JP2004083975A - Arc ion plating system - Google Patents

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JP2004083975A
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Japan
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vacuum chamber
ion plating
molecular pump
aip
turbo
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JP2002245225A
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Hiroshi Tamagaki
玉垣 浩
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an AIP (Arc Ion Plating) system which can satisfy the requirements to an evacuation system to each other between a step requiring initial high evacuation and deposition step, both steps substantially contradicting each other with one turbo molecular pump, and which obtains an exhaust velocity desirable to the deposition step. <P>SOLUTION: The AIP system for evaporating a material 4 for vapor deposition by an arc discharge in a vacuum chamber 1 and for coating a material 2 to be coated with a thin film is provided with the turbo molecular pump 8 connected as an evacuation pump to the vacuum chamber 1 and is provided with a controller for changing the rotating speed of the pump 8 according to the progression of the step of the thin film coating 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アークイオンプレーティング(以下AIPという)装置に関し、詳細には真空チャンバに真空排気ポンプとしてターボ分子ポンプを接続して備えるAIP装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
切削工具の耐磨耗性の向上や、機械部品の摺動面の摺動特性の向上を目的として、PVD法による硬質皮膜(TiN、TiAlN、CrN等)コーティングが近年多く使われている。このような硬質皮膜コーティングにおいて、最も工業的に多く使われているのは、真空アーク放電により皮膜の材料を蒸発させ皮膜形成を行うアークイオンプレーティング(AIP)法であり、このような成膜を行う装置はAIP装置と呼ばれ周知である。
【0003】
このAIP装置においては、TiN等の成膜プロセスは、代表的には次のように進展する。
1.被コーティング物の装置への搭載:洗浄等の前処理を行った後コーティング用の治具に固定された被コーティング物を真空チャンバ内に挿入する。
2.真空排気:被コーティング物を挿入後、真空チャンバ内を高真空にする。これは、真空チャンバ内の大気成分を十分に除去し、コーティングにとって有害な残留ガスの量を許容レベル以下に抑えるために行われる。
3.加熱:真空チャンバ内に設置した輻射ヒータ等の加熱手段により、被コーティング物の加熱を行う。この工程は、被コーティング物の表面に付着した水分の脱離促進と、被コーティング物の温度をあらかじめ皮膜形成に適当な温度にすることを目的として行う。被コーティング物の温度は用途により変るが、200〜600℃程度の範囲の温度に加熱するために、30分〜数時間かけて行う。この工程は被コーティング物表面の酸化を防止するために、できるだけ低い圧力で行うのが望ましい。
