JP2001254171A - Arc-type ion plating apparatus - Google Patents
Arc-type ion plating apparatusInfo
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- JP2001254171A JP2001254171A JP2000067936A JP2000067936A JP2001254171A JP 2001254171 A JP2001254171 A JP 2001254171A JP 2000067936 A JP2000067936 A JP 2000067936A JP 2000067936 A JP2000067936 A JP 2000067936A JP 2001254171 A JP2001254171 A JP 2001254171A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、アーク式蒸発源
を用いたいわゆるアーク式イオンプレーティング法によ
って、例えば工具、機械部品、自動車部品、装飾品等の
基材の表面に、例えば潤滑性、硬度、装飾性等に優れた
膜を形成するアーク式イオンプレーティング装置に関
し、より具体的には、基材を順次搬送しながら成膜処理
を行う、いわゆるインライン型のアーク式イオンプレー
ティング装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a so-called arc-type ion plating method using an arc-type evaporation source, for example, to apply lubricating properties to the surface of a substrate such as a tool, a mechanical part, an automobile part, and a decorative article. The present invention relates to an arc ion plating apparatus that forms a film having excellent hardness, decorativeness, and the like, and more specifically, to a so-called in-line type arc ion plating apparatus that performs a film forming process while sequentially transporting a substrate. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】この種のアーク式イオンプレーティング
装置の一例が、特開平１０−１４０３５１号公報に記載
されている。2. Description of the Related Art An example of this type of arc ion plating apparatus is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-140351.
【０００３】この装置は、簡単に言えば、基材（ワー
ク）を載せた複数の基材ホルダ（パレット）を、ロード
ロック室、加熱室、ボンバード室、成膜室および冷却室
へと一方向に順次搬送しながら、成膜室においてカソー
ドユニット（アーク式蒸発源）を用いて、各基材の表面
に膜を形成するものである。[0003] In short, this apparatus unidirectionally transfers a plurality of substrate holders (pallets) on which substrates (work) are placed to a load lock chamber, a heating chamber, a bombard chamber, a film forming chamber, and a cooling chamber. The film is formed on the surface of each substrate using a cathode unit (arc-type evaporation source) in a film forming chamber while being sequentially transported.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記アーク式イオンプ
レーティング装置では、成膜室において、基材がアーク
式蒸発源の前方（成膜領域）を通る間は当該基材に対し
て連続して成膜処理が行われるため、アーク式蒸発源か
ら基材への熱投入（具体的には、イオン化した陰極物質
の入射によるエネルギー投入）が大きくなって、基材が
加熱され過ぎて基材の温度上昇が過大になり、基材の品
質低下を起こす可能性がある。例えば、基材の材質によ
っては、硬度低下や熱歪みを起こす。In the above arc type ion plating apparatus, while the base material passes in front of the arc type evaporation source (film formation region) in the film formation chamber, the base material is continuously connected to the base material. Since the film formation process is performed, the heat input from the arc evaporation source to the substrate (specifically, the energy input due to the incidence of the ionized cathode material) increases, and the substrate is excessively heated and There is a possibility that the temperature rise becomes excessive and the quality of the base material is deteriorated. For example, depending on the material of the base material, a decrease in hardness or thermal distortion occurs.
【０００５】上記公報には、ボンバード室の長さを大き
くして基材ホルダを往復直線運動させても良いことが記
載されており、この往復直線運動させる方法を成膜室に
も適用すれば、基材に対する成膜処理が間欠的になって
基材の温度上昇は抑えられるけれども、そのようにする
と、成膜領域の左右両側に基材ホルダの搬送方向反転用
の待機スペースが余分に必要になるので、成膜室を大き
く（長く）する必要があり、装置が大型化すると共に、
成膜室用の真空排気装置も大容量化さぜるを得なくな
る。The above publication discloses that the length of the bombard chamber may be increased and the substrate holder may be reciprocated in a linear motion. The intermittent deposition process on the base material suppresses the temperature rise of the base material, but this requires extra standby space on both the left and right sides of the film formation area for reversing the transfer direction of the base material holder. Therefore, it is necessary to make the film forming chamber large (long), and the apparatus becomes large,
The vacuum evacuation device for the film formation chamber is unavoidably increased in capacity.
