CN111868294A - 靶更换装置及表面处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够容易地对PVD法中使用的靶进行更换的靶更换装置及使用其的表面处理设备。上述靶更换装置为对靶进行更换的靶更换装置，上述靶用于利用PVD法针对腔室内部的减压空间中的被表面处理材料实施表面处理，上述靶更换装置具备：靶保持部，其保持上述靶；装拆机构，其将上述靶保持部在上述靶与上述减压空间中的上述被表面处理材料相对的位置处以装拆自由的方式安装于上述腔室；和隔离机构，其以开闭自由的方式将安装于上述腔室的上述靶保持部相对于上述减压空间隔离。

Description

靶更换装置及表面处理设备
技术领域
本发明涉及靶更换装置及表面处理设备。
背景技术
方向性电磁钢板是用作变压器及发电机等的铁芯材料的软磁性材料。方向性电磁钢板具有作为铁的易磁化轴的〈001〉晶向在钢板的轧制方向上高度对齐的结晶组织。对于这样的织构而言，其在方向性电磁钢板的制造工序中通过使被称为所谓Goss取向的{110}〈001〉晶向的晶粒优先巨大生长的最终退火而形成。作为方向性电磁钢板的制品的磁特性，要求磁通密度高且铁损低。
方向性电磁钢板的磁特性通过在钢板表面施加拉伸应力(张力)而变得良好。作为对钢板施加拉伸应力的以往技术，通常为在钢板表面形成厚度2μm左右的镁橄榄石被膜，并在其上形成厚度2μm左右的以硅磷酸盐为主体的被膜的技术。于高温形成与钢板相比具有低热膨胀系数的硅磷酸盐被膜，再使其下降至室温，利用钢板与硅磷酸盐被膜的热膨胀系数之差，对钢板施加拉伸应力。该硅磷酸盐被膜也作为对方向性电磁钢板而言必需的绝缘被膜发挥功能。通过绝缘来防止钢板中产生局部的涡电流。
通过化学研磨或电解研磨使最终退火后的方向性电磁钢板的表面平滑化，之后通过钢板上的被膜施加拉伸应力，从而能够大幅度减小铁损。
但是，位于钢板与硅磷酸盐被膜之间的镁橄榄石被膜基于锚固效应而与钢板密合。因此，钢板表面的平滑度必然劣化。另外，硅磷酸盐与金属的密合性低，无法在使表面镜面化后的钢板上直接形成硅磷酸盐被膜。像这样，在现有的方向性电磁钢板的被膜构造(钢板/镁橄榄石被膜/硅磷酸盐被膜)中，无法使钢板的表面平滑化。
因此，公开了下述技术：为了维持钢板表面的平滑度并进一步对钢板施加大的拉伸应力，使用CVD法或PVD法在钢板上形成由TiN等形成的陶瓷被膜(参见专利文献1～2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平01-176034号公报
专利文献2：日本特开昭62-040368号公报
发明内容
发明要解决的课题
针对不具有镁橄榄石被膜的方向性电磁钢板等被表面处理材料，在使用靶并利用PVD法实施成膜等的表面处理的情况下，靶配置在腔室内的减压空间中，在形成为高温的条件下使用。在表面处理进行而靶消耗了的情况下，对靶进行更换。
但是，每次对靶进行更换均需要使腔室内整体地对大气开放、冷却。因此生产率差。
尤其是，在针对被搬送的被表面处理材料使用靶连续地实施表面处理的情况下，每当靶更换之时，均需要使表面处理设备的操作停止，因此表面处理设备的运行率等降低。
在通过作为PVD法的1种的离子镀法进行表面处理的情况下，在靶的背侧(相对于被表面处理材料而言的相反侧)设置等离子体感应用的磁石。因此，能够不使用巨大的靶而使用相对较小的靶。如此一来，靶的消耗变得更快，需要更频繁地对靶进行更换。
本发明是鉴于以上问题做出的，其目的在于，提供一种能够容易地对PVD法中使用的靶进行更换的靶更换装置及使用该靶更换装置的表面处理设备。
用于解决课题的手段
本申请的发明人进行了深入研究，结果发现，能够通过采用下述构成来实现上述目的，由此完成了本发明。
即，本发明提供以下的[1]～[21]。
[1]靶更换装置，其对靶进行更换，上述靶用于利用PVD法对腔室内部的减压空间中的被表面处理材料实施表面处理，上述靶更换装置具备：靶保持部，其保持上述靶；装拆机构，其将上述靶保持部在上述靶与上述减压空间中的上述被表面处理材料相对的位置处以装拆自由的方式安装于上述腔室；和隔离机构，其以开闭自由的方式将安装于上述腔室的上述靶保持部相对于上述减压空间隔离。
[2]根据上述[1]所述的靶更换装置，其中，上述被表面处理材料在上述减压空间中被搬送，并使用上述靶连续地实施表面处理。