4.イオンボンバード:被コーティング物の清浄化を目的として、イオンを数100V以上のマイナスの電圧を印加した被コーティング物に照射し、高エネルギーのイオン照射により表面層をエッチングする工程である。この工程は、照射するイオンの種類により大きく分けて2通りの方法がある。一つはメタルイオンボンバードであり、この場合はアーク蒸発源からイオン化した金属の蒸気を発生させて、金属のイオンによりボンバードを行う。この方法はガス等を導入しない高真空の状態か、アルゴン、窒素等を比較的低い圧力で導入した環境下で行う。別の方式はガスボンバードであり、この場合はアルゴン等のガスを真空チャンバに導入した環境下でフィラメント等を使いガスをプラズマ化し、このガスイオンによりボンバードを行う。
5.成膜:イオンボンバード終了後、アーク蒸発源から金属の蒸発を発生させ被コーティング物に照射すると共に、被コーティング物に印加するマイナスの電圧を0〜−300V程度の低いレベルに設定することにより成膜を開始する。通常AIP法で形成する皮膜は、TiN,TiCN,CrN,TiAlN,TiC,CrON等の金属と窒素、炭素、酸素等の化合物であるので、成膜中に真空チャンバ内には、窒素、酸素、炭化水素等のガスを単独あるいは混合して導入し、例えば、Tiを蒸発させながら窒素を導入することによりTiN(窒化チタン)のような化合物の反応性成膜を行う。このときのガス圧力は、成膜する膜種によりまちまちであるが、0.1〜10Pa、好ましくは1〜5Pa程度の圧力が多く用いられる。
6.冷却:取出し可能な温度にまで冷却する。冷却の工程は、高真空排気状態で行ったり、あるいは積極的に不活性ガスを真空チャンバ内に導入して行う。
7.取出し:以上の成膜工程が完了したら、真空チャンバを開放し、成膜された被コーティング物を取出す。
【0004】
進歩したAIP装置の多くは、上記の2〜6の工程は自動化されており、あらかじめ準備された条件の表に応じて、上記の工程ごとに単一あるいは複数ステップの運転条件(パラメータ)が設定されており、これを順次切り替えることで成膜を行っている。
【0005】
このAIP装置における技術的な特性の一つとして、TiNなどの窒化物、TiCなどの炭化物、TiCNなどの炭窒化物、あるいは酸化物等の化合物の反応性成膜において好適な圧力条件が、数Paレンジと他のPVD法に比べて高いということが挙げられる。例えば、スパッタリング法では通常は0.1〜1Paの圧力条件が設定されるし、坩堝を用いたイオンプレーティング法では高エネルギーの電子ビーム(EB)ガンを用いたもので0.1Pa以下、低エネルギー大電流のEBを用いたものでも0.1Paオーダであり、AIP装置での圧力条件は1桁以上高いことが判る。一方で、初期の真空排気や加熱等の工程では、より真空度の高い状態を作りだす必要があり、このため、AIP装置では、他のPVD法に比べて真空排気システムに対してはより幅広い圧力領域への対応が要求されている。
【0006】
このような、幅広い圧力への対応の一つの解決策としては、異なる能力を有する真空ポンプの組合せが考えられる。例えば、AIP装置に大容量のターボ分子ポンプと小容量のターボ分子ポンプを具備し、成膜工程においては小容量のターボ分子ポンプを用いることも望ましいが、実際には複数のターボ分子ポンプを用いることはAIP装置のコスト増を招き好ましくない。
【0007】
また、別の手段として、真空ポンプとしてのターボ分子ポンプと真空チャンバの間に排気能力を制御可能なバルブ(排気速度可変弁)を設置し、複数のターボ分子ポンプを設置する代わりに排気能力を可変にする方法もあるが、この場合も高価なバルブが必要になるため、経済的な解決策とはいえなかった。
【0008】
このため、例えば、初期の真空排気や加熱工程での有効な排気を目的として大きな排気能力を有するターボ分子ポンプを取付けたとすると、成膜工程においては所定の圧力を達成するために、大きな流量のプロセスガスを流す必要があった。逆に、成膜工程に最適な排気能力を有するターボ分子ポンプを採用すると、プロセスガス量は妥当な水準に抑えることができるが、初期の真空排気や加熱工程での排気能力が不足することがあった。
【0009】
また、AIP装置では真空チャンバ内の圧力をモニタした上で、この圧力を一定値に保つようにプロセスガスの導入量を自動制御することが行われるが、制御目標の圧力値が目的とする皮膜の性質により1桁以上変るために、圧力の自動制御の動作を制御目標の上限付近に合せて調整すると、制御目標の下限付近での動作が不安定になる問題が有った。
【0010】