【０００６】そこでこの発明は、基材の温度上昇を抑え
ることができ、しかも基材ホルダを往復直線運動させる
場合と違って成膜室を大きくせずに済むアーク式イオン
プレーティング装置を提供することを主たる目的とす
る。Accordingly, the present invention provides an arc-type ion plating apparatus which can suppress a rise in the temperature of a substrate and does not need to enlarge a film forming chamber unlike a case where the substrate holder is moved linearly. It is the main purpose.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明のアーク式イオ
ンプレーティング装置は、基材に膜形成を行う部屋であ
って真空排気される成膜室と、この成膜室に隣接されて
いて当該成膜室に基材を出し入れするための部屋であっ
て真空排気される少なくとも一つの搬送室と、この搬送
室と前記成膜室との間および当該搬送室と大気側との間
にそれぞれ設けられた真空弁と、複数の基材を側面に保
持可能な中空または中実の柱状の基材ホルダをその軸を
中心に回転可能に保持している台車と、この台車を基材
ホルダと共に大気側と前記成膜室との間を前記搬送室お
よび前記真空弁を経由して搬送する台車搬送機構と、前
記成膜室内において前記台車上の基材ホルダを回転させ
るホルダ回転機構と、前記成膜室に前記台車上の基材ホ
ルダの側面に向くように設けられていて、真空アーク放
電によって陰極を溶解させて陰極物質を含むプラズマを
生成する１台以上のアーク式蒸発源とを備えることを特
徴としている。An arc-type ion plating apparatus according to the present invention is a chamber for forming a film on a substrate, which is a vacuum-evacuated film-forming chamber, and a chamber adjacent to the film-forming chamber, A chamber for taking a substrate into and out of the film formation chamber, and at least one transfer chamber that is evacuated and provided between the transfer chamber and the film formation chamber and between the transfer chamber and the atmosphere side, respectively. A vacuum valve, a bogie holding a hollow or solid columnar base material holder capable of holding a plurality of base materials on its side surface so as to be rotatable about its axis, and a dolly together with the base material holder. A carriage transport mechanism for transporting between the side and the film forming chamber via the transport chamber and the vacuum valve, a holder rotating mechanism for rotating a substrate holder on the carriage in the film forming chamber, Turn to the side of the substrate holder on the trolley in the membrane chamber It provided in earthenware pots, and characterized in that it comprises a one or more arc evaporation source for generating plasma containing cathode materials by dissolving the cathode by vacuum arc discharge.
【０００８】上記構成によれば、成膜室内において台車
上の基材ホルダをホルダ回転機構によって回転させるの
で、各基材がアーク式蒸発源の前方に連続して長時間滞
在することはなく、各基材に対する成膜処理は、基材ホ
ルダの回転に伴って間欠的に繰り返して行われる。これ
によって、アーク式蒸発源から各基材への熱投入も間欠
的になるので、各基材の温度上昇を抑えることができ
る。According to the above configuration, since the substrate holder on the cart is rotated by the holder rotating mechanism in the film forming chamber, each substrate does not continuously stay in front of the arc evaporation source for a long time. The film formation process for each substrate is repeatedly performed intermittently with the rotation of the substrate holder. Thereby, the heat input from the arc evaporation source to each substrate is also intermittent, so that the temperature rise of each substrate can be suppressed.
【０００９】しかも、成膜室内において台車上の基材ホ
ルダを回転させる構造であるので、基材ホルダを往復直
線運動させる場合と違って、成膜室内に基材ホルダの余
分な待機スペースを設ける必要がなく、従って成膜室を
大きくせずに済む。Further, since the substrate holder on the trolley is rotated in the film forming chamber, an extra standby space for the substrate holder is provided in the film forming chamber unlike the case where the substrate holder is reciprocated linearly. There is no need to make the film formation chamber large.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るアーク式
イオンプレーティング装置の一例を示す平面図である。
このアーク式イオンプレーティング装置は、成膜室８に
基材３６（より具体的にはそれを搬送する台車３０）を
搬入するための搬入室４と、基材３６を成膜前に予備加
熱する予備加熱室６と、基材３６に成膜（膜形成）を行
う成膜室８と、基材３６（より具体的にはそれを搬送す
る台車３０）を大気側へ搬出するための搬出室１０と
を、上記順で互いに隣接させて直列に（直線状に）並べ
た構造をしている。FIG. 1 is a plan view showing an example of an arc ion plating apparatus according to the present invention.
This arc-type ion plating apparatus includes a loading chamber 4 for loading a substrate 36 (more specifically, a carriage 30 for transporting the substrate 36) into the film forming chamber 8, and preheating the substrate 36 before film formation. Preheating chamber 6, a film forming chamber 8 for forming a film (film formation) on the substrate 36, and an unloading for unloading the substrate 36 (more specifically, a carriage 30 for transporting the same) to the atmosphere. The chamber 10 has a structure in which the chambers 10 are arranged in series (in a straight line) adjacent to each other in the above order.
【００１１】各室４、６、８および１０間は真空弁１
５、１６および１７でそれぞれ仕切られており、搬入室
４および搬出室１０と大気側との間は真空弁１４および
１８でそれぞれ仕切られている。A vacuum valve 1 is provided between the chambers 4, 6, 8 and 10.
5, 16, and 17, and the vacuum chambers 14 and 18 respectively separate the carry-in chamber 4 and the carry-out chamber 10 from the atmosphere side.
【００１２】成膜室８は、図示しない真空排気装置によ
って、成膜前の状態で例えば１０-3Ｐａ〜１０-4Ｐａ程
度に真空排気される。The film forming chamber 8 is evacuated to a pressure of, for example, about 10 −3 Pa to 10 −4 Pa by a vacuum evacuation device (not shown) before film formation.
【００１３】予備加熱室６は、図示しない真空排気装置
によって、例えば１０-3Ｐａ〜１０ -4Ｐａ程度に真空排
気される。The preheating chamber 6 is provided with a vacuum exhaust device (not shown).