[3]根据上述[2]所述的靶更换装置，其中，上述装拆机构为将多个上述靶保持部沿上述被表面处理材料的搬送方向并列配置，并分别独立地以装拆自由的方式安装于上述腔室中的机构，上述隔离机构为以开闭自由的方式将沿上述搬送方向并列配置的多个上述靶保持部分别独立地相对于上述减压空间隔离的机构。
[4]根据上述[2]或[3]所述的靶更换装置，其中，上述靶保持部在与上述被表面处理材料的搬送方向正交的方向上保持多个上述靶。
[5]根据上述[4]所述的靶更换装置，其中，多个上述靶沿上述被表面处理材料的搬送方向以直线状排列。
[6]根据上述[4]所述的靶更换装置，其中，多个上述靶沿上述被表面处理材料的搬送方向以锯齿状排列。
[7]根据上述[2]～[6]中任一项所述的靶更换装置，其中，上述被表面处理材料被沿纵向搬送。
[8]根据上述[2]～[7]中任一项所述的靶更换装置，其配置在被搬送的上述被表面处理材料的两面侧。
[9]根据上述[1]～[8]中任一项所述的靶更换装置，其还具备阀，上述阀使相对于上述减压空间被隔离的上述靶保持部对大气开放。
[10]根据上述[1]～[9]中任一项所述的靶更换装置，其中，上述被表面处理材料为金属带。
[11]根据上述[1]～[10]中任一项所述的靶更换装置，其中，上述被表面处理材料为不具有镁橄榄石被膜的方向性电磁钢板。
[12]表面处理设备，其使用靶并利用PVD法对被搬送的被表面处理材料连续地实施表面处理，上述表面处理设备具备：腔室，其在内部具有减压空间，在上述减压空间中供上述被表面处理材料被搬送；靶保持部，其保持上述靶；装拆机构，其将上述靶保持部在上述靶与在上述减压空间中被搬送的上述被表面处理材料相对的位置处以装拆自由的方式安装于上述腔室；和隔离机构，其以开闭自由的方式将安装于上述腔室中的上述靶保持部相对于上述减压空间隔离。
[13]根据上述[12]所述的表面处理设备，其中，上述装拆机构为将多个上述靶保持部沿上述被表面处理材料的搬送方向并列配置并分别独立地以装拆自由的方式安装于上述腔室的机构，上述隔离机构为以开闭自由的方式将沿上述搬送方向并列配置的多个上述靶保持部分别独立地相对于上述减压空间隔离的机构。
[14]根据上述[12]或[13]所述的表面处理设备，其中，上述靶保持部在与上述被表面处理材料的搬送方向正交的方向上保持多个上述靶。
[15]根据上述[14]所述的表面处理设备，其中，多个上述靶沿上述被表面处理材料的搬送方向以直线状排列。
[16]根据上述[14]所述的表面处理设备，其中，多个上述靶沿上述被表面处理材料的搬送方向以锯齿状排列。
[17]根据上述[12]～[16]中任一项所述的表面处理设备，其中，上述被表面处理材料被沿纵向搬送。
[18]根据上述[12]～[17]中任一项所述的表面处理设备，其中，上述装拆机构及上述隔离机构配置在被搬送的上述被表面处理材料的两面侧。
[19]根据上述[12]～[18]中任一项所述的表面处理设备，其还具备阀，上述阀使相对于上述减压空间被隔离的上述靶保持部对大气开放。
[20]根据上述[12]～[19]中任一项所述的表面处理设备，其中，上述被表面处理材料为金属带。
[21]根据上述[12]～[20]中任一项所述的表面处理设备，其中，上述被表面处理材料为不具有镁橄榄石被膜的方向性电磁钢板。
发明效果
根据本发明，能够提供能容易地对PVD法中使用的靶进行更换的靶更换装置及使用该靶更换装置的表面处理设备。
附图说明
图1是将靶更换装置与腔室一并示出的剖视图。
图2是示出靶保持部的分解立体图。
图3是示出装拆机构的立体图。
图4是示出轨道槽中插入有靶保持部的状态的立体图。
图5是示出隔离机构的立体图。
图6是示出位置P1的闸板使开口闭合的状态的剖视图。
图7是示出位置P1的靶保持部被拉出的状态的剖视图。
图8是示出靶的排列的示意图。
图9是示出靶的另一排列的示意图。
图10是示出在被搬送的被表面处理材料的两面侧配置有靶更换装置的状态的剖视图。
图11是示出在沿纵向被搬送的被表面处理材料的两面侧配置有靶更换装置的状态的剖视图。
图12是示意性示出表面处理设备的示意图。
图13是示出在前处理室中设置有靶更换装置的表面处理设备的示意图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施方式。但本发明并不限定于以下的实施方式。在以下的附图中，存在将一部分构件切缺而示出的情况。
[靶更换装置]
图1是将靶更换装置101与腔室201一并示出的剖视图。
