イオンコーティング技術

真空蒸着法は成膜速度が速いことが最大の特徴です。スパッタリング法の主な特徴は、利用可能な膜材料の範囲が広く、膜層の均一性が良いことですが、成膜速度が遅いです。イオンコーティングはこの2つの工程を組み合わせた工法です。

イオンコーティングの原理と成膜条件
イオンコーティングの動作原理は写真に示されています。真空チャンバーは 10-4 Pa 以下の圧力まで排気され、次に不活性ガス (アルゴンなど) で 0.1 ～ 1 Pa の圧力まで満たされます。最大 5 kV の負の DC 電圧が基板に印加された後、低圧ガスグロー放電プラズマゾーンが基板とるつぼの間に確立されます。不活性ガスイオンは電場によって加速され、基板の表面に衝突し、ワークピースの表面を洗浄します。この洗浄プロセスが完了すると、るつぼ内のコーティング対象材料を蒸発させてコーティングプロセスが始まります。気化した蒸気粒子はプラズマゾーンに入り、解離した不活性陽イオンや電子と衝突し、蒸気粒子の一部は解離して電場の加速下でワークピースやコーティング表面に衝突します。イオンプレーティング法では、蒸着だけでなく基板へのプラスイオンのスパッタリングも行われるため、スパッタリング効果よりも蒸着効果が大きい場合にのみ薄膜を形成することができます。

基板に常に高エネルギーのイオンを照射するイオン コーティング プロセスは非常にクリーンで、スパッタリングや蒸着コーティングと比較して多くの利点があります。

(1)粘着力が強く、コーティング層が剥がれにくい。
(a)イオンコーティング法では、グロー放電により発生した多数の高エネルギー粒子を基材表面にカソードスパッタリング効果を与え、基材表面に吸着したガスや油をスパッタリングして洗浄します。コーティングプロセス全体が完了するまで、基板の表面を清浄化します。
(b)コーティングの初期段階では、スパッタリングと蒸着が共存し、フィルム基材の界面に成分の遷移層、またはフィルム材料と基材の混合物「擬似拡散層」が形成される場合があります。フィルムの接着性能を効果的に向上させることができます。
(2)ラップアラウンド性が良好です。その理由の一つとして、コーティング材料の原子が高圧下でイオン化し、基板に到達する過程で何度もガス分子と衝突し、コーティング材料のイオンが基板の周囲に飛散することが考えられる。また、電界の作用によりイオン化した塗料原子が基材表面に堆積するため、基材全体に薄膜が堆積しますが、蒸着コーティングではこのような効果は得られません。
(3) コーティングの高品質は、堆積膜への陽イオンの継続的な衝突によって引き起こされる凝縮物のスパッタリングによるものであり、これによりコーティング層の密度が向上します。
(4)金属材料や非金属材料に塗装できる塗料や基材の種類が豊富です。
(5)化学気相成長法(CVD)と比較して基板温度は低く、通常500℃未満ですが、密着強度は化学気相成長膜と十分同等です。
(6)高い蒸着速度、速い膜形成、および数十ナノメートルからミクロンの膜厚のコーティングが可能です。

イオンコーティングの欠点は、膜の厚さを正確に制御できないことです。微細なコーティングが必要な場合、欠陥の濃度が高くなります。コーティング中にガスが表面に入り込み、表面の特性が変化します。場合によっては、空洞や核（1 nm 未満）も形成されます。

蒸着速度に関しては、イオンコーティングは蒸着法と同等です。膜質に関しては、イオンコーティング法で作製した膜はスパッタリング法で作製した膜と同等以上の膜質を得ることができます。