイオンエネルギーは表面に、最小量の
原子スケールの損傷を生じる。
基体表面をスパッターエッチングした直後に、Ｃ、Ｓｉ、Ｈ、Ｏ、Ｎ又はこれ
らの原子のサブグループの２又はそれ以上を含むイオンビームによって、基体上
にコーティング層を蒸着させる。イオンビームは、Ｃ、Ｓｉ、Ｈ、Ｏ、Ｎ又はこ
れらの原子のサブグループの２又はそれ以上を含む前駆体ガスを、イオン源プラ
ズマ、イオン源プラズマの近く、又はイオン源から離れて導入することによって
形成される。前駆体ガスは、例えば、他の不活性ガス（例えば、アルゴン）と混
合されてもよい。前駆体ガスは、イオン源プラズマ中又はイオンビーム中で活性
化される。活性化の例は、単純な電子刺激、イオン化、他の種との化学反応、電
子的に刺激されるイオン及び中性原子、電子的に刺激される単純なイオン種又は
中性種への分解を含むが、それらに限定されない。イオンは、電子の追加によっ
て中性に荷電した形式で遠隔のプラズマから抽出される。それから、活性化され
た前駆体種のいくつかは、コーティングされるべき基体の表面で濃縮される。イ
オンは、約１０〜約１５００ｅＶのエネルギーによってコーティングされる表面
を攻撃する。イオン衝突エネルギーは、イオンの起源点及び試料の間の電界、基
体上のイオンの衝突に先立つイオン及び他のイオン性又は中性種との間に生ずる
衝突によるエネルギーの消失に依存する。他の活性化種も基体表面で濃縮される
かもしれない。中性種は、中性起源に依存する、多種のエネルギー（熱から１０
０ｅＶまで）によって、表面を攻撃するだろう。高度の強力蒸着工程は、高度の
接着力、高密度及び硬度のコーティングを基体表面上に生じさせる。密度、硬度
及びコーティングの他の性質は、全て、使用した前駆体ガスと同様に、蒸着工程
のエネルギーに依存する。
以下は、イオンビーム蒸着された耐摩耗性コーティングのいくつかの異なる形
態を記述する。最も簡単なケースでは、コーティング工程中に蒸着条件を変化さ
せず、結果として単層コーティングとなる。層の厚みは、適用によって要求され
る耐摩耗性の程度によって決まるが、約５０Å〜約１００ミクロンである。一般
的に、厚いコーティングは、大きい耐摩耗性を付与する。
第２のケースでは、基体上に複数の層を供給するのが好ましい。この状態の１
つの例は、非反射コーティングを有するプラスチック製眼科用レンズである。こ
のケースでは、厚く、透明なコーティングが、先ず耐摩耗性を供給するために蒸
着される。本発明の方法を用いて、異なる屈折率を有する材料は、前駆体ガスの
組成又はイオンビームのエネルギー等の蒸着条件を変えることにより、容易に製
造される。厚い層の正確な厚さ及び屈折率を充分に変化させることにより、非反
射プラスチックレンズ製品は製造される。異なる屈折率を有する同一のタイプの
材料を用いることは、特定の反射する色、例えば、先行技術で知られている技術
を用いることによって、４分の１波長のデザインをすることができる。
第３のケースは、高度、耐摩耗性又は低摩擦層が基体に良く接着しない状態で
適用できる。この状態では、第１の接着促進層又は中間層を用いるのが好ましい
。このような層は、耐摩耗性又は低摩擦層の基体への化学結合を向上し、又はフ
ィルム引張を減少し基体への接着性を向上させるために、異なる前駆体ガス又は
異なる蒸着条件を利用する。従って、第１の層は基体とよく接着し、それに続い
て、耐摩耗性層は第１の層によく接着する。この状態においては、薄い（１ミク
ロン未満）の接着促進層は典型的に厚い（約２〜約１００ミクロン）の耐摩耗性
最上層とともに用いられる。
薄く、耐摩耗性層が基体と良く接着するが、低摩擦等の特性を欠き、そのため
１又はそれ以上の付加的層が必要であるような、他のケースがある。この状態の
例は、Kimockら、米国特許第5,268,217 号明細書で、耐摩耗性ガラス製バーコー
ドスキャナーウインドウについて議論されている。この製品について、殆どの状
態で耐摩耗性を示す、厚く、高度で、オキシ窒化ケイ素を含有する層材料が用い
られている。ガラス片をオキシ窒化ケイ素層とこすると、ガラスとオキシ窒化ケ
イ素との間の高摩擦によるコーティング表面のガラス破片が残留する。もし、低
摩擦ＤＬＣ又は他の低摩擦材料をオキシ窒化ケイ素に蒸着すると、ガラスとこす
っても表面にガラス破片は残留しない。本発明は、接着層、厚く、耐摩耗性の層
、例えば、オキシ窒化ケイ素、及び低摩擦ＤＬＣ層の蒸着に用いられる。更に、
ＤＬＣは、他の公知の方法で蒸着される。結局、窒化ホウ素、酸化すずチタニウ
ム、酸化アルミニウム及び酸化ジルコニウム等の他の低摩擦上層を用いることが
できる。
ＤＬＣは最高の耐摩耗性材料である。従って、本発明のコーティングは、ＤＬ
Ｃのために優れた接着層となる。ＤＬＣ層の蒸着前に基体上に蒸着されるケイ素
原子を含有する材料の中間層の蒸着が、最高の耐摩耗性を有し、高い接着性を有
するＤＬＣ層となることが見出された。中間層材料中のケイ素原子とＤＬＣ層中
の炭素原子との反応が、優れた接着性を示すのに重要であると一般的に信じられ
ている。ケイ素、及び水素、酸素、炭素及び窒素原子の１又はそれ以上を含有す
る中間層の蒸着は、上記原子を含有するガスの上でイオン源４を操作することに
より本発明に従って実施される。例えば、イオン源４は、ケイ素、炭素及び水素
を含有する中間層を生成するために、ジエチルシランガス上でイオン源４を操作
することができる。中間層の厚みは、典型的には、約１０Å〜１ミクロンの範囲
である。
本発明のケイ素含有層が、下記の原子の組み合わせを含有することは前もって
言及される。即ち、Ｓｉ及びＣ；Ｓｉ、Ｃ及びＨ；Ｓｉ及びＮ；Ｓｉ、Ｎ及びＨ
；Ｓｉ及びＯ；Ｓｉ、Ｏ及びＨ；Ｓｉ、Ｏ及びＮ；Ｓｉ、Ｏ、Ｎ及びＨ；Ｓｉ、
Ｃ、Ｈ及びＮ；Ｓｉ、Ｃ、Ｈ及びＯ；Ｓｉ、Ｃ及びＮ；Ｓｉ、Ｃ及びＯ；Ｓｉ、
Ｏ、Ｃ及びＮ；Ｓｉ、Ｃ、Ｈ、Ｏ及びＮが、非晶質の炭化ケイ素、窒化ケイ素、
酸化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、これらの混合物、及び炭化窒化ケイ素、オキシ
炭化
ケイ素及びオキシ炭化窒化ケイ素等の化学的結合物等の名で言及される。窒化ケ
イ素については、ケイ素原子及び炭素原子から、あるいは、及び水素原子からな
る材料を含むであろう。ケイ素及び炭素の理論的及び非理論的な量は、この炭化
ケイ素材料の定義に含まれる。窒化ケイ素については、ケイ素原子及び窒素原子
、あるいは及び水素原子からなる材料を含むであろう。ケイ素及び窒素の理論的