腔室201的内部通过从未图示的排气口排气而成为减压空间204。在腔室201的减压空间204中，沿箭头A的方向(也称为搬送方向)搬送被表面处理材料S。被表面处理材料S的详情见后述，在被表面处理材料S为经轧制的金属带的情况下，被表面处理材料S被沿轧制方向搬送。
在减压空间204中，对被搬送的被表面处理材料S利用PVD法使用靶T连续地实施成膜等表面处理。在进行表面处理时，在减压空间204中对靶T实施溅射、电弧放电。在表面处理时，靶T由未图示的加热器加热。
如图1所示，靶更换装置101具有保持靶T的靶保持部121，并具有装拆机构151及隔离机构171。
装拆机构151将多个靶保持部121沿被表面处理材料S的搬送方向并列配置并分别独立地以装拆自由的方式安装于腔室201。靶保持部121所保持的靶T通过装拆机构151而被定位在与在减压空间204中被搬送的被表面处理材料S相对的位置。
隔离机构171以开闭自由的方式将安装于腔室201的靶保持部121相对于减压空间204隔离。更详细来说，隔离机构171以开闭自由的方式将沿被表面处理材料S的搬送方向并列配置的多个靶保持部121分别独立地相对于减压空间204隔离。
接下来，基于图2～图5，更详细地说明靶更换装置101的各部分(靶保持部121、装拆机构151及隔离机构171)。
基于图2说明靶保持部121。也参见图1。
图2是示出靶保持部121的分解立体图。靶保持部121具有在一个方向上较长的板状的保持部主体122。保持部主体122具有向周围突出的突出部123。通过突出部123而形成突出面124。在突出部123的一端面设有把持部130。
如图2所示，在保持部主体122的一面侧(在图2中为上表面侧)设有被切削为圆柱状的凹部125。靶T配置在凹部125中。靶T的形状并无特别规定，但从处理的自由度及原料的使用效率的观点出发而优选圆形。本实施方式的靶T为礼帽状，具有凸缘部126。构成为按压配置在凹部125中的靶T的凸缘部126，进一步使环状构件127嵌入凹部125。环状构件127通过已知的手段来防止从凹部125脱落。由此，靶T被保持于靶保持部121。
如图2所示，在突出部123的突出面124配置O型环等密封构件128。优选密封构件128粘接在突出面124上。
在图2中未图示，但在保持部主体122上，在与配置在凹部125中的靶T重叠的位置埋入有磁石129(参见图1)。磁石129为例如作为PVD法的1种的离子镀法中使用的已知的磁石。
接下来，基于图3及图4说明装拆机构151。也参见图1。
图3是示出装拆机构151的立体图。通过构成腔室201的腔室构件202而形成轨道槽131。轨道槽131沿被表面处理材料S的宽度方向设置于在腔室201中被搬送的被表面处理材料S(在图3中未示出)的一面侧(在图1中为被表面处理材料S的下侧)。成对轨道槽131夹着空隙132相对。在成对轨道槽131中，插入靶保持部121的突出部123及密封构件128。即，图3是示出在轨道槽131中插入靶保持部121前的状态的立体图。
图4是示出在轨道槽131中插入靶保持部121后的状态的立体图。与突出部123及密封构件128的合计厚度相比，轨道槽131的槽宽(图4中的上下方向的距离)较短(窄)。因此，在靶保持部121插入到轨道槽131中的状态下，密封构件128与腔室构件202密合。由此腔室201的减压空间204密闭。
如图4所示，在靶保持部121插入在轨道槽131中的状态下，靶T从在腔室构件202上形成的开口133露出。像这样，由靶保持部121保持的靶T与在腔室201中被搬送的被表面处理材料S相对(也参见图1)。
插入在轨道槽131中的靶保持部121能够通过把持例如把持部130并进行拉拔而从轨道槽131拉出，以从腔室201拆下。
像这样，由腔室构件202、轨道槽131、开口133、突出部123、密封构件128等构成将靶保持部121以装拆自由的方式安装在腔室201中的装拆机构151。
装拆机构151不限定于基于图3及图4说明的实施方式。
例如，靶保持部121不限定于沿被表面处理材料S的宽度方向拔出(插入)的构造，也可以向与被表面处理材料S分离的方向(图1中的下方向)拆下。
接下来，基于图5说明隔离机构171。也参见图1。
图5是示出隔离机构171的立体图。在腔室201中被搬送的被表面处理材料S与装拆机构151之间，通过腔室构件145而形成开口146。通常开口146不闭合。因此，被搬送的被表面处理材料S与靶T相对(参见图1)。
