(57)【要約】【課題】  スパッタリング効果を利用して簡便な方法で、固体イオンを筒状体の内周側表面に注入させて筒状体の内周側表面の表層改質を図り、また所望の第三元素を含んだ炭素膜で筒状体の内周側表面をコーティングする。【解決手段】  減圧状態のプラズマ発生用原料ガス中に、筒状体２を配置すると共にスパッタターゲット３を筒状体２の内部にその軸芯方向に向けて移動自在に挿入し、筒状体２の内部のスパッタターゲット３の表面に対してプラズマ雰囲気のイオンを衝突させ、スパッタリング効果を利用してスパッタターゲット３の表面から固体イオン３ａを弾き飛ばして放出させ、放出した固体イオン３ａを内周側表面２ａに注入し、また、放出した固体イオン３ａを内周側表面２ａにコーティングさせる。【選択図】        図１
2006274387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧状態のプラズマ発生用原料ガス中に、少なくとも一端側が開口された筒状体を配置すると共に筒状体の内周側表面とスパッタターゲットの表面とを非接触状態で放電を生じない間隔にあけてスパッタターゲットを開口された一端側から筒状体の内部にその軸芯方向に向けて移動自在に挿入し、筒状体の内部のスパッタターゲットの表面に対してプラズマ雰囲気のイオンを衝突させ、スパッタリング効果を利用してスパッタターゲットの表面から固体イオンを弾き飛ばして放出させ、放出した固体イオンを筒状体の内周側表面に注入させることを特徴とする筒状体の内周側表面へのスパッタ法を用いたイオン注入法。
【請求項２】
真空容器にプラズマ発生用原料ガス供給装置と真空排気装置とを設け、真空容器内に、少なくとも一端側が開口された筒状体を保持する筒状体ホルダーと、筒状体の内周側表面に対してスパッタターゲットの表面を非接触状態で放電を生じない間隔にあけてスパッタターゲットを保持して筒状体の内部にその軸芯方向に向けて移動すると共に高周波又は直流電圧の給電によりプラズマ発生源となるスパッタ装置を配置し、筒状体にマイナス電位のパルス電圧を印加する高電圧パルス電源を設け、スパッタターゲットを保持して筒状体の内部に挿入するスパッタ装置に高周波又は直流電圧を供給したことを特徴とする筒状体の内周側表面へのスパッタ法を用いたイオン注入装置。
【請求項３】
炭素有機化合物ガスを含む減圧状態のプラズマ発生用原料ガス中に、少なくとも一端側が開口された筒状体を配置すると共にスパッタターゲットを開口された一端側から筒状体の内部にその軸芯方向に向けて移動自在に挿入し、筒状体の内部のスパッタターゲットの表面に対してプラズマ雰囲気のイオンを衝突させ、スパッタリング効果を利用してスパッタターゲットの表面から固体イオンを弾き飛ばして放出させ、放出した固体イオンを筒状体の内周側表面をコーティングする炭素膜中に注入させることを特徴とする筒状体の内周側表面へのスパッタ法を用いたコーティング法。
【請求項４】
真空容器にプラズマ発生用原料ガス供給装置と真空排気装置とを設け、真空容器内に、少なくとも一端側が開口された筒状体を保持する筒状体ホルダーと、スパッタターゲットを保持して筒状体の内部にその軸芯方向に向けて移動すると共に高周波又は直流電圧の給電によりプラズマ発生源となるスパッタ装置を配置し、スパッタターゲットを保持して筒状体の内部に挿入するスパッタ装置に高周波又は直流電圧を供給したことを特徴とする筒状体の内周側表面へのスパッタ法を用いたコーティング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、スパッタリング効果を利用して簡便な方法で、固体イオンを筒状体の内周側表面に注入させて筒状体の内周側表面の表層改質を図る筒状体の内周側表面へのスパッタ法を用いたイオン注入法及びその装置、また所望の第三元素を含んだ炭素膜で筒状体の内周側表面をコーティングする筒状体の内周側表面へのスパッタ法を用いたコーティング法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、イオン注入法は、数１０ｋｅＶ〜ＭｅＶに加速した粒子（イオン）を固体の基材表面に照射し、固体の基材表面に打ち込む技術である。大きな運動エネルギーを持ったイオンが固体の基材表面に衝突し侵入する際に、様々な物理的現象及び化学的現象が起こり、これを利用して固体の基材表面の表層改質を図ることができるのが知られている。