For example, 10-3Pa-10 -FourVacuum to about Pa
I'm bothered.
【００１４】この例では二つの搬送室を備えている。搬
入室４および搬出室１０がそれである。これらは、図示
しない真空排気装置によって、例えば１Ｐａ〜１０-1Ｐ
ａ程度にそれぞれ真空排気される。これらは、真空予備
室と呼ぶこともできる。In this example, two transfer chambers are provided. The carry-in room 4 and the carry-out room 10 are the same. These are, for example, 1 Pa to 10 -1 P by a vacuum exhaust device (not shown).
Each is evacuated to about a. These can also be referred to as pre-vacuum chambers.
【００１５】搬入室４の入口外の大気側および搬出室１
０の出口外の大気側には、この例では、台車３０を搬入
および搬出するための搬入台２および搬出台１２がそれ
ぞれ設けられている。但しこれらは必須ではない。The atmosphere side outside the entrance of the carry-in room 4 and the carry-out room 1
In this example, a loading table 2 and a loading table 12 for loading and unloading the cart 30 are provided on the atmosphere side outside the exit 0. However, these are not essential.
【００１６】成膜しようとする基材３６は、台車３０上
の基材ホルダ３４に保持された状態で搬送される。その
ために、台車３０を基材ホルダ３４と共に、矢印Ａに示
すように、大気側の搬入台２上から、搬入室４、予備加
熱室６、成膜室８および搬出室１０を経由して、かつ真
空弁１４〜１８を経由して、大気側の搬出台１２上に搬
送する台車搬送機構２８が設けられている。この台車搬
送機構２８については図２を参照して更に後述する。The substrate 36 to be formed is transported while being held by the substrate holder 34 on the carriage 30. For this purpose, the carriage 30 is moved together with the substrate holder 34 from the atmosphere side loading table 2 through the loading chamber 4, the preheating chamber 6, the film forming chamber 8 and the unloading chamber 10 as shown by the arrow A. In addition, a carriage transport mechanism 28 that transports the air onto the discharge table 12 on the atmosphere side via the vacuum valves 14 to 18 is provided. The carriage transport mechanism 28 will be further described later with reference to FIG.
【００１７】台車３０には、図２および図３に示すよう
に、柱状の基材ホルダ３４が、その軸３５を中心にし
て、例えば矢印Ｂ方向に回転可能に保持されている。即
ち、基材ホルダ３４は台車３０上に立てて保持されてい
る。この基材ホルダ３４は、図３に示すように、台車３
０に取り付けられた軸受４０を貫通する回転軸３８に取
り付けられている。回転軸３８の下部には、複数の凹部
４４を有する結合板４２が取り付けられている。台車３
０は、その側面に複数の車３２を有しており、かつ下部
の左右にラック２６を有している。As shown in FIGS. 2 and 3, a columnar substrate holder 34 is held on the carriage 30 so as to be rotatable about its axis 35, for example, in the direction of arrow B. That is, the base material holder 34 is held upright on the carriage 30. As shown in FIG. 3, the base material holder 34
It is mounted on a rotating shaft 38 that passes through a bearing 40 mounted on the shaft 40. A coupling plate 42 having a plurality of recesses 44 is attached to a lower portion of the rotating shaft 38. Trolley 3
0 has a plurality of cars 32 on its side, and has racks 26 on the left and right at the bottom.
【００１８】基材ホルダ３４は、中空柱状（換言すれば
筒状）または中実柱状のものであり、円柱状、多面体柱
状または角柱状等のいずれでも良い。図示例は、円筒状
のものである。この基材ホルダ３４は、その側面に、複
数の（多数の）基材３６を保持することができる。The substrate holder 34 is in the form of a hollow column (in other words, cylindrical) or a solid column, and may be any of a column, a polyhedral column, or a prism. The illustrated example is a cylindrical one. The substrate holder 34 can hold a plurality of (many) substrates 36 on its side surface.
【００１９】上記台車搬送機構２８を構成するものとし
て、搬入台２上、搬入室４、予備加熱室６、成膜室８お
よび搬出室１０の底面（図３の底面５９参照）上および
搬出室１２上には、台車３０の搬送をガイドするレール
２２と、台車３０のラック２６と噛み合って台車３０を
上記のように搬送する複数のピニオン２４とが設けられ
ている。各ピニオン２４は、図示しない駆動源によって
駆動（回転）される。The carriage transport mechanism 28 is formed on the carry-in table 2, the carry-in chamber 4, the preheating chamber 6, the film forming chamber 8, and the bottom of the carry-out chamber 10 (see the bottom surface 59 in FIG. 3) and the carry-out chamber. A rail 22 that guides the carriage 30 and a plurality of pinions 24 that mesh with the rack 26 of the carriage 30 and carry the carriage 30 as described above are provided on the carriage 12. Each pinion 24 is driven (rotated) by a drive source (not shown).