在腔室构件145中的装拆机构151所在一侧配置有闸板141。闸板141以轴142为中心通过电作用而转动。轴142由固定于腔室构件145的轴保持部143以旋转自由的方式保持。轴142的轴向为被表面处理材料S的宽度方向。
如图5所示，在闸板141的一面侧(覆盖开口146一侧)配置有O型环等密封构件144。优选密封构件144粘接于闸板141。
闸板141通过电作用而向使开口146闭合的方向转动。由此，密封构件144与腔室构件145密合。由此，安装于腔室201的靶保持部121相对于减压空间204隔离。使开口146闭合的闸板141通过电作用而向使开口146打开的方向转动。
像这样，由闸板141、轴142、轴保持部143、密封构件144、腔室构件145、开口146等构成隔离机构171。
隔离机构171不限定于基于图5说明的实施方式。
例如，闸板141不限定于以轴142为中心转动的构造，也可以是沿被表面处理材料S的宽度方向拔出(插入)的构造。
此外，如图1所示，阀161设置在开口146与插入轨道槽131中的靶保持部121之间。阀161设置在腔室201的外侧并与腔室201的内部连接。通过将阀161打开，从而腔室201的外侧与内部连通。
在闸板141使开口146闭合而靶保持部121被相对于减压空间204隔离的情况下，该靶保持部121通过阀161打开而对大气开放。
在这样的构成中，通常如图1所示，全部的闸板141打开，不封堵开口146。且在全部的成对轨道槽131中插入有靶保持部121。此时，靶保持部121的密封构件128与腔室构件202密合，因此减压空间204密闭。
在这样的状态下，在减压空间204中被表面处理材料S被搬送。针对被搬送的被表面处理材料S使用靶T连续地实施表面处理。全部的靶保持部121的靶T被用于针对被表面处理材料S的表面处理。
在此，基于图6及图7说明对被表面处理材料S的搬送方向的最上游侧的位置P1的靶T进行更换的情况。
对靶T进行更换的时间点通常为表面处理中所使用的靶T消耗了的时间点。这样的时间点既可以通过经验得出，也可以利用未图示的已知的机构感测靶T的经时的质量减少，并根据其感测结果进行判断。
图6是示出位置P1的闸板141使开口146闭合的状态的剖视图。首先，使进行更换的位置P1的靶T的加热停止。然后，如图6所示，使位置P1的闸板141转动以使开口146闭合。由此，位置P1的靶保持部121相对于减压空间204而被隔离。之后，将位置P1的阀161打开。由此，位置P1的靶保持部121的靶T对大气开放并被冷却。此时，使开口146闭合的闸板141被大气压按压而密闭度增加。
图7是示出位置P1的靶保持部121被拉出的状态的剖视图。接下来，保持位置P1的闸板141使开口146闭合的状态，如图7所示，将位置P1的靶保持部121拉出。此时，将把持部130把持并沿轨道槽131拉拔靶保持部121即可。
在拉出的靶保持部121中，将环状构件127拆下，将消耗了的靶T从凹部125移除。之后，将新的靶T配置在凹部125中，然后嵌入环状构件127。由此，新的靶T被保持在靶保持部121中。
将保持有新的靶T的靶保持部121插入位置P1的成对轨道槽131中。由此，位置P1的靶保持部121再次成为与图6相同的状态。也可以在该时间点开始对位置P1的新的靶T进行加热。之后，在使阀161闭合后使位置P1的闸板141转动，将开口146打开。由此，位置P1的闸板141再次成为与图1相同的状态。位置P1的靶T再次暴露于减压空间204，开始用于被表面处理材料S的表面处理。像这样，无需使腔室201的内部整体地对大气开放、冷却即能够容易地仅对位置P1的靶T进行更换。
在对位置P1的靶T进行更换后，例如，能够同样地对与位置P1相比位于搬送方向的下游侧(位置P2、位置P3…)的靶T进行更换。
在对一个位置(例如位置P1)的靶T进行更换的期间内，也进行被表面处理材料S的搬送，并使用其他位置(例如位置P2、位置P3…)的靶T连续地实施表面处理。
因此，根据本实施方式，无需使操作(被表面处理材料S的搬送、针对被搬送的被表面处理材料S的连续的表面处理)停止就能够进行靶T更换。
为了获得这样的效果，靶保持部121优选2个以上。即，优选至少存在进行靶T的更换的靶保持部121和在其更换过程中用于表面处理的靶保持部121。