さらには、近年成膜プロセスの高度化・複合化により複数の成膜プロセスを組合せ使用する場合があり、例えば上述のAIP装置にスパッタリングカソードを取り付け、AIPとスパッタの両方のプロセスを同一サイクル内で連続して行う場合がある。この場合、この両方の成膜工程とも成膜時にプロセスガスの導入が必要であるが、成膜に必要なガスの流量が大幅に異なるため、1種類のガスの制御にフルスケールの異なる複数のガス導入機構を設けなければならない等の不便もあった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のようなAIP法をベースとするAIP装置における問題点を改善するためになしたものであって、その目的は、1台のターボ分子ポンプで、本質的に相矛盾する初期の高真空排気を必要とする工程と成膜工程との間での真空排気システムへの要求事項を相互に満足させ得るとともに、成膜工程に対して望ましい排気速度を得るAIP装置を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明(請求項1)に係るAIP装置は、真空チャンバ内でアーク放電により蒸着材料を蒸発させ被コーティング物に薄膜をコーティングするアークイオンプレーティング装置において、真空チャンバに真空排気ポンプとしてターボ分子ポンプを接続して備えるとともに、薄膜コーティングの工程進展に応じて前記ターボ分子ポンプの回転速度を変化させる制御装置を備えるAIP装置としたものである。
【0013】
また、本発明(請求項2)に係るAIP装置は、真空チャンバ内でアーク放電により蒸着材料を蒸発させ被コーティング物に薄膜をコーティングするアークイオンプレーティング装置において、真空チャンバに真空排気ポンプとしてターボ分子ポンプを接続して備えるとともに、薄膜コーティングの工程において前記ターボ分子ポンプの回転速度を最高回転速度から所定回転速度に低下させる制御装置を備えるAIP装置としたものである。
【0014】
また、本発明(請求項3)係るAIP装置は、上記請求項1又は2のAIP装置において、更に、真空チャンバ内に導入する処理ガスの流量を調整して真空チャンバ内圧力を所定圧に保持する制御装置を備えてなるAIP装置としたものである。
【0015】
また、本発明(請求項4)に係るAIP装置は、上記請求項1乃至3のいずれかのAIP装置において、薄膜コーティングの工程において、真空チャンバ内の制御目標とする圧力がプロセスガス導入機構の最大流量に対して、10〜100%の流量範囲で達成できるようにターボ分子ポンプの回転速度を低下させるとともに、更に、真空チャンバ内に導入するプロセスガスの流量を自動調整して真空チャンバ内の圧力を制御目標とする値に保つ制御装置を備えてなるAIP装置としたものである。
【0016】
上記の請求項1乃至4のAIP装置では、薄膜コーティングの工程進展に応じてターボ分子ポンプの回転速度を変化させる機構を具備しているので、ターボ分子ポンプの能力を真空排気、加熱、ボンバード、冷却の大きな排気能力を必要とする工程に合せて選定した上でこれらの工程においては最高の回転速度で使用し、高いプロセス圧力が必要な成膜工程においては、所定の回転速度に下げ排気能力を制御して使用することができる。従って、複数のターボ分子ポンプを使用したり、真空チャンバとターボ分子ポンプとの間に排気速度調整弁を設けることなく、更に、極端に大きな流量のプロセスガスを真空チャンバ内に流すことなく、数PaレベルのAIP法に適した圧力条件を達成することができる。
【0017】
そして特に、本発明のAIP装置においては、成膜工程において調整すべき圧力がプロセスガス導入機構の最大流量の10〜100%(より好ましくは30〜80%程度)の流量範囲となるようにターボ分子ポンプの回転速度を低下させた上で、真空チャンバ内の圧力をフィードバックしてプロセスガス流量を自動調整して、真空チャンバ内圧力を所定の値に保つことが好ましい実施の形態の一例である。これは、ターボ分子ポンプの回転速度の調整で排気能力を調整することにより、プロセスガス導入機構を常にその制御性が良好な最大流量の10%以上の領域で所定圧力に制御できるので、応答性に優れた制御が可能となる。また、通常AIP法においては蒸発源の動作条件の変動等でプロセスガス流量を20%程度変動させる必要はしばしば生じるので、制御を始める初期において、プロセスガス流量が最大流量の30〜80%の範囲になるようにターボ分子ポンプの回転速度を調整しておくと、その後のプロセス変動に対しても常に良好な制御性を得ることができる。
【0018】
また、本発明(請求項5)に係るAIP装置は、上記請求項1乃至3のいずれかのAIP装置において、更に、真空チャンバ内にスパッタ蒸発源を備えるとともに、このスパッタ蒸発源に接続してスパッタ電源を備え、一つの真空チャンバ内でアークイオンプレーティング法による成膜とスパッタリング法による成膜の両方を行い得るAIP装置としたものである。
【0019】
また、本発明(請求項6)に係るAIP装置は、AIP法による成膜工程時のターボ分子ポンプの回転速度をスパッタリング法による成膜工程時のターボ分子ポンプの回転速度よりも、低下させる制御装置を備えてなる上記請求項5のAIP装置としたものである。
【0020】