【００２０】図１に戻って、予備加熱室６には、成膜前
に各基材３６を加熱（予備加熱）する加熱器２０が設け
られている。この予備加熱室６を設けて基材３６の予備
加熱を行うことは必須ではないけれども、予備加熱を行
うことによって、各基材３６に形成される膜の密着性を
より向上させることができる。Returning to FIG. 1, the preheating chamber 6 is provided with a heater 20 for heating (preheating) each substrate 36 before film formation. It is not essential to provide the preheating chamber 6 to preheat the substrate 36, but by performing preheating, the adhesion of the film formed on each substrate 36 can be further improved.
【００２１】成膜室８には、その中で、より具体的には
後述するアーク式蒸発源６０の前方の成膜領域で、台車
３０上の基材ホルダ３４を上記矢印Ｂのように回転させ
るホルダ回転機構５６が設けられている。In the film forming chamber 8, the substrate holder 34 on the carriage 30 is rotated as shown by the arrow B in the film forming area in front of an arc evaporation source 60 described later, more specifically. A holder rotating mechanism 56 is provided.
【００２２】これを詳述すると、図３に示すように、成
膜室８の底面５９であって後述するアーク式蒸発源６０
の前方部に、軸受５４およびそれを貫通する軸５０が設
けられており、この軸５０の上部には、上昇することに
よって前記結合板４２と結合する結合板４６が取り付け
られている。この結合板４６は、結合板４２の各凹部４
４に嵌まる複数の凸部４８を有している。軸５０は、成
膜室８の外部に設けられた駆動機構５２によって、矢印
Ｃに示すように昇降させられると共に、矢印Ｄに示すよ
うに回転させられる。台車３０の搬送をアーク式蒸発源
６０の前方の所定位置で一旦止めて、軸５０を上昇させ
て結合板４６と４２とを結合させた状態で軸５０を回転
させることによって、基材ホルダ３４を前記のように回
転させることができる。More specifically, as shown in FIG. 3, an arc type evaporation source 60, which will be described later,
A bearing 54 and a shaft 50 penetrating therethrough are provided at a front portion of the shaft 50, and a coupling plate 46 which is coupled to the coupling plate 42 by ascending is attached to an upper portion of the shaft 50. The coupling plate 46 is provided with each recess 4 of the coupling plate 42.
4 have a plurality of projections 48. The shaft 50 is moved up and down as shown by an arrow C and rotated as shown by an arrow D by a driving mechanism 52 provided outside the film forming chamber 8. The transportation of the carriage 30 is temporarily stopped at a predetermined position in front of the arc evaporation source 60, and the shaft 50 is lifted to rotate the shaft 50 in a state where the coupling plates 46 and 42 are coupled to each other. Can be rotated as described above.
【００２３】この例では、上記軸受４０および５４は電
気絶縁機能をも有しており、成膜室８外に設けたバイア
ス電源５８から、軸５０、互いに結合された結合板４６
および４２、更には回転軸３８を経由して、基材ホルダ
３４およびそれに取り付けられた各基材３６に、例えば
−数十Ｖ〜−１０００Ｖ程度の負のバイアス電圧ＶBを
印加することができる。In this example, the bearings 40 and 54 also have an electrical insulating function, and are provided with a shaft 50 and a coupling plate 46 coupled to each other from a bias power source 58 provided outside the film forming chamber 8.
And 42, even through the rotation axis 38, the substrate holder 34 and the substrate 36 attached thereto, for example - can be applied to several tens of V to-1000V about negative bias voltage V B .
【００２４】成膜室８の側壁部には、図１および図２に
示すように、台車３０上の基材ホルダ３４の側面に向く
ように、この例では複数台（図示例では３台）のアーク
式蒸発源６０が上下に（即ち基材ホルダ３４の長さ方向
に沿って）配置されている。As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of units (three units in the illustrated example) are provided on the side wall of the film forming chamber 8 so as to face the side surface of the substrate holder 34 on the carriage 30 as shown in FIGS. Are disposed vertically (that is, along the length direction of the substrate holder 34).
【００２５】各アーク式蒸発源６０は、成膜室８の陽極
を兼ねる壁面と陰極６２との間の真空アーク放電によっ
て、陰極６２を局部的に溶解させて陰極物質６４を蒸発
させるものである。このとき、陰極６２の前方近傍に
は、アーク放電によってプラズマが生成され、陰極物質
６４の一部はイオン化される。即ち、各アーク式蒸発源
６０の陰極６２の前方近傍には、イオン化された陰極物
質６４を含むプラズマが生成される。なお、各アーク式
蒸発源６０は、通常はアーク放電起動用のトリガ電極を
備えているが、ここではその図示を省略している。Each of the arc evaporation sources 60 locally dissolves the cathode 62 and evaporates the cathode material 64 by vacuum arc discharge between the cathode 62 and the wall of the film forming chamber 8 also serving as the anode. . At this time, plasma is generated by arc discharge near the front of the cathode 62, and a part of the cathode material 64 is ionized. That is, a plasma containing the ionized cathode material 64 is generated near the front of the cathode 62 of each arc evaporation source 60. Each arc evaporation source 60 usually has a trigger electrode for starting arc discharge, but is not shown here.