在被表面处理材料S的搬送方向(轧制方向)上配置的靶保持部121的个数越多，越能够提高搬送速度。因此，更加优选靶保持部121为4个以上。但是，若上述个数过多则会出现腔室201变得过长等问题，因此优选靶保持部121为80个以下。
一次从腔室201拆下的靶保持部121的个数并无特别限定，但为了不使操作停止地对靶T进行更换，优选至少1个靶保持部121不被拆下。
阀161的设置及开闭也可以省略。例如，在使闸板141转动以使开口146闭合后(参见图6)，若不打开阀161就能够拉拔靶保持部121(参见图7)，则也可以进行这种操作。在该情况下，靶保持部121被拉拔，必然对大气开放、冷却。在靶保持部121被拉拔后，使开口146闭合的闸板141被大气压按压，密闭度增加。
并且，在被拉拔后的靶保持部121中，与上述同样地，将消耗了的靶T拆下并使之保持新的靶T。将保持有新的靶T的靶保持部121插入到轨道槽131中。
之后，一边开始对新的靶T进行加热，一边使闸板141转动以将开口146打开。由此，新的靶T再次暴露在减压空间204中，开始用于被表面处理材料S的表面处理。
接下来，基于图8及图9说明靶T的排列状态。
图8是示出靶T的排列的示意图。每个靶保持部121的靶T的个数并无特别限定，根据被表面处理材料S的宽度方向的长度适当设定。在图2～图4中，示出在靶保持部121上沿被表面处理材料S的宽度方向保持有3个靶T的例子。但是，这只不过是示意性的图示，例如，如图8所示，也可以在靶保持部121上保持7个靶T。
在图8中，如假想线L1所示，靶保持部121的靶T沿被表面处理材料S的搬送方向(箭头A的方向)以直线状排列。
图9是示出靶T的另一排列的示意图。如图9所示，靶保持部121的靶T也可以如假想线L2所示沿被表面处理材料S的搬送方向(箭头A的方向)以锯齿状排列(以之字形排列)。在该情况下，由于在被表面处理材料S的宽度方向上均匀且完整地实施使用靶T的表面处理，因此优选。
接下来，基于图10及图11说明靶更换装置101的配置的变形例。
图10是示出在被搬送的被表面处理材料S的两面侧配置有靶更换装置101的状态的剖视图。在图10中，靶T配置于在腔室201的内部被搬送的被表面处理材料S的两面侧。
在被搬送的被表面处理材料S的两面上成膜的情况下，若一个面一个面地成膜，则当仅在一面侧成膜时，被表面处理材料S产生翘曲，认为由于该翘曲等的影响而可能导致成膜变得不均匀。
但是，如图10所示，通过将靶T配置在被表面处理材料S的两面侧，从而能够同时对被搬送的被表面处理材料S的两面侧进行成膜，得到均匀的被膜。
图11是示出在沿纵向被搬送的被表面处理材料S的两面侧配置有靶更换装置101的状态的剖视图。在图11中，被表面处理材料S被沿纵向(在图11中为自上朝下的方向)搬送。在这样的情况下，也能够在被搬送的被表面处理材料S的单面侧或两面侧配置靶T及靶更换装置101。如图11所示，通过在被表面处理材料S的两面侧配置，从而能够针对被搬送的被表面处理材料S同时对两面侧进行成膜，得到均匀的被膜。
[表面处理设备]
接下来，基于图12说明本发明的表面处理设备的一实施方式。
图12是示意性地示出表面处理设备1的示意图。表面处理设备1具有开卷机19。在开卷机19上卷挂有被表面处理材料S的搬送前线圈11。从开卷机19拉出的被表面处理材料S被在表面处理设备1的各部分搬送，并使用卷轴20再次卷取而成为搬送后线圈18。
表面处理设备1在被表面处理材料S的搬送方向上依次具有入侧减压设备21、前处理设备31、成膜设备41及出侧减压设备51。
入侧减压设备21具有多段入侧减压室22。前处理设备31具有前处理室32。成膜设备41具有成膜室42。出侧减压设备51具有多段出侧减压室52。
被表面处理材料S除在入侧减压室22、前处理室32、成膜室42及出侧减压室52的内部以外在大气压气氛内搬送。
被表面处理材料S的组成、材质并无特别限定，作为被表面处理材料S，例如能够举出金属带、薄膜、半导体等。
以下，以被表面处理材料S为金属带中的1种且为最终退火后的方向性电磁钢板的情况为例进行说明。即，在开卷机19上卷挂有最终退火后的方向性电磁钢板S(以下也简记为“钢板S”)的搬送前线圈11。
经过最终退火的方向性电磁钢板通常具有镁橄榄石被膜。
钢板S在具有镁橄榄石被膜的情况下，在被导入入侧减压设备21的入侧减压室22之前，使用未图示的研磨设备等进行研磨，将镁橄榄石被膜除去。另一方面，在钢板S不具有镁橄榄石被膜等氧化物被膜的情况下，不进行研磨而导入入侧减压设备21的入侧减压室22。