ところが、固体イオン例えば金属イオンを固体の基材表面に注入する時は、先ず金属を気化しプラズマ状態にした後、加速器により高い運動エネルギーを与える必要があるため、装置が大がかりになる欠点があった。
また、ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）に代表される炭素膜は、高硬度、低摩擦係数、摺動性に優れていることから、機械部品、金型、治工具など機械金属分野で用いられつつある。しかしながら、さらに摺動性を高めること、電気伝導性を与えること、あるいは擾水性など化学的特性を付与することが求められている。
一方、プラズマに曝した被処理材の基材に負の高電圧パルスを印加することを基本原理としたプラズマソースイオン注入法は、立体物全面へのイオン注入法および薄膜作製法として最近注目されている方法である。しかしながら、プラズマソースイオン注入法を用いた簡便な金属イオン注入法および炭素膜への金属あるいは半金属元素添加法は報告されていなかった。
そこで、本願の発明者は、スパッタリング効果を利用して簡便な方法で、固体イオンを基材の表面に注入させて基材表面の表層改質を図り、また所望の第三元素を含んだ炭素膜で基材表面をコーティングするスパッタ法を用いたイオン注入法及びその装置を発明し、既に特許出願（特開２００３−２４７０６６）がなされている。
【特許文献１】特開２００３−２４７０６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記の特開２００３−２４７０６６の発明は、スパッタリング効果を利用して簡便な方法で、固体イオンを基材の表面に注入させて基材表面の表層改質を図り、また所望の第三元素を含んだ炭素膜で基材表面をコーティングすることができ、これまでにない優れた技術的特徴を備える反面、その対象が、基材の表面、つまり基材の外周側の表面に限定されており、基材が筒状体の場合その内周側表面については適用できないという課題があった。
【０００４】
本願発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、スパッタリング効果を利用して簡便な方法で、固体イオンを筒状体の内周側表面に注入して筒状体の内周側表面の表層改質を図る筒状体の内周側表面へのスパッタ法を用いたイオン注入法及びその装置を提供することにある。また所望の第三元素を含んだ炭素膜による筒状体の内周側表面のコーティングを容易にする筒状体の内周側表面へのスパッタ法を用いたコーティング法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、減圧状態のプラズマ発生用原料ガス中に、少なくとも一端側が開口された筒状体を配置すると共に筒状体の内周側表面とスパッタターゲットの表面とを非接触状態で放電を生じない間隔にあけてスパッタターゲットを開口された一端側から筒状体の内部にその軸芯方向に向けて移動自在に挿入し、筒状体の内部のスパッタターゲットの表面に対してプラズマ雰囲気のイオンを衝突させ、スパッタリング効果を利用してスパッタターゲットの表面から固体イオンを弾き飛ばして放出させ、放出した固体イオンを筒状体の内周側表面に注入させる手段よりなるものである。
【０００６】
また、請求項２の発明は、真空容器にプラズマ発生用原料ガス供給装置と真空排気装置とを設け、真空容器内に、少なくとも一端側が開口された筒状体を保持する筒状体ホルダーと、筒状体の内周側表面に対してスパッタターゲットの表面を非接触状態で放電を生じない間隔にあけてスパッタターゲットを保持して筒状体の内部にその軸芯方向に向けて移動すると共に高周波又は直流電圧の給電によりプラズマ発生源となるスパッタ装置を配置し、筒状体にマイナス電位のパルス電圧を印加する高電圧パルス電源を設け、スパッタターゲットを保持して筒状体の内部に挿入するスパッタ装置に高周波又は直流電圧を供給した手段よりなるものである。