及び非理論的な量は、この窒化ケイ素材料の定義に含まれる。酸化ケイ素につい
ては、ケイ素及び酸素、あるいは及び水素からなる材料を含むであろう。オキシ
窒化ケイ素については、ケイ素、酸素及び窒素、あるいは及び水素からなる材料
を含むであろう。化学式ＳｉＯxＮyＨzで定義される材料は、このオキシ窒化ケ
イ素材料の定義に含まれると考えられる。本発明の方法で蒸着された非晶しつの
オキシ炭化ケイ素（Ｓｉ、Ｏ、Ｃ、Ｈ）及びオキシ炭化窒化ケイ素（Ｓｉ、Ｏ、
Ｃ、Ｎ及びＨ）材料は、プラスチック基体の耐摩耗性コーティングとして特に有
利である。
真空チャンバーの残留ガス又は他の汚染物質で中間層表面の再汚染の可能性を
最小にする接着促進層の蒸着の直後にＤＬＣ層を蒸着させるのは好都合である。
イオンビーム蒸着されたＤＬＣ層の厚みは約５０Å〜約１００ミクロンの間であ
ることができる。５０Åオーダーの、薄いＤＬＣコーティングはＤＬＣ層の主要
な機能が低摩擦表面又は化学保護を供給するのに有用である。厳格な摩耗からの
保護が必要な場合は、厚いＤＬＣ層が有用である。
本発明のＤＬＣコーティングの形成には、いくつかのイオンビーム蒸着法が用
いられ、前記米国特許第４,４９０,２２９号明細書に記載の直接イオンビーム蒸
着、及びイオン補助直接イオンビーム蒸着が挙げられる。
本発明のために、工程を簡便にし、迅速な蒸着をし、大量生産のスケールアッ
プを容易にするためには、炭化水素ガスからの直接イオンビーム蒸着は最も好ま
しい方法である。メタン又はシクロヘキサンは、炭化水素源ガスとして好ましい
が、アセチレン、ブタン及びベンゼン等の炭化水素ガスも同様に用いることがで
きる。ＤＬＣフィルムの特性を修飾するために、水素、及びアルゴン、クリプト
ン及びキセノン等の不活性ガスをイオン源プラズマに導入することができる。Ｄ
ＬＣ蒸着において用いられるイオンエネルギーは、約２０ｅＶ〜約１０００
ｅＶの範囲である。蒸着の際の基体の加熱を最小にするために、イオンエネルギ
ーは２０ｅＶ〜３００ｅｖの範囲が最も好ましい。
いったん、最上コーティング層の厚みの選択が行われると、基体上の蒸着工程
が終了し、真空チャンバーの圧力が大気圧まで上昇し、コーティングされた基体
が真空チャンバーから取り出される。
以下に示す実施例は、本発明の方法の優れた性能を説明する。実施例は、説明
のためだけであって、どんな場合でも、請求の範囲を制限することを意味しない
。
実施例Ａ
直径７.６２ｃｍ（３インチ）のＳｉ（００１）ウェハー及び２.５４ｃｍ（１
インチ）×２.５４ｃｍ（１インチ）の石英ガラス片をイソプロピルアルコール
で洗浄し、窒素ガスで乾燥し、カプトンテープ(Kapton tape)でグラファイトデ
ィスクにのせた。グラファイトプレートを２５.４ｃｍ（１０インチ）直径の拡
散ポンプによりステンレス鋼真空チャンバーに導入し、真空チャンバーを９.２
×１０-6Torrの圧力に減圧した。基体を、陽極電位が１７２ボルト、陽極電流が
１.０８アンペアのEnd Hallイオン源(MarkII Commonwealth Scientific として
製造されたもの)から生成したアルゴンイオンビームで、５ｓｃｃｍのアルゴン
を用いて１分間スパッターエッチングを行った。アルゴンガスをイオン源のプラ
ズマチャンバー内に直接導入した。チャンバー内の圧力は７.４×１０-5Torrで
あった。電子源として熱フィラメントを用いた。スパッターエッチング後、イオ
ン源のプラズマチャンバー内にメタンガスを１０ｓｃｃｍの流量で直接導入し、
６.６×１０-5Torrの圧力とした。陽極電位は１７２ボルトであり、陽極電流は
１.０８アンペアであった。この条件で５分間操作した後、固定された２８８０
ÅのＤＬＣコーティングを蒸着した。圧縮応力は１.５×１０10dyne/cm2であっ
た。石英ガラス基体のコーティングは可視光で見ると、茶色であった。
実施例Ｂ
直径７.６２ｃｍ（３インチ）のＳｉ（００１）ウェハー及び２.５４ｃｍ（１
インチ）×２.５４ｃｍ（１インチ）の石英ガラス片をイソプロピルアルコール
で洗
浄し、窒素ガスで乾燥し、カプトンテープ(Kapton tape)でグラファイトディス
クにのせた。グラファイトプレートを２５.４ｃｍ（１０インチ）直径の拡散ポ
ンプによりステンレス鋼真空チャンバーに導入し、真空チャンバーを２.３×１
０-6Torrの圧力に減圧した。基体を試料を、陽極電位が１７０ボルト、陽極電流
が１.２５アンペアのEnd Hallイオン源(MarkII Commonwealth Scientific とし
て製造されたもの)から生成したアルゴンイオンビームで、５ｓｃｃｍのアルゴ
ンを用いて２分間スパッターエッチングを行った。アルゴンガスをイオン源のプ
ラズマチャンバー内に直接導入した。チャンバー内の圧力は４.８×１０-5Torr
であった。電子源として熱フィラメントを用いた。スパッターエッチング後、ア
ルゴンを止め、イオン源のプラズマチャンバー内にシクロヘキサンガスを直接導
入し、１.４×１０-4Torrの圧力とした。陽極電位は２６.６ボルトであり、陽極
電流は１アンペアであった。この条件で１５分間操作した後、固定された２６５
０ÅのＤＬＣコーティングを蒸着した。圧縮応力は３.６×１０9dyne/cm2であっ
た。石英ガラス基体のコーティングは可視光で見るとき黄色であった。
実施例Ｃ
直径７.６２ｃｍ（３インチ）のＳｉ（００１）ウェハー及び２.５４ｃｍ（１
インチ）×２.５４ｃｍ（１インチ）の石英ガラス片をイソプロピルアルコール
で洗浄し、窒素ガスで乾燥し、カプトンテープ(Kapton tape)でグラファイトデ
ィスクにのせた。グラファイトプレートを２５.４ｃｍ（１０インチ）直径の拡
散ポンプによりステンレス鋼真空チャンバーに導入し、真空チャンバーを２.５
×１０-6Torrの圧力に減圧した。基体を試料を、陽極電位が１６０ボルト、陽極
電流が０.９８アンペアのEnd Hallイオン源(MarkII Commonwealth Scientific
として製造されたもの)から生成したアルゴンイオンビームで、６.４ｓｃｃｍの
アルゴンを用いて２分間スパッターエッチングを行った。。チャンバー内の圧力
は２.１×１０-5Torrであった。電子源として熱フィラメントを用いた。スパッ
ターエッチングが完了した後、イオン源のプラズマチャンバー内にテトラメチル
シクロテトラシロキサンを導入し、アルゴンを止め、チャンバー内の圧力を６.