钢板S(不具有镁橄榄石被膜的方向性电磁钢板)被导入入侧减压设备21的入侧减压室22。多段的入侧减压室22的内压随着与前处理室32及成膜室42接近而阶段性地减小。像这样，施加至钢板S上的压力从大气压向前处理室32及成膜室42的内压接近。
通过阶段性地使内压变化，从而能够抑制由压力差引起的钢板S的蛇行。入侧减压室22的段数优选3段以上。
从入侧减压室22中通过的钢板S(不具有镁橄榄石被膜的方向性电磁钢板)被导入前处理设备31的前处理室32，在减压条件下实施前处理，将附着于表面的杂质除去。
实施了前处理的钢板S(不具有镁橄榄石被膜的方向性电磁钢板)被导入成膜设备41的成膜室42。在成膜室42中搬送的钢板S的表面上，在减压条件下实施成膜。
成膜后的钢板S被导入出侧减压设备51的出侧减压室52。多段出侧减压室52的内压随着远离成膜室42而阶段性地上升。由此，施加至钢板S上的压力从前处理室32及成膜室42的内压恢复为大气压。
通过阶段性地使内压变化，从而能够抑制由压力差引起的钢板S的蛇行。出侧减压室52的段数优选3段以上。
离开出侧减压设备51的钢板S之后被卷取到卷轴20上，成为搬送后线圈18。
接下来，更详细说明前处理设备31及成膜设备41。首先说明成膜设备41。
〈成膜设备〉
成膜设备41的成膜室42的内部被排气而成为减压空间。在成膜室42的减压空间中被搬送的钢板S(不具有镁橄榄石被膜的方向性电磁钢板)的表面上，通过PVD(PhysicalVapor Deposition：物理气相沉积)法实施成膜。
向成膜室42中导入例如氮气等成膜用的原料气体(气氛气体)。钢板S被加热，并在钢板S的表面上形成氮化物被膜等被膜。
作为对钢板S进行加热的手段，由于成膜室42的内部为减压空间，因此必然无法使用燃烧器等。取而代之，若为例如感应加热(IH)、电子束照射、激光、红外线等不需要氧的手段，则并无特别限定，能够适当使用。
PVD法优选离子镀法。成膜温度为便于制造而优选300～600℃，成膜室42的内部的压力(内压)优选0.1～100Pa。在成膜时，优选以钢板S为阴极并施加-10～-100V的偏置电压。通过在原料的离子化中使用等离子体，从而能够提高成膜速度。
作为在钢板S上成膜的被膜，优选氮化物被膜，更加优选金属氮化物被膜，进一步优选含有选自由Zn、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ti、Y、Nb、Mo、Hf、Zr、W及Ta组成的组中的至少1种金属的金属氮化物被膜。上述材料由于容易形成岩盐型构造且容易与钢板S的基铁的体心立方晶格匹配，因此能够提高被膜的密合性。
在钢板S上成膜的被膜既可以是由单层形成的被膜，也可以是由多个层形成的被膜。
在成膜室42中，因钢板S的表面的反应而生成的气体量及所投入的原料气体量等处于支配地位。另一方面，若过度加强排气，则存在原料气体无法充分地到达钢板S的情况。考虑以上情况而进行排气，以成为期望的内压(在前处理室32中也相同)。
成膜室42具有的排气口及原料气体的投入口等省略图示(在前处理室32中也相同)。
在成膜室42中，优选投入的原料气体量的0.5～1倍的排气量。
在本实施方式中，在作为腔室的成膜室42中，基于图1～图7说明的多个靶更换装置101的装拆机构151及隔离机构171(均未在图12中示出)设置在被搬送的钢板S的下表面侧及上表面侧(参见图10)。钢板S在成膜室42中也可以沿纵向被搬送(参见图11)。在成膜室42中设有上述的阀161(在图12中未示出)。
成膜时，使用成为被膜的原料的靶。在靶保持部121(在图12中未示出)上，在与钢板S的搬送方向正交的方向上保持有多个靶。多个靶既可以沿钢板S的搬送方向以直线状排列(参见图8)，也可以以锯齿状排列(参见图9)。
在钢板S的搬送方向上的某个位置的靶消耗了的情况下，通过靶更换装置101，无需使表面处理设备1的操作停止，就能够容易地对该位置的靶进行更换。
〈前处理设备〉
接下来，说明在成膜设备41(成膜室42)的上游侧配置的前处理设备31(前处理室32)。
经过入侧减压室22的钢板S被导入前处理设备31的前处理室32，在减压条件下实施将在钢板S的表面上附着的氧化物等杂质除去的前处理。
通过在成膜前进行前处理，从而由成膜设备41形成的被膜(例如氮化物被膜)相对于钢板S的密合性显著提高。因此，前处理设备31虽非必要设备，但优选设置。
