JPS63137167A - 中空体内面への化合物膜のコ−テイング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、イオンビームを用いたスパッタＩＪングに
反応性ガスを併用することにより中空体の内面に機能性
よく、かつ密着性のよい化合物膜を制御性よく均一にコ
ーティングする方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、中空体の内面に化合物膜を選択的にコーティング
する方法としては、例えば文献（東京大学出版会、「ス
パッタリング現象」全厚　繁著Ｐ１２０〜１２３）等に
記載されているように、所望の化合物膜と同じ成分の化
合物をターゲットとし、このターゲットをイオンビーム
によりスパッタしコーティングする方法があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のような従来の中空体内面への化合
物膜のコーティング方法はターグツトドしての化合物の
入手が難しく、かつ高価である。

また、コーティングする化合物膜の組成比の制御が難し
いと共に、コーティング速度が遅い等の問題があった。

この発明は上記従来の問題点を解消するためになされた
もので、中空体の内面に機能性に優れ、かつ密着性のよ
い化合物膜を均一に、安価に製作することのできる中空
体内面への化合物膜のコーティング方法を得ることを百
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るコーティング方法は、中空体内面に配置
された化合物膜の成分中小なくとも一種の成分からなる
ターゲットに、イオンビームを照射し、ターゲットをス
パッタすると同時にターゲットの成分の他に化合物膜を
成形するのに必要な成分を含む反応性ガスを局所的に併
用し、ターゲットと中空体との間に相対運動を与えるよ
うにしたものである。

〔作　用〕

この発明においては、加工室全体を高真空にした状態で
反応性ガス全イオンビームによりプラズマ化でき、局所
的にプラズマ領域全作ることができる。また、イオンビ
ームが照射されているターゲットのスパッタ面からは任
意の運動エネルギーをもったスパッタ粒子が放出され、
このスパッタ粒子とプラズマ領域に存在する活性な粒子
とが化合あるいは反応を起こしながら円筒体の内面に化
合物のコーティング）ｌｌ’ｔ−ｇ形することができる
。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は中空体の一例である円筒体の内面に化合物膜をコー
ティングする斜視図を示し、第２図は第１図の断面図を
示している。図において、１は中空体としての円筒体で
あり、ワークホルダ２によフ保持されている。このワー
クホルダ２は所望の化合物膜の成分中、少なくとも一種
の成分からなるターゲット３の外径よシも大きく、かつ
円筒体１の保持される部分の外径よりも小さな径の穴１
２ｔ−有し、この穴１２内にターゲット３やターゲット
ホルダ４に保持されている。ターゲットホルダ４上に保
持されたターゲット３のスパッタ面１５にはイオンビー
ム５が照射方向１３より照射されると同時に細いパイプ
８よジターゲット３の成分の他に所望の化合物膜全底形
するのに必要な成分を含む反応性ガス９をコーティング
を必要とする近くにのみ局所的に供給する。