７×１０-5Torrとした。イオン源を陽極電流１.５６アンペアにおける陽極電位
１００ボルト
で処理した（イオンビーム電流は約０.３１アンペア）。この条件で４分間操作
した後、イオン源を止め、冷却し、チャンバーを排出した。蒸着が固定されたコ
ーティングは３７７５Åの厚みであり、コーティングの圧縮応力は１.０５×１
０10dynes/cm2であった。蒸着速度は約９４５Å／分であった。コーティングは
可視光に対して透明であり、屈折率は１.８であった。
実施例Ｄ
２.５４ｃｍ（１インチ）×２.５４ｃｍ（１インチ）の石英ガラス片、ＣＲ−
３９レンズ、５.０８ｃｍ（２インチ）×５.０８ｃｍ（２インチ）×０.３１７
５ｃｍ（０.１２５インチ）のＣＲ−３９試料、５.０８ｃｍ（２インチ）×５.
０８ｃｍ（２インチ）×０.３１７５ｃｍ（０.１２５インチ）のポリカーボネー
ト試料、及びケイ素片を全てイソプロピルアルコールで洗浄し、窒素で乾燥した
。試料を２５.４ｃｍ（１０インチ）直径の拡散ポンプによりステンレス鋼真空
チャンバーに導入し、真空チャンバーを２.４×１０-6Torrの圧力に減圧した。
基体を試料を、陽極電位が１５０ボルト、陽極電流が１.０２アンペアのEnd Hal
lイオン源(MarkII Commonwealth Scientific として製造されたもの)から生成し
たアルゴンイオンビームで、４.７ｓｃｃｍのアルゴンを用いて１０分間スパッ
ターエッチングを行った。アルゴンガスを、イオン源のプラズマチャンバー内に
直接導入した。チャンバー内の圧力は１.１×１０-4Torrであった。スパッター
エッチング後、アルゴンガスを３７.５ｓｃｃｍに増加し、陽極電位を５０ボル
トまで減少した。ヘキサメチルジシロキサン蒸気を、イオン源プラズマの約２.
５４ｃｍ（１インチ）下流に位置するノズルを通してアルゴンイオンビームに導
入した。イオン源を５.１０アンペアの陽極電流で操作した。この条件で３０分
間操作した後、２５００Å厚みの固定コーティングが得られた。可視光で、石英
ガラス上には黄色の色が現れた。
実施例Ｅ
２.５４ｃｍ（１インチ）×２.５４ｃｍ（１インチ）の石英ガラス、ＣＲ−３
９レンズ、５.０８ｃｍ（２インチ）×５.０８ｃｍ（２インチ）×０.３１７５
ｃｍ
（０.１２５インチ）のＣＲ−３９試料、５.０８ｃｍ（２インチ）×５.０８ｃ
ｍ（２インチ）×０.３１７５ｃｍ（０.１２５インチ）のポリカーボネート試料
、及びケイ素片を、全てイソプロピルアルコールで洗浄し、窒素で乾燥した。試
料を２５.４ｃｍ（１０インチ）直径の拡散ポンプによりステンレス鋼真空チャ
ンバーに導入し、真空チャンバーを２×１０-5Torrの圧力に減圧した。基体を試
料を、陽極電位が１１５ボルト、陽極電流が３.５６アンペアのEnd Hallイオン
源(MarkII Commonwealth Scientific として製造されたもの)から生成したアル
ゴンイオンビームで、１４ｓｃｃｍのアルゴンを用いて１０分間スパッターエッ
チングを行った。チャンバー内の圧力は２.５×１０-4Torrであった。電子源は
３ｓｃｃｍのアルゴンガスで操作される中空陰極であった。スパッターエッチン
グ後、アルゴンガスを７ｓｃｃｍに減少し、陽極電位を６７ボルトまで減少させ
、ヘキサメチルジシラザンを、イオン源プラズマの約２.５４ｃｍ（１インチ）
下流に位置するノズルを通してアルゴンイオンビームに導入した。イオン源を５
.１アンペアの電流で操作し、蒸着を３０分間続けた。チャンバー内の圧力は１.
１×１０-3Torrであった。固定された、２.１ミクロン厚みのフィルムが得られ
、それは、可視光で見ると、非常に透明で水白であった。
実施例Ｆ
２.５４ｃｍ（１インチ）×２.５４ｃｍ（１インチ）の石英ガラス片及び７.
６２ｃｍ（３インチ）直径のＳｉ（００１）ウェハーをイソプロピルアルコオー
ルで洗浄し窒素ガスで乾燥した。試料を１５.２４ｃｍ（６インチ）直径のグラ
ファイトプレートにのせ、ステンレス鋼真空チャンバーに導入し、２５.４ｃｍ
（１０インチ）直径の拡散ポンプを用いて１.３×１０-5Torrの圧力に減圧した
。試料を、１１ｃｍ直径のグリッドを有するKaufman 型イオン源中で生成したア
ルゴンイオンビームで、５００ｅＶ、１３７ミリアンペアで、３０分間スパッタ
ーエッチングを行った。基体をスパッターエッチングし、アルゴンを止めた後、
テトラエトキシシランをイオン源中に導入した。イオン源を、陽極電位５００ボ
ルト、ビーム電流６２ミリアンペアで操作した。固定された、２３００Å厚みの
コーティングが蒸着された。圧縮応力は６.１×１０9dynes/cm2であった。可視
光で、コーテ
ィングは黄色に見えた。
実施例Ｇ
５.０８ｃｍ(２インチ)×５.０８ｃｍ(２インチ)×０.３１７５ｃｍ(０.１２
５インチ)のＣＲ−３９平板基体、ＣＲ−３９レンズ、５.０８ｃｍ（２インチ）
×５.０８ｃｍ（２インチ）×０.３１７５ｃｍ（０.１２５インチ）のポリカー
ボネート基体及び７.６２ｃｍ（３インチ）直径のＳｉ（００１）ウェハーをイ
ソプロパノール中で超音波洗浄し、窒素ガスで乾燥した。試料を、カプトンテー
プ(Kapton tape)で直径４５.７２ｃｍ（１８インチ）のアルミニウムプレートに
のせ、該プレートをステンレス鋼真空チャンバーに導入し、２５.４ｃｍ（１０
インチ）直径の拡散ポンプにより真空チャンバーを４.４×１０-5Torrの圧力に
減圧した。試料を、イオン源のプラズマチャンバーに直接導入する１０ｓｃｃｍ
のアルゴンガスを用いて、End Hallイオン源（上記実施例で用いた）で生成した
アルゴンイオンビームで５分間スパッターエッチングを行った。陽極電位は、電
流が５.８アンペアである間３０ボルトであった。End Hallイオン源の電子源は
、３ｓｃｃｍのアルゴンガスで操作される中空陰極であった。基体をスパッター
エッチングした後、約１６ｓｃｃｍのオクタメチルシクロテトラシロキサンを、