【０００７】
また、請求項３の発明は、炭素有機化合物ガスを含む減圧状態のプラズマ発生用原料ガス中に、少なくとも一端側が開口された筒状体を配置すると共にスパッタターゲットを開口された一端側から筒状体の内部にその軸芯方向に向けて移動自在に挿入し、筒状体の内部のスパッタターゲットの表面に対してプラズマ雰囲気のイオンを衝突させ、スパッタリング効果を利用してスパッタターゲットの表面から固体イオンを弾き飛ばして放出させ、放出した固体イオンを筒状体の内周側表面をコーティングする炭素膜中に注入させる手段よりなるものである。
【０００８】
また、請求項４の発明は、真空容器にプラズマ発生用原料ガス供給装置と真空排気装置とを設け、真空容器内に、少なくとも一端側が開口された筒状体を保持する筒状体ホルダーと、スパッタターゲットを保持して筒状体の内部にその軸芯方向に向けて移動すると共に高周波又は直流電圧の給電によりプラズマ発生源となるスパッタ装置を配置し、スパッタターゲットを保持して筒状体の内部に挿入するスパッタ装置に高周波又は直流電圧を供給した手段よりなるものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上の記載より明らかなように、請求項１、請求項２の発明によれば、固体イオン例えば金属イオンを筒状体の内周側表面に注入する場合、従来では先ず金属を気化しプラズマ状態にした後、加速器により高い運動エネルギーを与える必要があるため、装置が大がかりになる欠点があったが、本願発明ではスパッタリング効果を利用することにより、固体イオンの筒状体の内周側表面への注入が簡便な方法で可能となり、コストを廉価することができ、経済的である。
【００１０】
また、請求項３、請求項４の発明によれば、固体イオン例えば金属イオンを筒状体の内周側表面にコーティングする場合、従来では先ず金属を気化しプラズマ状態にした後、加速器により高い運動エネルギーを与える必要があるため、装置が大がかりになる欠点があったが、本願発明ではスパッタリング効果を利用することにより、固体イオンの筒状体の内周側表面へのコーティングが簡便な方法で可能となり、コストを廉価することができ、経済的であると共に、筒状体の内周側表面をコーティングする炭素膜に様々な第三元素の添加が容易になった。本願発明によると、添加元素濃度の制御が非常に容易であるため、制御性に優れた成膜法を供給でき、産業界での炭素膜の用途が広まる。本願発明の応用としては、例えば、筒状体の機械金属部品、筒状体の治工具、筒状体の金型、筒状体の表示器用電解放射材料などへの応用が想定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面に記載の発明を実施するための最良の形態に基づいて、本願発明をより具体的に説明する。
【００１２】
図において、スパッタ法を用いたイオン注入装置１は、スパッタターゲット３の表面に対してプラズマ雰囲気のイオンを衝突させ、スパッタリング効果を利用してスパッタターゲット３の表面から固体イオン３ａを弾き飛ばして放出させ、放出した固体イオン３ａを筒状体２の内周側表面２ａに注入させる装置である。筒状体２としては円筒管や角筒管などがある。筒状体２は両端が開口又は一端が開口している。筒状体２の材質には導電性の金属、セラミックなどの非金属も使用可能である。また、スパッタターゲット３の材質には金属、セラミックなどの非金属も使用可能である。
【００１３】
このスパッタ法を用いたイオン注入装置１は、真空状態となる真空容器４、真空容器４の内部に配置され筒状体２を保持する筒状体ホルダー５、真空容器４の内部に配置されスパッタターゲット３を保持して筒状体２の内部に挿入され高周波又は直流電圧６ａの供給によりプラズマ発生源となるスパッタ装置６、真空容器４内部の筒状体２にマイナス電位のパルス電圧を印加する高電圧パルス電源７、真空容器４の内部にプラズマ発生用原料ガスを供給するプラズマ発生用原料ガス供給装置８、真空容器４の空気を排出して真空状態にする真空排気装置９などから構成されている。