【００２６】各アーク式蒸発源６０の陰極６２は、成膜
しようとする膜の種類に応じた所望の材料（例えば金
属、合金、カーボン等）から成る。より具体的には、例
えばＴi 、Ｃr 等の金属、ＴiＡl 等の合金、グラファ
イト（カーボン）から成る。全てのアーク式蒸発源６０
の陰極６２は、互いに同一材料から成るのが一般的に好
ましい。The cathode 62 of each arc evaporation source 60 is made of a desired material (for example, metal, alloy, carbon, etc.) according to the type of film to be formed. More specifically, it is made of, for example, a metal such as Ti or Cr, an alloy such as TiAl, or graphite (carbon). All arc evaporation sources 60
Are generally made of the same material.
【００２７】成膜室８内には、成膜時は、必要に応じて
不活性ガス、反応性ガス等のガスが導入される。不活性
ガスは、例えばアルゴンガスである。反応性ガスは、各
アーク式蒸発源６０から発生する陰極物質６４と反応し
て化合物を作るガスであり、例えば窒素ガスである。こ
のようなガスは、特開平８−１９９３４６号公報にも記
載されているように、ガス吹付け機構６６（図１参照）
から各アーク式蒸発源６０の陰極６２の表面近傍に吹き
付ける方式で導入しても良い。During the film formation, a gas such as an inert gas or a reactive gas is introduced into the film formation chamber 8 as needed. The inert gas is, for example, an argon gas. The reactive gas is a gas that reacts with the cathode material 64 generated from each of the arc evaporation sources 60 to form a compound, for example, a nitrogen gas. Such a gas is supplied to a gas blowing mechanism 66 (see FIG. 1) as described in JP-A-8-199346.
Alternatively, it may be introduced by a method of spraying near the surface of the cathode 62 of each arc type evaporation source 60.
【００２８】このようなアーク式蒸発源６０で発生させ
たプラズマ中のイオンは、上記負のバイアス電圧ＶB に
よって加速されて各基材３６に引き込まれて堆積して、
各基材３６の表面に膜を形成する。その場合、成膜室８
内に上記反応性ガスを導入しておくと、当該ガスと上記
イオンとが反応して化合物膜（ＴiＮ、ＴiＣＮ、ＴiＡl
Ｎ、ＣrＮ等）が形成される。なお、バイアス電源５８
を設けずに、基材３６を接地電位にしておいても、その
近傍に輸送されるプラズマの方が正電位になりやすいの
で、両者間の電位差によってイオンを基材３６に引き込
むことも可能である。The ions in the plasma generated by the arc type evaporation source 60 are accelerated by the negative bias voltage V B and drawn into and deposited on the respective base materials 36, and are deposited.
A film is formed on the surface of each substrate 36. In that case, the film forming chamber 8
When the reactive gas is introduced into the inside, the gas reacts with the ions to form compound films (TiN, TiCN, TiAl).
N, CrN, etc.) are formed. The bias power supply 58
Even if the substrate 36 is set to the ground potential without providing the plasma, the plasma transported to the vicinity thereof is more likely to have a positive potential, so that the ions can be drawn into the substrate 36 by the potential difference between the two. is there.
【００２９】上記アーク式イオンプレーティング装置の
全体の動作例を説明すると、基材ホルダ３４に所要数の
基材３６を取り付けた台車３０を搬入台２上に載せ、搬
入室４が真空状態にあればそれを大気圧状態に戻し、真
空弁１４を開いて台車３０を搬入室４内へ搬送し、搬入
室４を真空排気する。その後、真空弁１５を開いて、予
め真空排気してある予備加熱室６へ台車３０を搬送し、
基材ホルダ３４上の各基材３６を所要温度で所要時間加
熱する。An operation example of the whole arc type ion plating apparatus will be described. A carriage 30 having a required number of substrates 36 mounted on a substrate holder 34 is placed on the loading table 2 and the loading chamber 4 is evacuated. If so, it is returned to the atmospheric pressure state, the vacuum valve 14 is opened, the carriage 30 is transported into the loading chamber 4, and the loading chamber 4 is evacuated. Thereafter, the vacuum valve 15 is opened, and the carriage 30 is transported to the preheating chamber 6 which has been evacuated in advance,
Each substrate 36 on the substrate holder 34 is heated at a required temperature for a required time.
【００３０】その後、真空弁１６を開いて、予め真空排
気してある成膜室８内へ台車３０を搬送し、アーク式蒸
発源６０の前方の所定位置で止めて基材ホルダ３４を上
記のように回転させながら、アーク式蒸発源６０によっ
て各基材３６に対して成膜を所要時間行う。Thereafter, the vacuum valve 16 is opened, the carriage 30 is conveyed into the film forming chamber 8 which has been evacuated in advance, and is stopped at a predetermined position in front of the arc-type evaporation source 60 so that the substrate holder 34 is moved. While rotating as described above, film formation is performed on each base material 36 by the arc evaporation source 60 for a required time.
【００３１】その後、真空弁１７を開いて、予め真空排
気してある搬出室１０内へ台車３０を搬送し、真空弁１
７を閉じて搬出室１０を大気圧状態に戻し、真空弁１８
を開いて台車３０を搬出台１２上へ搬送する。Thereafter, the vacuum valve 17 is opened, and the carriage 30 is transported into the unloading chamber 10 which has been evacuated beforehand.