イオン源の約２.５４ｃｍ（１インチ）下流に位置するノズルを通してイオンビ
ーム内に導入した。陽極電位は、５８ボルトであり、陽極電流は５.８アンペア
であった。この条件で３.５分間操作した後、１０ｓｃｃｍの酸素を導入した。
更に３０秒間操作した後、酸素流量を３０ｓｃｃｍに増加した。更に３０秒後、
酸素流量を５０ｓｃｃｍに増加した。更に３０秒後、酸素流量を７０ｓｃｃｍに
増加し、アルゴンを止めた。陽極電位は５６ボルトであり、陽極電流は５.７２
アンペアであった。チャンバー内の圧力は１.４４.５×１０-3Torrであった。イ
オン源プラズマ及びイオンビームは最初のオクタメチルシクロテトラシロキサン
を導入して４０分後に消去した。チャンバーを大気圧までもどし、試料を取り出
した。コーティングされた試料は可視光で見ると、透明であった。約５.５ミク
ロンのコーティングが試料上にエッチングされた。
コーティングの応力は７.７×１０8dynes/cm2であった。ＣＲ−３９試料で測
定
した曇り度は０.４％未満であった。５.０８ｃｍ（２インチ）×５.０８ｃｍ（
２インチ）×０.３１７５ｃｍ（０.１２５インチ）のコーティングされたＣＲ−
３９をＣＳ−１０Ｆハンドル（全量１ｋｇ）で５００ｇ荷重を用いたテーバー摩
耗試験器で試験を行った。５００サイクル後、曇り度の変化は０.６５％であっ
た。同様の方法で試験したガラスは、５００サイクル後、曇り度の変化は０.６
９％であった。コーティングはケイ素、酸素、炭素及び水素（Ｓｉ、Ｏ、Ｃ及び
Ｈ）を含有していた。
実施例Ｈ
２枚のＣＲ−３９レンズ、及び２枚５.０８ｃｍ（２インチ）×５.０８ｃｍ（
２インチ）×０.３１７５ｃｍ（０.１２５インチ）のＣＲ−３９片をイソプロパ
ノール中超音波洗浄し、窒素ガスで乾燥した。試料を、カプトンテープ(Kapton
tape)を用いて直径４５.７２ｃｍ（１８インチ）のアルミニウムディスクにのせ
た。該プレートを直径２５.４ｃｍ（１０インチ）の拡散ポンプによりステンレ
ス鋼真空チャンバーに導入した。該チャンバーを１.６×１０-5Torrの圧力に減
圧した。試料を、イオン源のプラズマチャンバーに直接導入する１７.４ｓｃｃ
ｍのアルゴンガスを用いて、陽極電位が８０ボルトで陽極電流が４.２２アンペ
アであるEnd Hallイオン源（上記実施例で用いた）で生成したアルゴンイオンビ
ームで５分間スパッターエッチングを行った。End Hallイオン源の電子源は中空
陰極であった。イオンビームをブロックするため、シャッターをイオン源及び基
体の間に置き、１００ｓｃｃｍの酸素ガスをイオン源プラズマチャンバー内に導
入し、アルゴンガスを止め、オクタメチルシクロテトラシロキサンをイオン源の
約２.５４ｃｍ（１インチ）下流に位置するノズルを通してチャンバー内に導入
した。陽極電位は７２ボルトであり、陽極電位は５.５７アンペアであった。該
工程中の圧力は１.２５×１０-3Torrであった。この条件で７２分間操作した後
、イオン源プラズマ及びイオンビームを止め、チャンバーを大気圧に戻し基体を
取り出した。試料は可視光で見ると、透明であった。コーティングの厚みは７.
６ミクロンであり、圧縮応力は５.７×１０8dynes/cm2であった。コーティング
の硬度（ナノインデンテーションによる測定）は３.４ＧＰａであった。参考と
して、同様の方法で測定
した石英の硬度は１０ＧＰａであった。
実施例Ｉ
２片のケイ素と６片の合金基体とをトリクロロメタン中で、次いでイソプロパ
ノール中で超音波洗浄し、窒素ガスで乾燥した。試料を、カプトンテープ(Kapto
n tape)を用いて直径１５.２４ｃｍ（６インチ）のグラファイトプレートにのせ
た。該固定物を直径２５.４ｃｍ（１０インチ）の拡散ポンプによりステンレス
鋼真空チャンバーに導入した。該チャンバーを１.０×１０-5Torrの圧力に減圧
した。試料を、陽極電位５００ボルト及び１３７ミリアンペアのビーム電流で６
ｓｃｃｍのアルゴンで操作した１１ｃｍのKaufman 型イオン源により生成したア
ルゴンイオンビームで２分間スパッターエッチングを行った。チャンバー内の圧
力は１.３×１０-4Torrであった。スパッターエッチング終了後、約２００Åの
Ｓｉ層が、Ｓｉターゲットからのイオンビームスパッタリングによってエッチン
グされた。７ｓｃｃｍのアルゴンガスで機能する５ｃｍのKaufman 型イオン源か
らの１０００ｅＶ、０．１アンペアのイオンビームをＳｉターゲットをスパッタ
ーのために１．５分間用いた。Ｓｉ層を蒸着した後、１１ｃｍのイオン源が１２
ｓｃｃｍのメタンガス及び約１２ｓｃｃｍのジエチルシランガスで、陽極電位５
００ボルト及びビーム電流０.１８５アンペアで７１分間、操作された。チャン
バー内の圧力は１.４×１０-4Torrであった。イオン源プラズマ及びイオンビー
ムを止め、チャンバーを大気圧に戻し、試料を取り出した。試料は、炭素、ケイ
素及び水素を含有するコーティングで、２μｍの厚みにコーティングされていた
。コーティングは、可視光で見ると、つやのある黒であり、ナノインデンテーシ
ョン高度は１３Ｇｐａであった。
実施例Ｊ
５.０８ｃｍ(２インチ)×５.０８ｃｍ(２インチ)×０.９５２５ｃｍ（０.３７
５インチ）の通常のフロートガラスを２枚イソプロパノール中で超音波洗浄した
。次いで、該基体を、カプトンテープ(Kapton tape)でアルミニウムディスクに
のせ、該ディスクをステンレス鋼真空チャンバーに導入した。チャンバーを５×
１０-6Torrの圧力に減圧した。試料を、イオン源のプラズマチャンバーに直接導
入するのアルゴンガスを用いて、End Hallイオン源で生成したアルゴンイオンビ
ームでスパッターエッチングを行った。試料は陽極電位５０ボルト及び陽極電流
５アンペアで２分間スパッターエッチングを行った。アルゴンで機能するイオン
源の電子源は中空陰極であり、チャンバー内圧力は５×１０-4Torrである。スパ