上記の請求項5又は6のAIP装置では、一つの真空チャンバ内で真空アーク放電により蒸着材料を蒸発させ被コーティング物に薄膜をコーティングするAIP法による成膜と、スパッタリングによりターゲット材料を蒸発させ同じく被コーティング物に薄膜をコーティングするスパッタリング法による成膜との両方を行い得るとともに、このAIP法による成膜とスパッタリング法による成膜の工程間で、ターボ分子ポンプの回転速度を変化させることができるので、例えば圧力条件が0.1〜1Paの範囲のスパッタリング法による成膜と圧力条件が1〜5Pa程度のAIP法による成膜とを行うことができる。この場合、一つのプロセスガス導入機構を用いても、スパッタリング法による成膜では圧力条件を0.1〜1Paの範囲とするためターボ分子ポンプの回転速度を最高回転付近に保ち、AIP法による成膜時には1〜10Pa(より好ましくは1〜5Pa)程度とするため回転速度を低下させ排気能力を低下させることにより好適な前記圧力領域に容易に制御できる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明(請求項1乃至4)に係るAIP装置の模式的説明図である。
【0022】
真空チャンバ1内には、被コーティング物2を載置するテーブル3とアーク蒸発源4とが配置されている。そして、テーブル3にはバイアス電源5が、アーク蒸発源4にはアーク電源6がそれぞれ接続されるとともに、各電源5、6と真空チャンバ1はアース接地されている。
【0023】
真空チャンバ1の排気系は、塞止弁7とターボ分子ポンプ8及び塞止弁9と粗引ポンプ10とがこの順に真空チャンバ1側から配設された排気管路11と、更に真空チャンバ1と粗引ポンプ10との間に塞止弁12を配設した排気管13とを備えて構成されている。また、真空チャンバ1へのガス導入系は、ガス導入量制御装置14が配設されたガス導入管路15を備えて構成されている。
【0024】
制御装置16は、バイアス電源5へのバイアス電圧の制御、アーク電源6へのアーク電流の制御、ターボ分子ポンプ8への回転速度の制御、ガス導入量制御装置14へのガス導入量の制御、の各制御プログラムがインプットされるとともに、それらの制御信号が各機器へ送信可能に構成されている。
【0025】
上記本発明のAIP装置において、特徴的なのは、制御装置16からターボ分子ポンプ8の回転数を変化させる指令信号がターボ分子ポンプ8に対して送出される点である。このAIP装置においては制御装置16が、本AIP装置がAIP法による反応性成膜工程にあると判断される場合にはターボ分子ポンプ8の回転速度をあらかじめ定めた減速状態にする制御信号を発信する一方で、それ以外の工程ではターボ分子ポンプ8の回転速度を最大とする制御信号を発信するように構成されている。
【0026】
制御装置16において、AIP装置がAIP法の反応性成膜工程にあると判断する方法としては、例えば以下のような方法がある。
a:反応性成膜工程に特徴的な装置の状態(例えばAIPの蒸発源が動作し、バイアス電圧が0〜−300Vの範囲、かつ、反応性ガスが導入されている)を検出する。
b:あらかじめ記憶した成膜パラメータの組合せを順次実行していくことで自動的に成膜を行う方式のAIP装置においては、成膜パラメータ中に反応性成膜の工程を表示するマークを含ませる。
【0027】
次に、上記構成のAIP装置について、真空チャンバ1の容積が約200リッター、ターボ分子ポンプ8の排気速度が例えば2000l/sの容量のものを選択した場合を例に、例えばTiNの反応性成膜を行う場合のAIP装置の使用方法と作用効果をより具体的に説明する。
【0028】
1):排気〜加熱、および冷却の工程においてはターボ分子ポンプ8を最大の回転速度で使用し、排気管路11及び排気管13より排気して、真空チャンバ1内の圧力を高真空(0.001Paオーダー)にする。
2):ボンバードの工程では、ガス導入管路15より窒素ガスを0.02〜0.1Paの圧力で導入しながら真空チャンバ1内の圧力を0.02〜0.1Paに高めてメタルイオンボンバードを行う。この状態はターボ分子ポンプ8を最大回転速度で使用すると共に窒素ガスを25〜130sccmの流量で導入することで達成され、アーク蒸発源の動作等で所定圧力からのずれが生じた場合には、導入ガス量は調整で適切な圧力にする。このため、窒素ガスのガス導入量制御装置14としては最大で200sccmの流量範囲のものを選択するとよい。
3):成膜の工程では、ガス導入管路15より窒素ガスを1〜5Paの圧力で導入しながら真空チャンバ1内の圧力を1〜5Paに高めて成膜を行う。この圧力範囲は、ターボ分子ポンプ8の回転速度をポンプ能力が約1/10に低下する状態に設定すると、80〜160sccmの範囲の窒素ガスの導入ガス量で達成され、アーク蒸発源の動作等で所定圧力からのずれが生じた場合には、導入ガス量の調整で適切な圧力にすることができる。このため、窒素ガスのガス導入量制御装置14としては最大で200sccmの流量範囲のものが適切で、上記の工程のものと共用が容易である。
【0029】