【００１４】
なお、スパッタ法を用いたイオン注入装置１をスパッタ法を用いたコーティング装置として使用つまり筒状体２の内周側表面２ａをコーティングする専用装置としてのみ使用する場合には、真空容器４内部の筒状体２にマイナス電位のパルス電圧を印加する高電圧パルス電源７は不要である。図２はコーティング専用装置して使用する場合のスパッタ法を用いたコーティング装置１１の構成図である。現実的には、スパッタ法を用いたイオン注入装置１は、真空容器４内部の筒状体２にマイナス電位のパルス電圧を印加する高電圧パルス電源７を装着しておき、コーティングの場合にはスイッチを切っておいてマイナス電位のパルス電圧を筒状体２に印加しなければ、スパッタ法を用いたコーティング装置としてそのまま利用できる。
【００１５】
真空容器４は、内部の空気を排出して真空状態にして、内部でプラズマａが発生する環境を造り出す場所であり、真空容器４の内部には、スパッタリング効果によってスパッタターゲット３の表面の固体イオン３ａが弾き飛ばされて筒状体２の内周側表面２ａに注入され易いように、筒状体２の内周側表面２ａとスパッタターゲット３の表面とが非接触状態で放電を生じない間隔に配置されている。
【００１６】
筒状体ホルダー５は、筒状体２を保持するもので、真空容器４の内部に配置されており、スパッタターゲット３を保持して移動するスパッタ装置６と相対峙するように配置されている。筒状体ホルダー５は真空容器４の内部壁面に例えばアルミナ絶縁板５ａを介して支持部材５ｂによって支持されている。筒状体ホルダー５は筒状体２の内周側表面２ａに対して移動するスパッタターゲット３の表面とが非接触状態で放電を生じない間隔に保持して、スパッタターゲット３の表面に衝突するプラズマ雰囲気のイオンがスパッタリングを生じ易いようにしている。筒状体ホルダー５は導電性の材料から造られている。
【００１７】
スパッタ装置６は、スパッタターゲット３を先端に保持して、筒状体２の内部に挿入しその内部を移動し、高周波又は直流電圧６ａの給電によりプラズマ発生源となるもので、例えば円形の形状をしている。スパッタ装置６は真空容器４の内部に配置されており、筒状体２を保持する基材ホルダー５と相対峙するように配置されている。スパッタ装置６は真空容器４の内部壁面に対して前後方向に移動自在に支持部材６ｂによって支持されている。スパッタ装置６はスパッタターゲット３の表面を筒状体２の内部に挿入して移動する保持して、スパッタターゲット３の表面に衝突するプラズマ雰囲気のイオンがスパッタリングを生じ易いようにしている。
【００１８】
高電圧パルス電源７は、例えば、電圧−２０ｋＶ、周波数１００Ｈｚ、パルスオン時間４０μｓのパルス電圧を導電性の筒状体ホルダー５を介して筒状体２に印加するものであり、通常の電圧に比べて、少ない電気エネルギーで大きな電圧を得ることができる。高電圧パルス電源７の一端は真空容器４内に延設されて筒状体ホルダー５に接続されている。高電圧パルス電源７には低電圧パルス電源７ａやオシロスコープ７ｂが接続されている。この高電圧パルス電源７は、専用のスパッタ法を用いたコーティング装置１１の場合には省略される（図２参照）。
【００１９】
プラズマ発生用原料ガス供給装置８は、真空容器４の内部にプラズマ発生用原料ガスを供給する装置で、真空容器４に一端が接続されている。プラズマ発生用原料ガス供給装置８は複数の流量調整器（ＭＦＣ）８ａの切り替えを通じて、プラズマ発生用原料ガスとしての例えばアルゴンガス、窒素ガス、炭素有機化合物ガスとしての例えばアセチレンガス等を適宜、真空容器４に供給することができるようになっている。
【００２０】
真空排気装置９は、真空容器４の内部の空気を排出して真空状態にする装置で、図示しない真空ポンプを装備している。真空排気装置９は真空容器４の内部を真空に近い状態まで減圧してプラズマａが発生し易い状態にする。