ッターエッチングを行った後、アルゴンを止め、５０ｓｃｃｍの酸素ガスをイオ
ン源プラズマチャンバー内に導入した。更に、５０ｓｃｃｍのシランをイオン源
から２.５４ｃｍ（１インチ）下流のノズルを通して導入した。陽極電位は５０
ボルトであり、陽極電流は５アンペアであった。この条件は基体上に非晶ＳｉＯ2
様フィルムのエッチングを与えた。この条件を３分間維持した。次いで、５０
ｓｃｃｍのアンモニアガスをイオン源のプラズマチャンバーに導入し、酸素ガス
の流量を５ｓｃｃｍに減少した。陽極電位は５０ボルトであり、陽極電流は５ア
ンペアであった。この条件は、基体上にオキシ窒化ケイ素様材料を生産した。こ
の条件で２時間操作した後、シラン、アンモニア及び酸素ガスの流れを止め、２
０ｓｃｃｍのメタンガスをイオン源のプラズマチャンバーに導入する。陽極電位
は５０ボルトであり、陽極電流は５アンペアであった。この条件は、基体上にＤ
ＬＣコーティングを生産した。この条件で２分間操作した後、イオン源プラズマ
及びイオンビームを止め、チャンバーを大気圧に戻し、コーティングされたガラ
スウインドウを取り出した。コーティングの合計厚みは５.５ミクロンであり、
炭素、ケイ素、水素、酸素及び窒素を含有していた。試料は、可視光で見ると、
大変明るい茶色であった。更に、コーティングの接着性、耐摩耗性及び化学耐性
が優れていた。
上記実施例Ｊの工程は、非晶質酸化ケイ素様材料の第１層（２０００Å未満の
厚み）、非結晶オキシ窒化ケイ素材料の第２層及びＤＬＣの薄い上層（２００Å
厚み）のガラス基体を製造した。
実施例Ｋ
１枚のガラス及び１枚のポリシロキサンでコーティングされたポリカーボネー
トサングラスレンズをイソプロパノール中で超音波洗浄し、窒素ガスで乾燥した
。
該レンズを、カプトンテープ(Kapton tape)でアルミニウムディスクにのせ、該
ディスクをステンレス鋼真空チャンバーに導入した。チャンバーを５×１０-6To
rrの圧力に減圧した。試料を、イオン源のプラズマチャンバーに直接導入するア
ルゴンガスを用いて、End Hallイオン源（上記実施例で用いた）で生成したアル
ゴンイオンビームで、陽極電位５０ボルト、陽極電流５アンペアで２分間スパッ
ターエッチングを行った。イオンビーム源のための電子源は、アルゴンガスで機
能する中空陰極である。スパッターエッチングを行った後、アルゴンを止め、５
０ｓｃｃｍの酸素ガスをイオン源プラズマチャンバー内に直接導入、５０ｓｃｃ
ｍのシランをイオン源から２.５４ｃｍ（１インチ）下流のノズル１を通して導
入した。陽極電位は５０ボルトであり、陽極電流は５アンペアであった。この条
件は基体上に非晶二酸化ケイ素様材料の蒸着を与えた。この条件で２分間操作し
た後、シラン及び酸素ガスを止め、２０ｓｃｃｍのメタンガスをイオン源のプラ
ズマチャンバー内に直接導入した。陽極電位は５０ボルトであり、陽極電流は５
アンペアであった。これらの条件は、基体表面上にＤＬＣコーティングを製造し
た。この条件で１０分間操作した後、イオン源プラズマ及びイオンビームを止め
、チャンバーを大気圧に戻し、レンズを取り出した。レンズは、可視光で見ると
、金−茶反射色であった。コーティングの接着性、耐摩耗性及び化学耐性は優れ
ている。
上記実施例Ｋの工程は、５００Å厚みの非晶二酸化ケイ素様中間層及び１００
０Å厚みのＤＬＣ層を有するコーティングサングラスレンズを提供した。
実施例Ｌ
２枚の５.０８ｃｍ（２インチ）×５.０８ｃｍ（２インチ）×０.３１７５ｃ
ｍ（０.１２５インチ）のＣＲ−３９の平らな基体、ＣＲ−３９レンズ、５.０８
ｃｍ（２インチ）×５.０８ｃｍ（２インチ）×０.３１７５ｃｍ（０.１２５イ
ンチ）のポリカーボネート基体、２０.３２ｃｍ（８インチ）直径×０.３１７５
ｃｍ（０.１２５インチ）厚みのポリカーボネート基体、及び７.６２ｃｍ（３イ
ンチ）直径のＳｉ（００１）ウェハーをイソプロパノール中超音波洗浄し、窒素
ガスで乾燥した。試料を、カプトンテープ(Kapton tape)で直径２１.５９ｃｍ（
８.５イ
ンチ）のディスクにのせ、該ディスクをステンレス鋼真空チャンバーに導入し、
直径２５.４ｃｍ（１０インチ）の拡散ポンプにより該チャンバーを５×１０-6T
orrの圧力に減圧した。試料を、イオン源のプラズマチャンバーに直接導入する
３ｓｃｃｍのアルゴンガスを用いて、End Hallイオン源（上記実施例で用いた）
で生成したアルゴンイオンビームで２分間スパッターエッチングを行った。陽極
電位は５０ボルトであり、陽極電流は５.６アンペアであった。End Hallイオン
源の電子源は、３ｓｃｃｍのアルゴンガスで機能する中空陰極であった。スパッ
ターエッチングを行った後、約１６ｓｃｃｍのオクタメチルシクロテトラシロキ
サンを、イオン源から２.５４ｃｍ（１インチ）下流のノズル１を通してアルゴ
ンビームに導入した。陽極電位は５９ボルトであり、陽極電流は５.８アンペア
であった(イオンビーム電流は約１.５アンペア)。この条件で３.０分間操作した
後、７０ｓｃｃｍの酸素ガスをイオン源のプラズマチャンバー内に導入し、アル
ゴンガスの流量を０.０ｓｃｃｍに減少した。陽極電位は５７ボルトであり、陽
極電流は５.７９アンペアであった（イオンビーム電流は約１.５アンペア）。チ
ャンバー内の圧力は１.４×１０-3Torrであった。イオン源プラズマ及びイオン
ビームを、最初のオクタメチルシクロテトラシロキサンの導入から４０分後に止
めた。チャンバーを大気圧にし、試料を取り出した。コーティングされた基体は
可視光で見るとき透明であった。約４.８ミクロンのコーティングが基体上にエ
ッチングされていた。
コーティングの応力は６.４×１０8dyne/cm2であった。コーティングの微小割
れのための引張ひずみは４点曲げ技術(four point bend technique)を用いて測
定された。即ち、１ｃｍ×１０ｃｍの被覆されたポリカーボネート片を、２０.