上述の如き本発明のAIP装置に対して、従来のAIP装置では、ターボ分子ポンプの回転速度を成膜工程において低下させる機能を具備していないので、成膜工程では1〜5Paの範囲の圧力を得るのに、800〜1500sccmの流量が必要であり、反応ガス導入のためのガス導入量制御装置としては最大流量が2000sccm程度のものを選択する必要がある。この場合に問題になるのは、ボンバード工程において0.02Pa付近の圧力を使用する場合であり、この場合最大流量の1%程度の流量域で使用しなくてはいけないため、ガス流量の制御性や精度の観点で大きな問題が生じていた。このため、ガス導入量制御装置を2系統設けたり、排気速度を制限するためのバルブを設けることが必要となる。
【0030】
図2は、本発明(請求項5及び6)に係るAIP装置の模式的説明図である。この図2に示すAIP装置は、図1に示す構成のAIP装置に対して、更に、真空チャンバ1内にスパッタ蒸発源17を配置しそのスパッタ蒸発源17にスパッタ電源18を接続して設けるとともに、真空チャンバ1にアルゴンガス(不活性ガス)を導入するためのガス導入量制御装置19が配設されたガス導入管路20を設け、そして、制御装置16には前記スパッタ蒸発源17へのスパッタ電力の制御、前記ガス導入量制御装置19へのガス導入量の制御の各制御プログラムをインプットし、それらの制御信号を各機器へ送信可能に構成した他は、図1に示す構成のAIP装置と基本的に同じ構成のものである。
【0031】
上記本発明のAIP装置においても、特徴的なのは、制御装置16からターボ分子ポンプ8の回転数を変化させる指令信号がターボ分子ポンプ8に対して送出される点である。このAIP装置においては制御装置16が、本AIP装置がAIP法による反応性成膜工程にあると判断される場合にはターボ分子ポンプ8の回転速度をあらかじめ定めた減速状態にする制御信号を発信する一方で、スパッタ工程を含む他の工程ではターボ分子ポンプ8の回転速度を最大とする制御信号を発信するように構成されている。
【0032】
制御装置16において、AIP装置がAIP法の反応性成膜工程とスパッタ法による成膜工程とを判断する方法としては、例えば以下のような方法がある。
a:AIP成膜工程に特徴的な装置の状態(例えばAIPの蒸発源が動作し、バイアス電圧が0〜−300Vの範囲、かつ、反応性ガスが導入されている)とスパッタ成膜工程に特徴的な状態(例えばスパッタ蒸発源が動作している)を検出する。
b:あらかじめ記憶した成膜パラメータの組合せを順次実行していくことで自動的に成膜を行う方式のAIP装置(AIP・スパッタ複合装置)においては、成膜パラメータ中にAIPの反応性成膜の工程を表示するマークを含ませる。
b:あらかじめ記憶した成膜パラメータの組合せを順次実行していくことで自動的に成膜を行う方式のAIP装置においては、成膜パラメータ中に反応性成膜の工程を表示するマークを含ませる。
【0033】
次に、上記図2に示す構成のAIP装置について、真空チャンバ1の容積が約200リッター、ターボ分子ポンプ8の排気速度が例えば2000l/sの容量のものを選択した場合を例に、例えばCrNの反応性成膜をスパッタ成膜とAIP成膜で順次行う複合成膜を行う場合のAIP装置の使用方法と作用効果をより具体的に説明する。
【0034】
1):排気〜加熱、および冷却の工程においてはターボ分子ポンプ8を最大の回転速度で使用し、排気管路11及び排気管13より排気して、真空チャンバ1内の圧力を高真空(0.001Paオーダー)にする。
2):スパッタ成膜の工程では、ガス導入管路15、20よりArと窒素ガスを0.1〜0.5Paの圧力で導入しながら真空チャンバ1内の圧力を0.1〜0.5Paに高めて成膜を行う。Arと窒素ガスの混合割合は例えば、80:20とする。この状態はターボ分子ポンプ8を最大回転速度で使用すると総流量で120〜550sccm、(Arは96〜440sccm、窒素は24〜110sccm)の流量で導入することで達成され、スパッタ蒸発源の動作等で所定圧力からのずれが生じた場合には、導入ガス量は調整で適切な圧力にする。このため、Arガスのガス導入量制御装置19としては最大で500sccmの流量範囲のもの、窒素ガスのガス導入量制御装置14としては最大で200sccmの流量範囲のものを選択するとよい。
3):AIP成膜の工程では、ガス導入管路15より窒素ガスを1〜5Paの圧力で導入しながら真空チャンバ1内の圧力を1〜5Paに高めて成膜を行う。この圧力範囲は、ターボ分子ポンプ8の回転速度をポンプ能力が約1/10に低下する状態に設定すると、80〜160sccmの範囲の窒素ガスの導入ガス量で達成され、アーク蒸発源の動作等で所定圧力からのずれが生じた場合には、導入ガス量の調整で適切な圧力にすることができる。このため、窒素ガスのガス導入量制御装置14としては最大で200sccmの流量範囲のものが適切で、上記の工程のものと共用が容易である。
【0035】