7 is closed to return the discharge chamber 10 to the atmospheric pressure state, and the vacuum valve 18
Is opened and the carriage 30 is conveyed onto the carry-out stand 12.
【００３２】上記のような一連の処理で、一つの台車３
０についての成膜処理は完了する。そして、複数の上記
のような台車３０を順次上記のように搬送することによ
って、上記のような一連の処理を、複数の台車３０につ
いて並行して行うことができる。In the series of processes described above, one truck 3
The film forming process for 0 is completed. Then, by sequentially transporting the plurality of trolleys 30 as described above, the series of processes as described above can be performed on the plurality of trolleys 30 in parallel.
【００３３】このアーク式イオンプレーティング装置に
よれば、成膜室８内において台車３０上の基材ホルダ３
４をホルダ回転機構５６によって回転させるので、各基
材３６がアーク式蒸発源６０の前方に連続して長時間滞
在することはなく、各基材３６に対する成膜処理は、基
材ホルダ３４の回転に伴って間欠的に繰り返して行われ
る。これによって、アーク式蒸発源６０から各基材３６
への熱投入も間欠的になるので、各基材３６の温度上昇
を抑えることができる。従って、基材３６の品質低下を
起こさずに成膜を行うことができる。例えば、ＳＫＨ５
１、ＳＣＭ４１５Ｈ等の高速度工具鋼は、５００℃程度
以上になると硬度低下を起こすけれども、このような問
題を起こさずに成膜することができる。According to this arc type ion plating apparatus, the substrate holder 3 on the carriage 30 in the film forming chamber 8
4 is rotated by the holder rotating mechanism 56, so that each base material 36 does not stay in front of the arc evaporation source 60 continuously for a long time. It is repeated intermittently with the rotation. Thereby, each base material 36 is transferred from the arc evaporation source 60.
Since the heat input to the substrate is also intermittent, it is possible to suppress a rise in the temperature of each base material 36. Therefore, the film can be formed without deteriorating the quality of the base material 36. For example, SKH5
1. High-speed tool steel such as SCM415H causes a decrease in hardness at about 500 ° C. or higher, but can be formed without such a problem.
【００３４】図４に、同じ膜厚の成膜を行ったときの基
材温度の比較を示す。図中のＰ点およびＱ点はアーク式
蒸発源の動作を止めて成膜を終了した時点である。基材
に対して連続して成膜が行われる従来例の方が成膜は早
く終了するけれども、従来例では基材温度は５５０℃近
くまで大きく上昇している。これに対して、基材に対し
て間欠的に繰り返して成膜が行われる実施例では、基材
温度は３５０℃程度に抑えられている。実施例の基材温
度の脈動のサイクルは、基材ホルダ３４の回転速度に対
応している。なおこの実施例の基材温度は、後述する実
施例の条件で成膜したときのものである。FIG. 4 shows a comparison of the substrate temperatures when the same film thickness is formed. The points P and Q in the figure are points when the operation of the arc evaporation source is stopped and the film formation is completed. In the conventional example in which the film formation is continuously performed on the base material, the film formation is completed earlier, but in the conventional example, the base material temperature is greatly increased to near 550 ° C. On the other hand, in the embodiment in which the film is repeatedly formed on the substrate intermittently, the substrate temperature is suppressed to about 350 ° C. The pulsation cycle of the substrate temperature in the embodiment corresponds to the rotation speed of the substrate holder 34. The substrate temperature in this embodiment is a temperature when a film is formed under the conditions of the embodiment described later.
【００３５】しかもこのアーク式イオンプレーティング
装置によれば、成膜室８内において台車３０上の基材ホ
ルダ３４を回転させる構造であるので、基材ホルダ３４
を往復直線運動させる場合と違って、成膜室８内に基材
ホルダ３４の余分な待機スペースを設ける必要がなく、
従って成膜室８を大きくせずに済む。その分、装置の小
型化および成膜室８用の真空排気装置の小容量化を図る
ことができる。Further, according to this arc type ion plating apparatus, since the substrate holder 34 on the carriage 30 is rotated in the film forming chamber 8, the substrate holder 34
It is not necessary to provide an extra standby space for the substrate holder 34 in the film forming chamber 8 unlike the case where the
Therefore, it is not necessary to make the film forming chamber 8 large. Accordingly, the size of the apparatus can be reduced, and the capacity of the vacuum exhaust device for the film forming chamber 8 can be reduced.
【００３６】また、このアーク式イオンプレーティング
装置は、複数の基材３６を側面に保持可能な柱状の基材
ホルダ３４を成膜室８内で回転させる構造であり、一度
に大量の基材３６に成膜を行うことができるので、生産
性が向上する。The arc-type ion plating apparatus has a structure in which a columnar substrate holder 34 capable of holding a plurality of substrates 36 on the side surface is rotated in the film forming chamber 8, so that a large amount of Since the film can be formed on the substrate 36, the productivity is improved.