【００２１】
次に、上記発明を実施するための最良の形態の構成に基づく作用について以下説明する。
真空容器４に筒状体２及びスパッタターゲット３を入れ、筒状体２を筒状体ホルダー５に取り付けて保持させる。このとき、筒状体２の開口する一端側がスパッタターゲット３に指向するように筒状体ホルダー５に取り付ける。同様に筒状体２の開口する一端側に向けてスパッタターゲット３をスパッタ装置６に取り付けて保持させる。
【００２２】
その後、真空排気装置９を作動して、真空容器４の空気を排出する。真空容器４の内部の空気は真空排気装置９の図示しない真空ポンプの作動により排出されて内部は真空状態になる。真空状態としては例えば１０−２パスカルの真空度である。
【００２３】
そして、筒状体２の内周側表面２ａに固体イオン３ａを注入したい場合には、不活性ガスの例えばアルゴンガスをプラズマ発生用原料ガス供給装置８から真空容器４内に減圧状態で導入し、スパッタ装置６を筒状体２の内部に向けて移動させてスパッタターゲット３を開口する一端から筒状体２の内部に挿入させる。
【００２４】
スパッタ装置６を筒状体２の内部に挿入させる一方で、高周波又は直流電圧６ａをスパッタ装置６に給電して作動させると、スパッタ装置６はプラズマ発生源となり、スパッタ装置６の周辺のアルゴンガスからプラズマａが発生する。発生したプラズマａはスパッタターゲット３が挿入された筒状体２の内部をプラズマ雰囲気にする。
【００２５】
スパッタターゲット３が挿入される筒状体２の内部がプラズマ雰囲気になった後、高電圧パルス電源７により、接地電位に対してマイナスの電圧をかけて筒状体２をマイナスの電位状態にする。そして、挿入したスパッタターゲット３を筒状体２の内部を移動させることにより、筒状体２の内周側表面２ａの表層改質が行われることになる。スパッタターゲット３の移動はこれを先端に保持するスパッタ装置６を移動させることにより行われる。
【００２６】
スパッタ装置６の移動方法としては、一定の速度で移動させる場合と、間欠移動つまり、一定距離移動させた後そこで一定時間停止させ、その後再び一定距離移動させた後また一定時間停止させ、これを繰り返しながら行う方法である。また、筒状体２の出入り口から奥側に向かって移動させる場合と、最初に筒状体２の奥端まで挿入しておき、そこから筒状体２の出入り口に向かって移動させる方法とがある。
【００２７】
高電圧パルス電源７により筒状体２にパルス電圧が印加されている間、筒状体２の内部とスパッタターゲット３の外側のイオンが筒状体２の内周側表面２ａとスパッタターゲット３との間に飛び込んでくるが、筒状体２の内周側表面２ａとスパッタターゲット３の表面とは放電しない距離で接近して配置されているので、スパッタターゲット３の表面に対してイオンが飛び込んで衝突するために、飛び込んで衝突するイオンによってスパッタターゲット３の表面の固体イオン３ａが弾き飛ばされる。
【００２８】
弾き飛ばされたスパッタターゲット３の表面の固体イオン３ａは、その外周側となる筒状体２の内周側表面２ａに吸引加速されて注入されることにより、筒状体２の内周側表面２ａの表層改質を図ることができる。
【００２９】
本願発明は、プラズマソースイオン注入法を基本原理として用い、金属や非金属の固体イオン注入および炭素膜に第三元素を添加するためのスパッタ法を組み込んだものである。また、その対象は筒状体２の内周側表面２ａであり、スパッタターゲット３を変えることにより様々な元素を容易に添加することができる。
【００３０】
また、作製される膜の密着強度が高い特徴がある。プラズマ中で筒状体２の内周側表面２ａに対し高電圧パルスを印加することによるイオン注入技術は世界的に新しく、本発明者がこの分野で著しい成果を挙げており、本発明のようにプラズマソースイオン注入法とスパッタ法を用いて筒状体２の内周側表面２ａへの金属イオン注入およぴ炭素膜に金属元素を添加した研究はなく新規性がある。
【００３１】