作为前处理的方法，优选离子溅射。在离子溅射的情况下，作为所使用的离子种，优选使用氩气及氮气等非活性气体的离子或Ti及Cr等金属的离子。
为了使前处理室32的内部减压以提高溅射离子的平均自由程，前处理室32的内压优选为0.0001～1Pa。
优选以钢板S为阴极，并施加-100～-1000V的偏置电压。
图13是示出在前处理室32中设置有靶更换装置101的表面处理设备1的示意图。在图13中，省略表面处理设备1的一部分的图示。
在前处理室32内的前处理中使用Ti及Cr等金属的离子的情况下，能够使用金属的靶并利用PVD法(特别是离子镀法)进行前处理。
在该情况下，例如，如图13所示，在作为腔室的前处理室32中，能够将基于图1～图7说明的多个靶更换装置101的装拆机构151及隔离机构171(均未在图13中示出)设置在被搬送的钢板S的下表面侧及上表面侧(参见图10)。钢板S在前处理室32中也可以沿纵向被搬送(参见图11)。在前处理室32中设有上述的阀161(在图13中未示出)。
通过形成图13所示的前处理室32，从而能够使用靶从钢板S的两面侧同时进行前处理。此时，使靶保持部121(在图13中未示出)在与钢板S的搬送方向正交的方向上保持多个靶。多个靶既可以沿钢板S的搬送方向以直线状排列(参见图8)，也可以以锯齿状排列(参见图9)。
在钢板S的搬送方向上的某个位置的靶消耗了的情况下，通过使用靶更换装置101，从而无需使表面处理设备1的操作停止，就能够容易地对该位置的靶进行更换。
实施例
以下，举出实施例具体地说明本发明。但本发明不限定于这些实施例。
〈实施例1〉
将最终退火后的方向性电磁钢板S(板厚：0.23mm)的搬送前线圈11(总质量8t)供给至基于图12说明的表面处理设备1以进行成膜。钢板S的搬送速度设为30m/min。更详细来说，将通过机械研磨除去镁橄榄石被膜后的钢板S导入前处理室32，通过Ar离子溅射除去表面的杂质。接下来，在成膜室42中，利用PVD法在钢板S的表面形成TiN被膜(膜厚：0.3μm)。PVD法采用离子镀法，成膜温度设为400℃。
在实施例1中，如图12所示，沿钢板S的搬送方向在成膜室42中设置10个靶更换装置101。使1个靶保持部121(在图12中未示出)在钢板S的宽度方向上保持3个靶。靶的形状设为
Figure BDA0002689768730000171
高度50mm。
在实施例1中，每隔两小时，一次拉出2个靶保持部121(在图12中未示出)，将成膜中使用而消耗了的旧靶更换为未使用的新靶。将新靶开始用于成膜的时间点设为在停止将旧靶用于成膜之后刚好两小时后。即，在实施例1中，成膜使用的靶列数始终为8列。
在成膜室42的出侧，检查在钢板S的两面侧形成的TiN被膜的膜厚。膜厚通过使用荧光X射线测定Ti强度来检查。
检查的结果为，膜厚的变化整体上非常小。
在1000小时的试验中，无需进行使成膜室42的内部整体地对大气开放、冷却这样的维护。因此，能够将试验中的表面处理设备1的运行率提高至极限。具体来说，运行率为99％左右。
〈比较例1〉
不在成膜室42中设置靶更换装置101，而将靶固定在成膜室42的内部。成膜使用的靶列数与实施例1同样地为8列。1列的靶数设为在钢板S的宽度方向上为3个。
上述以外的其他条件与实施例1相同，实施成膜，在成膜室42的出侧检查在钢板S的两面侧形成的TiN被膜的膜厚。
检查的结果，在成膜初期，两个面基本上没有出现膜厚的差而均匀地形成了被膜，但在成膜开始后大约8小时，膜厚开始减小，在10小时基本不再成膜。也即，可知在将靶固定在成膜室42的内部的比较例1中，每隔8小时即需要进行维护。
在每8隔小时进行维护时，成膜室42的开放及冷却需要大约3小时，再排气及再加热需要大约5小时，因此1000小时的试验中的表面处理设备1的运行率为50％左右。
附图标记说明
1：表面处理设备
11：搬送前线圈
18：搬送后线圈
19：开卷机
20：卷轴
21：入侧减压设备
22：入侧减压室
31：前处理设备
32：前处理室(腔室)
41：成膜设备
42：成膜室(腔室)
51：出侧减压设备
52：出侧减压室
101：靶更换装置
121：靶保持部
122：保持部主体
123：突出部
124：突出面
125：凹部
126：凸缘部
127：环状构件
128：密封构件
129：磁石
130：把持部
131：轨道槽
132：空隙
133：开口
141：闸板
142：轴
143：轴保持部
144：密封构件
145：腔室构件