上述の如き本発明のAIP装置(AIP・スパッタ複合装置)に対して、ターボ分子ポンプ8の回転数を変化させる指令信号を送ることのできないAIP・スパッタ複合装置では、ターボ分子ポンプの回転速度をAIP成膜工程において低下させる機能を具備していないので、成膜工程では1〜5Paの範囲の圧力を得るのに、800〜1500sccmの流量が必要であり、反応ガス導入機構としては最大流量が2000sccm程度のものを選択するのが適当である。この場合に問題になるのは、スパッタ成膜工程において下限(24sccm)近くの低流領域で使用する場合であり、この場合最大流量の1%程度の流量域で使用しなくてはいけないため、ガス流量の制御性や精度の観点で大きな問題を生じる。このため、ガス導入量制御装置を備えるガス導入管路を2系統設けたり、排気速度を制限するためのバルブ(排気速度可変弁)を設けることが必要となる。
【0036】
なお、上記実施形態においては、スパッタ成膜を先に行い、後からAIP成膜を行う場合を説明したが、逆の順番、すなわちAIP成膜を先に行い、後からスパッタ成膜を行うことも考えられる。この場合、AIP成膜で密着性の良い膜を付けた後にスパッタ成膜で効率良く膜を付けることができる。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るアークイオンプレーティング装置によれば、薄膜コーティングの工程進展に応じてターボ分子ポンプの回転速度を変化させる機構を具備しているので、ターボ分子ポンプの能力を真空排気や加熱等の大きな排気能力を必要とする工程に合せて選定した上でこれらの工程においては最高の回転速度で使用し、高いプロセス圧力が必要な成膜工程においては、所定の回転速度に下げ排気能力を制御して使用することができる。従って、複数のターボ分子ポンプを使用したり、真空チャンバとターボ分子ポンプとの間に排気速度調整弁を設けることなく、更に、極端に大きな流量のプロセスガスを真空チャンバ内に流すことなく、数PaレベルのAIP法に適した圧力条件を達成することができる。また、一つの真空チャンバ内でAIP法による成膜とスパッタリング法による成膜との両方を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るAIP装置の模式的説明図である。
【図2】本発明に係る別の実施形態のAIP装置の模式的説明図である。
【符号の説明】
1:真空チャンバ    2:被コーティング物  3:テーブル
4:アーク蒸発源    5:バイアス電源    6:アーク電源
7、9:塞止弁     8:ターボ分子ポンプ 10:粗引ポンプ
11:排気管路     12:塞止弁      13:排気管
14:ガス導入量制御装置            15:ガス導入管路
16:制御装置     17:スパッタ蒸発源  18:スパッタ電源
19:ガス導入量制御装置            20:ガス導入管路
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an arc ion plating (hereinafter, referred to as AIP) apparatus, and more particularly, to an AIP apparatus having a vacuum chamber connected to a turbo molecular pump as a vacuum exhaust pump.
[0002]
[Prior art]
In recent years, hard coatings (TiN, TiAlN, CrN, etc.) coatings by the PVD method have been widely used for the purpose of improving the wear resistance of cutting tools and the sliding characteristics of sliding surfaces of mechanical parts. Among such hard film coatings, the most industrially used one is an arc ion plating (AIP) method for forming a film by evaporating a material of the film by vacuum arc discharge. The device for performing the above is called an AIP device and is well known.
[0003]
In this AIP apparatus, a film forming process of TiN or the like typically progresses as follows.