本願発明は、真空容器４内に絶縁された筒状体２を配置し、プラズマ源および添加したい金属源とスパッタ装置６を取り付け、しかも、スパッタターゲット３を取り付けたスパッタ装置６を筒状体２の内部に挿入して移動させ、容器４内に所望のプラズマ発生用原料ガスを導入すると同時に減圧状態に維持し、高周波あるいは直流電圧６ａをスパッタ装置６に給電することによりプラズマを生成し、筒状体２にマイナス電位のパルス電圧を繰り返し印加することによって筒状体２の内部にプラズマ中の正イオンを引き込み、照射する手段よりなる。これにより筒状体２の内周側表面２ａに固体イオンを注入することができる。
【００３２】
一方、筒状体２の内周側表面２ａに固体イオン３ａをコーティングしたい場合には、真空容器４を真空状態にした後、プラズマ発生用原料ガス供給装置８の流量調整器（ＭＦＣ）８ａを切り替え調整してプラズマ発生用原料ガスとしての例えばアルゴンガスと炭素有機化合物ガスのアセチレンガスを真空容器４内に導入して、スパッタ装置６を筒状体２の内部に向けて移動させてスパッタターゲット３を開口する一端から筒状体２の内部に挿入させる。
【００３３】
スパッタ装置６を筒状体２の内部に挿入させる一方で、高周波又は直流電圧６ａをスパッタ装置６に給電して作動させると、スパッタ装置６はプラズマ発生源となり、スパッタ装置６の周辺のアルゴンガス及びアセチレンガスからプラズマａが発生する。発生したプラズマａはスパッタターゲット３が挿入された筒状体２の内部をプラズマ雰囲気にする。
【００３４】
スパッタターゲット３が挿入される筒状体２の内部がプラズマ雰囲気になった後、挿入したスパッタターゲット３を筒状体２の内部を移動させることにより、筒状体２の内周側表面２ａのコーティングが行われることになる。スパッタターゲット３の移動はこれを先端に保持するスパッタ装置６を移動させることにより行われる。
【００３５】
スパッタ装置６の移動方法としては、一定の速度で移動させる場合と、間欠移動つまり、一定距離移動させた後そこで一定時間停止させ、その後再び一定距離移動させた後また一定時間停止させ、これを繰り返しながら行う方法である。また、筒状体２の出入り口から奥側に向かって移動させる場合と、最初に筒状体２の奥端まで挿入しておき、そこから筒状体２の出入り口に向かって移動させる方法とがある。
【００３６】
筒状体２の内周側表面２ａと挿入されて移動するスパッタターゲット３との間の内部のアセチレンガスのプラズマ雰囲気からイオンは、運動エネルギーを持ち筒状体２の内周側表面２ａに衝突して、筒状体２の内周側表面２ａに炭素が付着し積層されて、筒状体２の内周側表面２ａを炭素膜２ｂでコーティングする。
【００３７】
また、筒状体２の内部とスパッタターゲット３の外側のイオンが筒状体２の内周側表面２ａとスパッタターゲット３との間に飛び込んできて、スパッタターゲット３の表面に対してイオンが衝突するために、飛び込んで衝突するイオンによってスパッタターゲット３の表面の固体イオン３ａが弾き飛ばされる。
【００３８】
弾き飛ばされたスパッタターゲット３の表面の固体イオン３ａは、その外周側となる筒状体２の内周側表面２ａに衝突するが、筒状体２の内周側表面２ａには炭素膜２ｂが形成されており、固体イオン３ａは炭素膜２ｂ内に衝突して付着する。このようにして、筒状体２の内周側表面２ａの炭素膜２ｂ内には第三元素のスパッタターゲット３の材質が添加されることになる。
【００３９】
また、筒状体２の内周側表面２ａの炭素膜中の金属や非金属の固体イオン３ａの割合は、不活性ガスに対する炭素有機化合物ガスの割合を調整することで調整可能となる。例えば、炭素膜中の金属、非金属の割合を高めるときには、不活性ガスに対する炭素有機化合物ガスの割合を少なくする。逆に、炭素膜中の金属、非金属の割合を小さくするときには、不活性ガスに対する炭素有機化合物ガスの割合を多めにする。また、炭素の膜厚の調整は作業時間で調整する。炭素の膜厚を厚くしたい場合には作業時間を長くする。
【００４０】