146：开口
151：装拆机构
161：阀
171：隔离机构
201：腔室
202：腔室构件
204：减压空间
A：箭头
S：被表面处理材料(最终退火后的方向性电磁钢板)
T：靶
P1：位置
P2：位置
P3：位置

Claims (21)

1.靶更换装置，其对靶进行更换，所述靶用于利用PVD法对腔室内部的减压空间中的被表面处理材料实施表面处理，所述靶更换装置具备：
靶保持部，其保持所述靶；
装拆机构，其将所述靶保持部在所述靶与所述减压空间中的所述被表面处理材料相对的位置处以装拆自由的方式安装于所述腔室；和
隔离机构，其以开闭自由的方式将安装于所述腔室的所述靶保持部相对于所述减压空间隔离。
2.根据权利要求1所述的靶更换装置，其中，所述被表面处理材料在所述减压空间中被搬送，并使用所述靶连续地实施表面处理。
3.根据权利要求2所述的靶更换装置，其中，所述装拆机构为将多个所述靶保持部沿所述被表面处理材料的搬送方向并列配置并分别独立地以装拆自由的方式安装于所述腔室中的机构，
所述隔离机构为以开闭自由的方式将沿所述搬送方向并列配置的多个所述靶保持部分别独立地相对于所述减压空间隔离的机构。
4.根据权利要求2或3所述的靶更换装置，其中，所述靶保持部在与所述被表面处理材料的搬送方向正交的方向上保持多个所述靶。
5.根据权利要求4所述的靶更换装置，其中，多个所述靶沿所述被表面处理材料的搬送方向以直线状排列。
6.根据权利要求4所述的靶更换装置，其中，多个所述靶沿所述被表面处理材料的搬送方向以锯齿状排列。
7.根据权利要求2～6中任一项所述的靶更换装置，其中，所述被表面处理材料被沿纵向搬送。
8.根据权利要求2～7中任一项所述的靶更换装置，其配置在被搬送的所述被表面处理材料的两面侧。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的靶更换装置，其还具备阀，所述阀使相对于所述减压空间被隔离的所述靶保持部对大气开放。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的靶更换装置，其中，所述被表面处理材料为金属带。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的靶更换装置，其中，所述被表面处理材料为不具有镁橄榄石被膜的方向性电磁钢板。
12.表面处理设备，其使用靶并利用PVD法对被搬送的被表面处理材料连续地实施表面处理，所述表面处理设备具备：
腔室，其在内部具有减压空间，在所述减压空间中供所述被表面处理材料被搬送；
靶保持部，其保持所述靶；
装拆机构，其将所述靶保持部在所述靶与在所述减压空间中被搬送的所述被表面处理材料相对的位置处以装拆自由的方式安装于所述腔室；和
隔离机构，其以开闭自由的方式将安装于所述腔室中的所述靶保持部相对于所述减压空间隔离。
13.根据权利要求12所述的表面处理设备，其中，
所述装拆机构为将多个所述靶保持部沿所述被表面处理材料的搬送方向并列配置并分别独立地以装拆自由的方式安装于所述腔室的机构，
所述隔离机构为以开闭自由的方式将沿所述搬送方向并列配置的多个所述靶保持部分别独立地相对于所述减压空间隔离的机构。
14.根据权利要求12或13所述的表面处理设备，其中，所述靶保持部在与所述被表面处理材料的搬送方向正交的方向上保持多个所述靶。
15.根据权利要求14所述的表面处理设备，其中，多个所述靶沿所述被表面处理材料的搬送方向以直线状排列。
16.根据权利要求14所述的表面处理设备，其中，多个所述靶沿所述被表面处理材料的搬送方向以锯齿状排列。
17.根据权利要求12～16中任一项所述的表面处理设备，其中，所述被表面处理材料被沿纵向搬送。
18.根据权利要求12～17中任一项所述的表面处理设备，其中，所述装拆机构及所述隔离机构配置在被搬送的所述被表面处理材料的两面侧。
19.根据权利要求12～18中任一项所述的表面处理设备，其还具备阀，所述阀使相对于所述减压空间被隔离的所述靶保持部对大气开放。
20.根据权利要求12～19中任一项所述的表面处理设备，其中，所述被表面处理材料为金属带。
21.根据权利要求12～20中任一项所述的表面处理设备，其中，所述被表面处理材料为不具有镁橄榄石被膜的方向性电磁钢板。
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