３２ｃｍ（８インチ）直径の円板に切断し、４点曲げ装置にのせた。試料をコー
ティングの微小割れが観察されるまで曲げた。曲率半径を測定し、ひずみを計算
した。結果は、ひずみ対微小割れが２.１〜２.２％であることを示す。
実施例Ｇ、Ｈ及びＬは、本発明は、プラスチック基体上に、ケイ素、炭素及び
水素を含有する、高度な光学的透明、水白、低応力、接着性、硬度、耐摩耗性コ
ーティングを高い蒸着速度で提供することを証明する。これらの材料の高いエッ
チング速度のためには、高いイオンビーム電流を生産する能力の故に、End Hall
源が好ましいイオンビーム源である。更に、これらの高いイオンビーム電流は低
イオンビームエネルギーで生産され、基体の発熱を減少し、コーティングの他の
有利な特質の原因となる。
本発明の好ましい具体例においては、約２〜約５ＧＰａの範囲のナノインデン
テーション硬度、及び約１％より大きいひずみ対微小割れを有するケイ素、酸素
、炭素及び水素を含有するコーティングがエッチングされる。ケイ素、酸素、炭
素及び水素を含有するコーティングは、同日出願の同時係属出願、Ser.No.(Dock
et No．6051/52638)に詳細に示されており、その詳細は本明細書において参考文
献として組み込まれる。ケイ素、炭素、酸素及び水素を含有するコーティングを
プラスチック基体上に設けると、テーバー耐摩耗性試験の結果はガラスと均等に
なった。これらのコーティングは、向上した接着性を要求する光学的プラスチッ
ク基体（例えば、プラスチック製サングラス又は眼科用レンズ）の用途に特に有
用である。実施例Ｅは、本発明が窒素を含有する同様なコーティングも製造でき
ることを証明する。
それらを、非常に魅力的かつユニークにする、実施例Ｅ、Ｇ、Ｈ及びＬのコー
ティングの性質は、ポリカーボネート及びＣＲ−３９（典型的な硬度は０.２〜
０.３ＧＰａ）、又はポリマーコーティングより優れた硬度、及び高い微小割れ
のためのひずみである。構成的に、コーティングはＳｉＯ2でなく、むしろ、炭
素を意味のある量（５原子％より多く）含有し、そのため、ガラス又は石英コー
ティングに示されるような、脆い、割れの失敗を示さない。
これらの材料を製造するイオンビーム法の利用のユニークな利点は、ひずみ及
び硬度の関係である。この分野においては、ひずみと硬度とがしばしば強い関係
を有することが知られている。一般には、圧縮応力が大きいと、材料が硬度にな
る。酸素イオンビームにシロキサン前駆体を導入することによって製造されたＳ
ｉ−Ｏ−Ｃ−Ｈ材料の場合は、シロキサン前駆体に対する酸素の比を増加するこ
とによってコーティングの硬度が増加し、同時に圧縮応力が減少することが見出
された。この方法によれば、引張応力の下、又はストレスのない状態で硬度且つ
耐摩耗性を有するコーティングを製造することが可能となる。これは、強力な蒸
着工程の意外な結果、及びイオンビーム工程の重要な技術的利点である。
硬度を増加させる圧縮応力の減少は、酸素イオンにより増大する表面、又はイ
オンビーム中の活性化酸素からの炭素のエッチングのためであると信じられてい
る。蒸着されたコーティング中の炭素信号が、シロキサン前駆体の流量に対する
酸素流量を増加させることによって減少することがEnergy Dispersive Spectros
copyによって観察された。硬度を増加させる圧縮応力の減少は、本発明のイオン
ビーム工程に特有である。
本発明の方法を用いると、低い基体温度を維持しながら高い蒸着速度を達成す
ることができる。本発明は、非常に接着性であり且つ最高の耐摩耗性を有するコ
ーティングを製造することができる。例えば、ガラスと同等の耐摩耗性を有する
レンズ等のコーティングプラスチック基体を製造することができる。得られる高
いコーティングの蒸着速度のために、本発明は経済的な製造方法を提供する。本
発明の方法は、商業的に得られる装置を用いて、容易に大量生産のためのスケー
ルアップをすることができる。
上記の記載から、この分野の通常の熟練者は、容易に、本発明が、光学的プラ
スチック等の多様な基体上に高い保護及び耐摩耗性のコーティングを製造する改
良方法を提供することを確認できる。本発明の高度に重要な利点は、コーティン
グの高度の接着性、高度の耐摩耗性、及び大量生産の容易さ及び適応性を含有す
る。
本発明の精神及び範囲から離れないで、この分野の通常の熟練者が、種々の利
用及び条件に適合するように種々の変化及び修飾をすることができる。そのよう
な、これらの変化及び修正が適切であって、そして、以下の請求の範囲の完全な
範囲を意図する。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ピートルミークル ルドルフ ヒューゴ
アメリカ合衆国 ペンシルバニア州
18034 センター ヴァリー ウェスト
ヴァリー ロード 5422
(72)発明者 ガルヴィン ノーマン ドナルド
アメリカ合衆国 ペンシルバニア州
18042 イーストン サウス トゥエルヴ
ス ストリート １−200
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １．基体表面上に、保護、耐摩耗性コーティングを製造する方法であって、 汚染物質を除去するために上記基体表面を化学洗浄し、 残りの汚染物質を更に除去し上記表面を活性化するために、真空蒸着チャンバ ー内で強力イオンのビームで、上記基体表面をスパッターエッチングし、 以下の、Ｓｉ及びＣ；Ｓｉ、Ｃ及びＨ；Ｓｉ及びＮ；Ｓｉ、Ｎ及びＨ；Ｓｉ及 びＯ；Ｓｉ、Ｏ及びＨ；Ｓｉ、Ｏ及びＮ；Ｓｉ、Ｏ、Ｎ及びＨ；Ｓｉ、Ｃ及びＮ ；Ｓｉ、Ｃ、Ｈ及びＮ；Ｓｉ、Ｃ及びＯ；Ｓｉ、Ｃ、Ｈ及びＯ；Ｓｉ、Ｃ、Ｏ及 びＮ；Ｓｉ、Ｃ、Ｈ、Ｏ及びＮからなる群から選択される原子の組み合わせの少 なくとも１つを含有する耐摩耗性コーティング材料の層を前駆体ガスを用いてイ オンビーム蒸着し、 真空チャンバーの圧力を実質的に大気圧に上昇させ、 耐摩耗性が向上した被覆基体製品を回収する、 工程からなる方法。 ２．上記前駆体ガスが、Ｓｉ及びＣ；Ｓｉ、Ｃ及びＨ；Ｓｉ及びＮ；Ｓｉ、Ｎ及 びＨ；Ｓｉ及びＯ；Ｓｉ、Ｏ及びＨ；Ｓｉ、Ｏ及びＮ；Ｓｉ、Ｏ、Ｎ及びＨ；Ｓ ｉ、Ｃ及びＮ；Ｓｉ、Ｃ、Ｈ及びＮ；Ｓｉ、Ｃ及びＯ；Ｓｉ、Ｃ、Ｈ及びＯ；Ｓ ｉ、Ｃ、Ｏ及びＮ；Ｓｉ、Ｃ、Ｈ、Ｏ及びＮの原子の組み合わせを１つ含む、請 求項１記載の方法。 ３．上記汚染物質が、残留炭化水素、表面酸化物及び他の好ましくない材料から なる群から選択される、請求項１記載の方法。 ４．上記前駆体ガスが、酸素及びヘキサメチルジシロキサンを含有する、請求項 １記載の方法。 ５．上記前駆体ガスが、酸素及びテトラメチルシクロテトラシロキサンを含有す る、請求項１記載の方法。 ６．上記前駆体ガスが、酸素及びオクタメチルシクロテトラシロキサンを含有す る、請求項１記載の方法。 ７．上記前駆体ガスが、酸素及びテトラエトキシシランを含有する、請求項１記 載の方法。 ８．上記前駆体ガスが、酸素、シラン及びアンモニアを含有する、請求項１記載 の方法。 ９．上記スパッターエッチング工程が、不活性ガスのイオンを含有するイオンビ ームで行われる、請求項１記載の方法。 10．上記不活性ガスが、アルゴン、クリプトン、キセノン及びそれらの混合物か らなる群から選択される、請求項９記載の方法。 11．上記スパッターエッチング工程が、酸素イオンを含有するイオンビームで行 われる、請求項１記載の方法。 12．