また、真空容器４内に絶縁された筒状体２を配置し、プラズマ源および添加したい金属源とスパッタ装置６を取り付け、しかも、スパッタターゲット３を取り付けたスパッタ装置６を筒状体２の内部に挿入して移動させ、容器４内に所望のプラズマ発生用原料ガスを導入すると同時に減圧状態に維持し、高周波あるいは直流電圧６ａをスパッタ装置６に給電することによりプラズマを生成し、プラズマ発生用原料ガスの一部として炭化水素を用いた場合、筒状体２の内周側表面２ａに金属元素を添加した炭素膜のコーティングを行うことができる。
【実施例１】
【００４１】
実験は、本願発明に係るスパッタ法を用いたイオン注入法で、チタンを筒状体２としてのステンレスの円筒管の内周側表面２ａに注入した場合である。また、内周側表面２ａのスパッタターゲット３の挿入側からの０mm、９０mm、１８０mmの各位置に１０mm×１０mmで厚みが０．７mmの分析用のシリコン基板１０ａ〜１０ｃを取り付けた。
〔実験条件〕
条件は、スパッタターゲットはチタン、高周波電力は５０Ｗ、アルゴンガスを注入、真空度は１Ｐａである。高電圧パルスは、マイナス１６ｋＶ、１ＫＨｚ、１０μｓである。ステンレスの円筒管の長さは２００mm、内径は１２０mmである。また、スパッタターゲットの移動速度は、１０分間で２０mmつまり１分間に２mmの速度である。
〔実験結果〕
図６（Ａ）は本願発明による場合の筒状体２の内周側表面２ａの０mm位置におけるシリコン基板１０ａ（図５参照）の表面側の組成分析結果である。同様に、図６（Ｂ）は内周側表面２ａの９０mm位置におけるシリコン基板１０ｂ（図５参照）の表面側の組成分析結果である。図６（Ｃ）は内周側表面２ａの１８０mm位置におけるシリコン基板１０ｃ（図５参照）の表面側の組成分析結果である。各分析結果より、筒状体２の内周側表面２ａである各シリコン基板１０ａ〜１０ｃの表面側にはそれぞれチタンが注入されていることが判る。
【実施例２】
【００４２】
実験は、本願発明に係るスパッタ法を用いたコーティング法で、チタンを筒状体２としてのステンレスの円筒管の内周側表面２ａにコーティングした場合である。また、内周側表面２ａのスパッタターゲット３の挿入側からの０mm、９０mm、１８０mmの各位置に１０mm×１０mmで厚みが０．７mmの分析用のシリコン基板を取り付けた。
〔実験条件〕
条件は、スパッタターゲットはチタン、高周波電力は５０Ｗ、アルゴンガスを注入、真空度は１Ｐａである。ステンレスの円筒管の長さは２００mm、内径は１２０mmである。また、スパッタターゲットの移動速度は、１０分間で２０mmつまり１分間に２mmの速度である。
〔実験結果〕
図７（Ａ）は本願発明による場合の筒状体２の内周側表面２ａの０mm位置におけるシリコン基板１０ａ（図５参照）の表面側の組成分析結果である。同様に、図７（Ｂ）は内周側表面２ａの９０mm位置におけるシリコン基板１０ｂ（図５参照）の表面側の組成分析結果である。図７（Ｃ）は内周側表面２ａの１８０mm位置におけるシリコン基板１０ｃ（図５参照）の表面側の組成分析結果である。各分析結果より、筒状体２の内周側表面２ａである各シリコン基板１０ａ〜１０ｃの表面にはそれぞれチタンがコーティングされていることが判る。
【実施例３】
【００４３】
実験は、本願発明に係るスパッタ法を用いたコーティング法で、チタンを筒状体２としてのステンレスの円筒管の内周側表面２ａにコーティングした場合である。
〔実験条件〕
条件は、スパッタターゲットはチタン、高周波電力は１５０Ｗ、アルゴンガスを注入、真空度は１Ｐａである。ステンレスの円筒管の長さは２００mm、内径は１２０mmである。また、スパッタターゲットの移動速度は、１０分間で２０mmつまり１分間に２mmの速度である。
〔実験結果〕
図８は本願発明による場合の筒状体２の内周側表面２ａの膜厚分布の結果である。なお、図において０の位置はスパッタターゲットの挿入側つまり図５の１０ａの位置である。膜厚分布の結果より、略均一の厚みでチタンが筒状体２の内周側表面２ａにコーティングされていることがわかる。なお、実施例−２に比べてコーティングの膜厚が厚いのは高周波電力を５０Ｗから１５０Ｗに上げたためである。
【００４４】