上記の方法によフ加工室全体を高真空に保った状態で反
応性ガス９をイオンビーム５によりプラズマ化でき、局
所的にプラズマ領域１４を作ることができる。一方、イ
オンビーム５が照射されているターゲット３のスノぞン
タ面１３からは任意の運動エネルギーを持ったスパッタ
粒子６が放出され、このスパッタ粒子６とプラズマ領域
１４に存在する活性な粒子とが化合あるいは反応を起こ
しながら円筒体１の内面に化合物のコーテイング膜７全
形成していく。ここで、ターゲットホルダ４およびター
ゲット３の外径は円筒体ｌの最小内径から所望のコーテ
ィング膜厚の２倍全差引いた値を越えてはならないこと
、そしてイオンビーム５は所望のコーティング＠７の成
形過程においてコーティングしようとする円筒体や所望
の膜性状に悪影響全及はさないようなビーム径に制御し
ておく必要がある。また１１は円筒体１の中心軸に沿っ
た上下運動を示しており、実際には円筒体１を保持する
ワークホルダ２に上下運動を与える。この上下運動１１
はイオンビーム５によるターゲット３のスパッタ条件、
スパッタ粒子の運動軌跡１０およびイオンビーム５のタ
ーゲット３上の照射部と円筒体１との相対位置関係によ
って決定され、生じてしまう化合物膜７の不均一性（膜
厚と膜性状）を解消するためのものであり、所望の膜厚
および膜性状に応じ最適速度に制御された上方あるいは
下方の一方向運動または上下の往復運動である。なお、
上記機構ではターゲット３を固定し、円筒体１を上下運
動させているが、この上下運動１１をターゲット３と円
筒体１との相対運動と考えると、ターゲット３を固定し
円筒体１を運動させる方法以外に、円筒体１を固定しタ
ーゲット３金運動させる方法と、円筒体１とターゲット
３とを同時に運動させる方法がある。しかし、ターゲッ
ト３を上下運動させるとイオンビーム５の照射条件の変
化からスパッタ条件が大きく変化し、均一な膜の成形の
ためには複雑な制御系をもつ加ニジステムが必要とされ
ることから、実用性からはターゲット３は固定し円筒体
１に上下運動１１ｔ−与える方法がよい。

次に化合物膜の組成比について説明する。化合物膜の組
成比は細いパイプ８から導入される反応性ガス９の流入
量により制御でき、例えば最初反応性ガス８を流さず、
ターゲット３から放出されるスパッタ粒子６のみによる
コーティング全行ない、次に反応性ガス９を流し化合物
膜７の組成比を調整していくとｂつ次ことも可能である
。

ところで、以上述べた実施例では円筒体１の中心軸１６
とイオンビーム５の中心軸１７が一致しておフ、かつイ
オンビーム５がターゲット３のスパッタ面１５に垂直に
照射している理想的な場合について述べているが、溝３
図に示すように円筒体ｌの中心軸１６とイオンビーム５
の中心軸１７とが偏心している場合にはターゲット３上
のイオンビーム照射部と円筒体１の円周方向の距離の違
いによるコーテイング面へのスパッタ粒子６の到達量の
違いおよび円筒体１内のプラズマの密度の非対称性から
、また、第４図に示すようにイオンビーム５の中心軸１
７に対してターゲット３のスパッタ面１５が角度θ傾斜
している場合には、円周方向のスパッタ粒子６の放１ｆ
ｊｆｔの違いから円筒体１の上下運動１１のみでは円周
方向の膜の不均一性が発生する。したがって、ｗｃ３図
ではターゲット３を固定し円筒体１金運動させる。そし
て第４図では円筒体１およびターゲット３またはいずれ
か一万を運動させ、他方を固定するといったターゲット
３と円筒体１の円周方向の相対運動１８金上記し友上下
運動１１と併用することにより、円筒内面への均一な膜
の成形が可能となる。

また、上記円周方向の相対運動１８並びに上下運動１１
はイオンビーム５の中心軸１７と円筒体１の中心軸１６
が偏心しており、かつターゲット３のスパッタ面１５が
角度θ傾斜している場合の均一膜の成形に有効であるこ
とは勿論のこと、第５図に示すようにイオンビーム加工
の一つの特性であるスパッタリング率（単位照射イオン
に対するターゲット３０原子の放出量）のイオンビーム
５のスパッタ面１５への入射角θ依存性を利用し、イオ
ンビーム５のターゲット３のスパッタ面１５への相対入
射角、すなわちイオンビーム５の中心軸１７とターゲッ
ト３のスパッタ面１５０法線１９とのなす角θを制御し
、最適な膜厚あるいはコーティング速度を最適に制御す
る内面コーティング法にも有効である。なお膜厚および
コーティング速度の制御にはイオンビームのエネルギー
トイオン電流密度の制御によ夕行なえることは言うまで
もなく、この方法とスパッタリング率のイオンビームの
スパッタ面への入射角依存性を利用する制剃刀法以外に
、スパッタリング率のスノぐツタ面温度依存性を利用し
、スパッタ面の温度を制御する方法があるが、これら３
種の制御方法を最適に併用するとよりよい効果が得られ
る。