【００３７】更に、搬入室４および搬出室１０を有して
いて、成膜室８を大気開放することなく成膜室８への基
材３６の出し入れが可能であるので、真空引き時間が短
縮され、この観点からも生産性が向上する。Further, since the apparatus has the carry-in chamber 4 and the carry-out chamber 10, the base material 36 can be taken in and out of the film formation chamber 8 without opening the film formation chamber 8 to the atmosphere. From this viewpoint, the productivity is improved.
【００３８】なお、上記のように４室構成にする代わり
に、一つの部屋で搬入室４と予備加熱室６とを兼ねさせ
ても良い。また、一つの搬送室で搬入室４と搬出室１０
とを兼ねさせても良い。その場合は、台車３０は当該搬
送室と成膜室８との間を往復することになる。Instead of the four-chamber configuration as described above, a single room may serve as both the loading chamber 4 and the preheating chamber 6. Also, the loading room 4 and the unloading room 10 are provided in one transfer room.
And may also be used. In that case, the carriage 30 reciprocates between the transfer chamber and the film forming chamber 8.
【００３９】また、図５に示す例のように、回転台７０
上で複数の基材ホルダ３４を例えば矢印Ｅ方向に回転
（公転）させると共に、各基材ホルダ３４を前記矢印Ｂ
のように回転（自転）させて、基材ホルダ３４を自公転
させるようにしても良い。これは、例えば回転台７０内
に歯車機構を設けること等によって容易に実現すること
ができる。Also, as shown in FIG.
The plurality of substrate holders 34 are rotated (revolved) in the direction of arrow E, for example, and each substrate holder 34 is
The substrate holder 34 may be rotated (rotated) as described in (1) to revolve on its own axis. This can be easily realized, for example, by providing a gear mechanism in the turntable 70 or the like.
【００４０】[0040]
【実施例】図１に示した構造のアーク式イオンプレーテ
ィング装置を用いて、基材３６にＴiＮ膜の成膜を行っ
た。この場合、直径約４００ｍｍ、長さ約８００ｍｍの
円筒状の基材ホルダ３４の側面に、直径３０ｍｍ、厚さ
２ｍｍの鋼材（ＳＣＭ４１５Ｈ）から成る円板状の基材
３６を７００個取り付けた。アーク式蒸発源は上下に５
台配置し、その各陰極６２の材質をＴi とした。EXAMPLE A TiN film was formed on a substrate 36 by using an arc ion plating apparatus having the structure shown in FIG. In this case, 700 disk-shaped base materials 36 made of steel (SCM415H) having a diameter of 30 mm and a thickness of 2 mm were attached to the side surface of a cylindrical base material holder 34 having a diameter of about 400 mm and a length of about 800 mm. Arc type evaporation source up and down 5
A table was placed, and the material of each cathode 62 was Ti.
【００４１】そして、予備加熱室６で３０分間の加熱を
行って各基材３６を約２５０℃まで加熱した後、成膜室
８で成膜を行った。このとき、バイアス電圧ＶB を−２
００Ｖとし、ガス吹付け機構６６から窒素ガスを５台分
合計で３００ｓｃｃｍ流し、成膜室８の圧力を約２．６
Ｐａに保ち、各アーク式蒸発源６０のアーク電流を８０
Ａに保ち、基材ホルダ３４を０．５ｒｐｍで回転させな
がら、４５分間の成膜を行った。Then, each substrate 36 was heated to about 250 ° C. by heating for 30 minutes in the preheating chamber 6, and then a film was formed in the film forming chamber 8. At this time, the bias voltage V B -2
The voltage was set to 00 V, nitrogen gas was supplied from the gas spraying mechanism 66 at a flow rate of 300 sccm in total for five units, and the pressure of the film forming chamber 8 was set to about 2.6.
And the arc current of each arc type evaporation source 60 is set to 80
A, the film was formed for 45 minutes while rotating the substrate holder 34 at 0.5 rpm.
【００４２】これによって、７００個もの多数の基材３
６に一括して、１．２μｍの厚さのＴiＮ膜を形成する
ことができた。しかも、各基材３６の温度は、図４に示
した実施例のように３５０℃程度に抑えることができ
た。その結果、各基材３６に硬度低下は認められなかっ
た。Thus, as many as 700 base materials 3
6, a TiN film having a thickness of 1.2 μm was formed. Moreover, the temperature of each substrate 36 could be suppressed to about 350 ° C. as in the embodiment shown in FIG. As a result, no decrease in the hardness of each base material 36 was observed.
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、成膜室
内において台車上の基材ホルダをホルダ回転機構によっ
て回転させるので、各基材がアーク式蒸発源の前方に連
続して長時間滞在することはなく、各基材に対する成膜
処理は、基材ホルダの回転に伴って間欠的に繰り返して
行われる。これによって、アーク式蒸発源から各基材へ
の熱投入も間欠的になるので、各基材の温度上昇を抑え
ることができる。従って、基材の品質低下を起こさずに
成膜を行うことができる。As described above, according to the present invention, since the substrate holder on the trolley is rotated by the holder rotating mechanism in the film forming chamber, each substrate is continuously provided in front of the arc evaporation source for a long time. It does not stay, and the film forming process for each substrate is repeatedly performed intermittently with the rotation of the substrate holder. Thereby, the heat input from the arc evaporation source to each substrate is also intermittent, so that the temperature rise of each substrate can be suppressed. Therefore, film formation can be performed without lowering the quality of the substrate.