上記真空チャンバーが、上記真空チャンバーから空気が脱気されたチャンバ ーである、請求項１記載の方法。 13．上記耐摩耗性コーティング材料が、非晶質炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ケ イ素、オキシ窒化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、炭化窒化ケイ素、オキシ炭化窒素 ケイ素、それらの混合物及びそれらの化合物からなる群から選択される、請求項 １記載の方法。 14．上記基体が、光学的に透明な材料である、請求項１記載の方法。 15．上記基体材料が、プラスチックである、請求項１４記載の方法。 16．上記基体がレンズである、請求項１５記載の方法。 17．上記基体が光学的に透明なレンズである、請求項１記載の方法。 18．上記基体がバーコードスキャナーウィンドウである、請求項１４記載の方法 。 19．上記耐摩耗性コーティングが、所定の波長で反射を減少する、少なくとも２ 種類の異なる屈折率の多層を含有する、請求項１４記載の方法。 20．上記耐摩耗性コーティングが、所定の波長で反射を減少する、少なくとも２ 種類の異なる屈折率の多層を含有する、請求項１５記載の方法。 21．上記耐摩耗性コーティングが、所定の波長で反射を減少する、少なくとも２ 種類の異なる屈折率の多層を含有する、請求項１６記載の方法。 22．上記耐摩耗性コーティングが、所定の波長で反射を減少する、少なくとも２ 種類の異なる屈折率の多層を含有する、請求項１７記載の方法。 23．上記基体が、光学的に透明な材料である、請求項１３記載の方法。 24．上記基体材料がプラスチックである、請求項２３記載の方法。 25．上記基体がレンズである、請求項２４記載の方法。 26．上記基体が、光学的に透明なレンズである、請求項２３記載の方法。 27．上記基体がバーコードスキャナーウインドウである、請求項２３記載の方法 。 28．上記耐摩耗性コーティングが、所定の波長で反射を減少する、少なくとも２ 種類の異なる屈折率の多層を含有する、請求項２３記載の方法。 29．上記耐摩耗性コーティングが、所定の波長で反射を減少する、少なくとも２ 種類の異なる屈折率の多層を含有する、請求項２４記載の方法。 30．上記耐摩耗性コーティングが、所定の波長で反射を減少する、少なくとも２ 種類の異なる屈折率の多層を含有する、請求項２５記載の方法。 31．上記耐摩耗性コーティングが、所定の波長で反射を減少する、少なくとも２ 種類の異なる屈折率の多層を含有する、請求項２６記載の方法。 32．上記基体が、金属、セラミック、ガラス及びプラスチックからなる群から選 択される材料を含有する、請求項１記載の方法。 33．上記基体が、金属、セラミック、ガラス及びプラスチックからなる群から選 択される材料を含有する、請求項１３記載の方法。 34．上記耐摩耗性コーティング材料が、グリッドKaufman 型イオン源を用いてイ オンビーム蒸着されている、請求項１記載の方法。 35．上記耐摩耗性コーティング材料が、高周波プラズマで作動するグリッドイオ ン源を用いてイオンビーム蒸着されている、請求項１記載の方法。 36．上記耐摩耗性コーティング材料が、マイクロ波周波プラズマ作動するグリッ ドイオン源を用いてイオンビーム蒸着されている、請求項１記載の方法。 37．上記耐摩耗性コーティング材料が、電子サイクロトロン共鳴条件でのマイク ロ波周波プラズマ作動するグリッドイオン源を用いてイオンビーム蒸着されてい る、請求項１記載の方法。 38．上記耐摩耗性コーティング材料が、End Hallイオン源を用いてイオンビーム 蒸着されている、請求項１記載の方法。 39．上記耐摩耗性コーティング材料が、Hall型加速器イオン源を用いてイオンビ ーム蒸着されている、請求項１記載の方法。 40．上記前駆体ガスが、イオン源のプラズマチャンバーに直接導入される、請求 項１記載の方法。 41．少なくとも１つのガスがイオン源のプラズマチャンバー内に導入され、上記 前駆体ガスがイオン源真空チャンバーの外部からイオンビームに導入される、請 求項１記載の方法。 42．少なくとも１つのガスがイオン源のプラズマチャンバー内に導入され、上記 前駆体ガスがイオン源プラズマチャンバーの外部から上記基体に接近して導入さ れる、請求項１記載の方法。 43．上記前駆体ガスが酸素及びヘキサメチルジシロキサンを含有し、End Hallイ オン源のプラズマチャンバー内に直接導入される、請求項１記載の方法。 44．酸素ガスがEnd Hallイオン源のプラズマチャンバーに直接導入され、ヘキサ メチルジシロキサン蒸気がイオン源プラズマチャンバーの外部からイオンビーム に導入される、請求項１記載の方法。 45．上記前駆体ガスが酸素及びテトラメチルシクロテトラシロキサンを含有し、 End Hallイオン源のプラズマチャンバーに直接導入される、請求項１記載の方法 。 46．酸素ガスがEnd Hallイオン源のプラズマチャンバーに直接導入され、テトラ メチルシクロテトラシロキサン蒸気がイオン源プラズマチャンバーの外部からイ オンビームに導入される、請求項１記載の方法。 47．上記前駆体ガスが酸素及びオクタメチルシクロテトラシロキサンを含有し、 End Hallイオン源のプラズマチャンバーに直接導入される、請求項１記載の方法 。 48．酸素ガスがEnd Hallイオン源のプラズマチャンバーに直接導入され、オクタ メチルシクロテトラシロキサン蒸気がイオン源プラズマチャンバーの外部からイ オンビームに導入される、請求項１記載の方法。 49．上記前駆体ガスが酸素及びテトラエトキシシランを含有し、End Hallイオン 源のプラズマチャンバーに直接導入される、請求項１記載の方法。 50．酸素ガスがEnd Hallイオン源のプラズマチャンバーに直接導入され、テトラ エトキシシラン蒸気がイオン源プラズマチャンバーの外部からイオンビームに 導入される、請求項１記載の方法。 51．請求項１記載の方法の方法。 52．下記工程(a)〜(g)からなる、基体表面に、保護、耐摩耗性コーティングを製 造する方法。 (a) 残留炭化水素及び他の汚染物質を除去するために、上記基体の表面を化学 洗浄し、 (b) 上記基体を蒸着真空チャンバー内に配置し、上記チャンバー内を脱気して 、 (c) 残留炭化水素及び他の表面汚染物質を更に除去し、表面を活性化するため に、強力なガスイオンビームで上記基体表面をスパッターエッチングし、 (d) 非晶質炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、オキシ 炭化ケイ素、炭化窒化ケイ素、オキシ炭化窒素ケイ素、それらの混合物及びそれ らの化合物からなる群から選択される材料の中間層を前駆体ガスを用いてイオン ビーム蒸着し、 (e) 上記中間層の上にＤＬＣコーティング材料の層を蒸着し、 (f) 真空チャンバー内の圧力を大気圧まで上昇させ、 (g) 耐摩耗性が向上した被覆基体製品を回収する。 53．上記ＤＬＣコーティングが、End Hallイオン源によって生成されるイオンビ ームから蒸着される、請求項５２記載の方法。 54．上記基体が、プラスチック、金属、ガラス及びセラミックからなる群から選 択される材料からなる、請求項５２記載の方法。 55．上記基体が、プラスチック、金属、ガラス及びセラミックからなる群から選 択される材料からなる、請求項５３記載の方法。 56．上記基体が、光学的に透明な材料である、請求項５２記載の方法。 57．