なお、本願発明は上記発明を実施するための最良の形態に限定されるものではなく、本願発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。また、実施例−２、実施例−３において、アルゴンガスと共に炭素有機化合物ガスを導入する場合には、筒状体２の内周側表面２ａには、スパッタターゲット３の個体イオンが注入されたＤＬＣ膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）を形成することができる。例えば、炭素有機化合物ガスを含むプラズマ発生用原料ガスの割合は、アルゴンガス：アセチレンガス＝１５：４〜３０：４である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本願発明を実施するための最良の形態を示すスパッタ法を用いたイオン注入装置の構成図である。
【図２】本願発明を実施するための最良の形態を示すスパッタ法を用いたコーティング装置の構成図である。
【図３】本願発明を実施するための最良の形態を示すスパッタ装置の斜視図である。
【図４】（Ａ）は本願発明を実施するための最良の形態を示す筒状体の内周側表面にイオン注入した部分拡大断面図である。  （Ｂ）は本願発明を実施するための最良の形態を示す筒状体の内周側表面にコーティングした炭素膜の部分拡大断面図である。
【図５】本願発明の実施例−１、実施例−２における筒状体の内周側表面のシリコン基板の取り付け位置を示す筒状体の斜視図である。
【図６】（Ａ）は本願発明の実施例−１の筒状体の内周側表面のシリコン基板１０ａの位置（０mm位置）におけるイオン注入による表面の組成分析を示す図である。  （Ｂ）は本願発明の実施例−１の筒状体の内周側表面のシリコン基板１０ｂの位置（９０mm位置）におけるイオン注入による表面の組成分析を示す図である。  （Ｃ）は本願発明の実施例−１の筒状体の内周側表面のシリコン基板１０ｃの位置（１８０mm位置）におけるイオン注入による表面の組成分析を示す図である。
【図７】（Ａ）は本願発明の実施例−２の筒状体の内周側表面のシリコン基板１０ａの位置（０mm位置）におけるコーティングによる表面の組成分析を示す図である。  （Ｂ）は本願発明の実施例−２の筒状体の内周側表面のシリコン基板１０ｂの位置（９０mm位置）におけるコーティングによる表面の組成分析を示す図である。  （Ｃ）は本願発明の実施例−２の筒状体の内周側表面のシリコン基板１０ｃの位置（１８０mm位置）におけるコーティングによる表面の組成分析を示す図である。
【図８】本願発明の実施例−３の筒状体の内周側表面の各位置におけるコーティングによる膜厚分布図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    スパッタ法を用いたイオン注入装置
１１    スパッタ法を用いたコーティング装置
２    筒状体
２ａ  内周側表面
２ｂ  炭素膜
３    スパッタターゲット
３ａ  固体イオン
４    真空容器
５    筒状体ホルダー
５ａ  アルミナ絶縁板
５ｂ  支持部材
６    スパッタ装置
６ａ  高周波又は直流電圧
６ｂ  支持部材
７    高電圧パルス電源
７ａ  低電圧パルス電源
７ｂ  オシロスコープ
８    プラズマ発生用原料ガス供給装置
８ａ  流量調整器（ＭＦＣ）
９    真空排気装置
ａ    プラズマ
１０ａ  挿入側から０mm位置のシリコン基板
１０ｂ  挿入側から９０mm位置のシリコン基板
１０ｃ  挿入側から１８０mm位置のシリコン基板
【図１】
2006274387.tif 000003
【図２】
2006274387.tif 000004
【図３】
2006274387.tif 000005
【図４】
2006274387.tif 000006
【図５】
2006274387.tif 000007
【図６】
2006274387.tif 000008
【図７】
2006274387.tif 000009
【図８】
2006274387.tif 000010