【００４４】しかも、成膜室内において台車上の基材ホ
ルダを回転させる構造であるので、基材ホルダを往復直
線運動させる場合と違って、成膜室内に基材ホルダの余
分な待機スペースを設ける必要がなく、従って成膜室を
大きくせずに済む。その分、装置の小型化および成膜室
用の真空排気装置の小容量化を図ることができる。Moreover, since the substrate holder on the trolley is rotated in the film forming chamber, an extra standby space for the substrate holder is provided in the film forming chamber unlike the case where the substrate holder is reciprocated linearly. There is no need to make the film formation chamber large. Accordingly, the size of the apparatus can be reduced and the capacity of the vacuum evacuation apparatus for the film formation chamber can be reduced.
【００４５】また、複数の基材を側面に保持可能な柱状
の基材ホルダを成膜室内で回転させる構造であり、一度
に大量の基材に成膜を行うことができるので、生産性が
向上する。Further, since a column-shaped substrate holder capable of holding a plurality of substrates on its side surface is rotated in a film forming chamber, a large number of substrates can be formed at a time, thereby improving productivity. improves.
【００４６】更に、搬送室を有していて、成膜室を大気
開放することなく成膜室への基材の出し入れが可能であ
るので、真空引き時間が短縮され、この観点からも生産
性が向上する。Further, since the transfer chamber is provided, and the substrate can be taken in and out of the film formation chamber without opening the film formation chamber to the atmosphere, the evacuation time is shortened. Is improved.
【図１】この発明に係るアーク式イオンプレーティング
装置の一例を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an example of an arc ion plating apparatus according to the present invention.
【図２】成膜室における台車および基材ホルダ周りの一
例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an example of a carriage and a substrate holder around a film forming chamber.
【図３】ホルダ回転機構の一例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing an example of a holder rotating mechanism.
【図４】基材の温度上昇カーブの例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a temperature rise curve of a substrate.
【図５】基材ホルダを自公転させる例を示す平面図であ
る。FIG. 5 is a plan view showing an example in which a substrate holder revolves on its own axis.
４ 搬入室 ６ 予備加熱室 ８ 成膜室 １０ 搬出室 １４〜１８ 真空弁 ２８ 台車搬送機構 ３０ 台車 ３４ 基材ホルダ ３６ 基材 ５６ ホルダ回転機構 ６０ アーク式蒸発源 Reference Signs List 4 carry-in room 6 preheating room 8 film-forming room 10 carry-out room 14-18 vacuum valve 28 trolley transport mechanism 30 trolley 34 substrate holder 36 substrate 56 holder rotation mechanism 60 arc-type evaporation source
Claims (1)
気される成膜室と、この成膜室に隣接されていて当該成
膜室に基材を出し入れするための部屋であって真空排気
される少なくとも一つの搬送室と、この搬送室と前記成
膜室との間および当該搬送室と大気側との間にそれぞれ
設けられた真空弁と、複数の基材を側面に保持可能な中
空または中実の柱状の基材ホルダをその軸を中心に回転
可能に保持している台車と、この台車を基材ホルダと共
に大気側と前記成膜室との間を前記搬送室および前記真
空弁を経由して搬送する台車搬送機構と、前記成膜室内
において前記台車上の基材ホルダを回転させるホルダ回
転機構と、前記成膜室に前記台車上の基材ホルダの側面
に向くように設けられていて、真空アーク放電によって
陰極を溶解させて陰極物質を含むプラズマを生成する１
台以上のアーク式蒸発源とを備えることを特徴とするア
ーク式イオンプレーティング装置。1. A film forming chamber for forming a film on a substrate, which is a vacuum chamber to be evacuated, and a room adjacent to the film forming chamber for taking a substrate into and out of the film forming chamber. At least one transfer chamber to be evacuated, vacuum valves provided between the transfer chamber and the film formation chamber and between the transfer chamber and the atmosphere side, and a plurality of substrates can be held on a side surface A carriage holding a hollow or solid columnar substrate holder rotatably around its axis, and the carrier and the carrier between the atmosphere side and the film forming chamber together with the carriage with the substrate holder. A trolley transport mechanism for transporting via a vacuum valve, a holder rotating mechanism for rotating the substrate holder on the trolley in the film forming chamber, and a film forming chamber facing the side of the substrate holder on the trolley. The cathode is melted by vacuum arc discharge and Producing plasma containing polar materials 1
An arc ion plating apparatus comprising at least one or more arc evaporation sources.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000067936A JP2001254171A (en) | 2000-03-13 | 2000-03-13 | Arc-type ion plating apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000067936A JP2001254171A (en) | 2000-03-13 | 2000-03-13 | Arc-type ion plating apparatus |
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|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP2001254171A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2000-03-13 JP JP2000067936A patent/JP2001254171A/en active Pending
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