上記基体が、光学的に透明な材料である、請求項５３記載の方法。 58．上記基体が、光学的に透明なレンズである、請求項５２記載の方法。 59．上記基体が、光学的に透明なレンズである、請求項５３記載の方法。 60．上記基体が、バーコードスキャナーウインドウである、請求項５６記載の方 法。 61．上記基体が、バーコードスキャナーウインドウである、請求項５７記載の方 法。 62．上記ＤＬＣコーティングのための前駆体ガスがメタンである、請求項５３記 載の方法。 63．上記ＤＬＣコーティングのための前駆体ガスがシクロヘキサンである、請求 項５３記載の方法。 64．請求項５２記載の方法の製品。 65．下記工程(a)〜(f)からなる、基体表面に、保護、耐摩耗性コーティングを製 造する方法。 (a) 残留炭化水素及び他の汚染物質を除去するために、上記基体表面を化学洗 浄し、 (b) 上記基体を蒸着真空チャンバー内に配置し、上記チャンバー内を脱気して 、 (c) 残留炭化水素及び他の表面汚染物質を更に除去し、表面を活性化するため に、強力なガスイオンビームで上記基体表面をスパッターエッチングし、 (d) End Hallイオン源で生成されるイオンビームを用いた、耐摩耗性ＤＬＣコ ーティング材料の層を前駆体ガスを用いてイオンビーム蒸着し、 (e) 真空チャンバー内の圧力を大気圧まで上昇させ、 (f) 耐摩耗性が向上した被覆基体製品を回収する。 66．上記基体がプラスチック材料である、請求項６５記載の方法。 67．上記基体材料がケイ素又はゲルマニウムである、請求項６５記載の方法。 68．上記ＤＬＣコーティング材料のための前駆体ガスがメタンである、請求項６ ５記載の方法。 69．上記ＤＬＣコーティング材料のための前駆体ガスがシクロヘキサンである、 請求項６５記載の方法。 70．請求項６５記載の方法の製品。 71．下記工程(a)〜(f)からなる、原基体上に、Ｃ、Ｈ、Ｓｉ及びＯからなる、耐 摩耗性コーティング材料を蒸着する方法。 (a) 残留炭化水素及び他の汚染物質を除去するために、上記基体表面を化学洗 浄し、 (b) 上記基体を蒸着真空チャンバー内に配置し、上記チャンバー内を脱気して 、 (c) 残りの炭化水素及び他の表面汚染物質を更に除去し、表面を活性化するた めに、強力なガスイオンビームで上記基体表面をスパッターエッチングし、 (d) 上記基体を、炭素、水素、ケイ素及び酸素を含有する前駆体ガスにさらす ことにより、上記耐摩耗性材料の層を上記基体表面上にイオンビーム蒸着し、上 記前駆体ガスが上記イオンビームによって活性化され、上記基体が蒸着に際し強 力イオン照射され、 (e) 真空チャンバー内の圧力を大気圧まで上昇させ、 (f) ナノインデンテーション硬度が約２〜約５ＧＰａの範囲で引張ひずみ対微 小割れが約１％未満である耐摩耗性が向上した被覆基体製品を回収する。 72．上記前駆体ガスが窒素をも含有し、上記耐摩耗性コーティング材料が窒素を も含有する、請求項７１記載の方法。 73．上記耐摩耗性コーティング材料がグリッドイオン源を用いてイオンビーム蒸 着されている、請求項７１記載の方法。 74．上記耐摩耗性コーティング材料が、グリッドレスイオン源を用いてイオンビ ーム蒸着されている、請求項７１記載の方法。 75．上記前駆体ガスがイオン源のプラズマチャンバー内に直接導入される、請求 項７１記載の方法。 76．上記前駆体ガスがイオン源のプラズマチャンバー内に導入され、上記前駆体 ガスの残りの部分がイオンプラズマチャンバーの外部からイオンビームに導入さ れる、請求項７１記載の方法。 77．上記前駆体ガスが酸素を含有する、請求項７１記載の方法。 78．上記前駆体ガスが、シロキサン、シラン、シラザン及びそれらの混合物から なる群から選択される材料である、請求項７１記載の方法。 79．上記前駆体ガスが、ヘキサメチルジシロキサン、テトラメチルシクロテトラ シロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン及びそれらの混合物からなる 群から選択される材料である、請求項７１記載の方法。 80．下記工程(a)〜(g)からなる、原基体上に、Ｃ、Ｈ、Ｓｉ及びＯからなる、耐 摩耗性コーティング材料を蒸着する方法。 (a) 残留炭化水素及び他の汚染物質を除去するために、上記基体表面を化学洗 浄し、 (b) 上記基体を蒸着真空チャンバー内に配置し、上記チャンバー内を脱気して 、 (c) 残りの炭化水素及び他の表面汚染物質を更に除去し、表面を活性化するた めに、強力なガスイオンビームで上記基体表面をスパッターエッチングし、 (d) 上記基体を、炭素、水素、ケイ素及び酸素を含有する前駆体ガスにさらす ことにより上記基体表面上に、ナノインデンテーション硬度が約２〜約５ＧＰａ の範囲で引張ひずみ対微小割れが約１％未満の特性を有する耐摩耗性材料の中間 層をイオンビーム蒸着し、上記前駆体ガスが上記イオンビームによって活性化さ れ、上記基体が蒸着に際し強力イオン照射され、 (e) 上記中間層上に耐摩耗性ＤＬＣ材料の層を蒸着し、 (f) 真空チャンバー内の圧力を大気圧まで上昇させ、 (g) 耐摩耗性が向上した被覆基体製品を回収する。 81．上記前駆体ガスが窒素をも含有し、上記耐摩耗性コーティング材料が窒素を も含有する、請求項８０記載の方法。 82．上記耐摩耗性コーティング材料が、グリッドイオン源を用いてイオンビーム 蒸着されている、請求項８０記載の方法。 83．上記耐摩耗性コーティング材料が、グリッドレスイオン源を用いてイオンビ ーム蒸着されている、請求項８０記載の方法。 84．記前駆体ガスがイオン源のプラズマチャンバー内に直接導入される、請求項 ８０記載の方法。 85．上記前駆体ガスがイオン源のプラズマチャンバー内に導入され、上記前駆体 ガスの残りの部分がイオンプラズマチャンバーの外部からイオンビームに導入さ れる、請求項８０記載の方法。 86．上記基体が、プラスチック、金属、ガラス及びセラミックからなる群から選 択される材料からなる、請求項８０記載の方法。 87．上記中間層を形成する上記前駆体ガスが、シロキサン、シラン、シラザン及 びそれらの混合物からなる群から選択される材料である、請求項８０記載の方法 。 88．上記中間層を形成する上記前駆体ガスが、ヘキサメチルジシロキサン、テト ラメチルシクロテトラシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン及びそ れらの混合物からなる群から選択される材料である、請求項８０記載の方法。 89．下記工程(a)〜(f)からなる、基体表面に保護、耐摩耗性コーティングを製造 する方法。 (a) 残留炭化水素及び他の汚染物質を除去するために、上記基体表面を化学洗 浄し、 (b) 上記基体を蒸着真空チャンバー内に配置し、上記チャンバーから空気を排 出し、 (c) 残りの炭化水素及び他の表面汚染物質を更に除去し、表面を活性化するた めに、強力なガスイオンビームで上記基体表面をスパッターエッチングし、 (d) 中空陰極電子源を有するEnd Hallイオン源によって生成される、耐摩耗性 コーティング材料の層を、前駆体ガスを用いてイオンビーム蒸着し、酸素を上記 イオン源のプラズマチャンバーに導入し、オクタメチルシクロテトラシロキサン をイオンビーム内に直接導入し、 (e) 真空チャンバー内の圧力を大気圧まで上昇させ、 (f) 耐摩耗性が向上した被覆基体製品を回収する。
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