なお、以上の説明では円筒体１内面へのコーティングの
場合について述べたが、その他、フューエルインジェク
タバルブシートあるいはＶＴＲ動圧グループ軸受などの
中空物体あるいは軸対称な中空物体の内面コーティング
に対してもスパッタ条件および中空物体とターゲットと
の相対運動の最適制御によシ使用可能であることは言う
までもない。ま九、ターゲット３は金属、非金属、化合
物あるいは合金のいずれであってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、中空体内部に配
置されたターゲットにイオンビームを照射し、ターゲッ
トヲスパッタすると同時に反応性ガスを併用し、ターゲ
ットと中空体との間に相対運動を与えることにより、中
空体内面に機能性に優れかつ、密着性のよい化合物＠全
制御性よく均一に安価に製作することができる。また、
イオンビームのスパッタに反応性ガスを併用した化合物
膜のコーティングは加工室全体の雰囲気を高真空に保て
ることから、化合物膜の生成過程においてイオンビーム
のエネルギーを効率よく利用できる上、ターゲットは種
類を選ばないことから新しい化合物膜の成形も可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるコーティング方法を
実施するための装置の斜視図、第２図は第１図の縦断面
図、第３図は円筒体の中心軸とイオンビームの中心軸が
偏心している場合のコーティング方法全説明するための
断面図、第４図はターゲットのスパッタ面とイオンビー
ムが角度ｅ！している場合のコーティング方法を説明す
るための断面図、第５図はイオンビームのスパッタリン
グ率 ある。 １・・・円筒体、２・・・ワークホルダ、３・・・ター
ゲット、４・・・ターゲットホルダ、５・・・イオンビ
ーム、７・・・化合物膜、８・・・ノぞイブ、１５・・
・スノぞツタ面。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）所望の化合物膜を中空体内面にコーティングする
   方法において、中空体の内部に配置され、中空体と相対
   運動している化合物膜の成分中少なくとも一種の成分か
   らなるターゲットに、中空体の膜性状に影響を及ぼさな
   いように制御したイオンビームを照射し、上記ターゲッ
   トをスパッタすると共に、ターゲットの成分の他に化合
   物膜を成形するのに必要な成分を含む反応性ガスを局所
   的に併用することにより中空体内面に高真空中で化合物
   膜をコーティングすることを特徴とするコーティング方
   法。
2. （２）中空体が軸対称な中空な物体であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の中空体内面への化合物
   膜のコーティング方法。
3. （３）中空体が円筒形であることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の中空体内面への化合物膜のコーティ
   ング方法。
4. （４）中空体が軸受であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の中空体内面への化合物膜のコーティン
   グ方法。
5. （５）中空体がＶＴＲの動圧グループ軸受であることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項記載の中空体内面への
   化合物膜のコーティング方法。
6. （６）中空体がフユーエルインジエクタバルブシートで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の中空
   体内面への化合物膜のコーティング方法。
7. （７）ターゲットが金属、非金属、化合物あるいは合金
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の中
   空体内面への化合物膜のコーティング方法。
8. （８）中空体のコーティング面の温度を制御することで
   コーティング膜の質や膜の密着性を制御することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の中空体内面への化合
   物膜のコーティング方法。
9. （９）ターゲットの温度を制御することでコーテイング
   速度を最適に制御することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の中空体内面への化合物膜のコーティング方
   法。
10. （１０）イオンビームのターゲツトのスパッタ面への相
    対入射角を制御することでコーティング速度を最適に制
    御することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の中
    空体内面への化合物膜のコーティング方法。