1. Mounting of an object to be coated on a device: After performing a pretreatment such as cleaning, the object to be coated fixed to a jig for coating is inserted into a vacuum chamber.
2. Evacuation: After the object to be coated is inserted, the inside of the vacuum chamber is evacuated to a high vacuum. This is done to sufficiently remove atmospheric components in the vacuum chamber and to keep residual gas harmful to the coating below acceptable levels.
3. Heating: The object to be coated is heated by heating means such as a radiation heater installed in a vacuum chamber. This step is performed for the purpose of promoting the desorption of moisture adhering to the surface of the object to be coated and setting the temperature of the object to be coated to a temperature suitable for forming a film in advance. The temperature of the object to be coated varies depending on the application, but the heating is performed for 30 minutes to several hours in order to heat to a temperature in the range of about 200 to 600 ° C. This step is desirably performed at as low a pressure as possible to prevent oxidation of the surface of the object to be coated.
4. Ion bombarding: a process of irradiating ions to a coating object to which a negative voltage of several hundred volts or more is applied and cleaning the surface layer by high-energy ion irradiation for the purpose of cleaning the coating object. This step can be roughly classified into two types depending on the type of ions to be irradiated. One is a metal ion bombard. In this case, ionized metal vapor is generated from an arc evaporation source, and bombardment is performed with metal ions. This method is performed in a high vacuum state where no gas or the like is introduced, or in an environment where argon, nitrogen or the like is introduced at a relatively low pressure. Another method is gas bombardment. In this case, the gas is turned into plasma using a filament or the like in an environment in which a gas such as argon is introduced into a vacuum chamber, and bombardment is performed using the gas ions.
5. Film formation: After ion bombardment, metal evaporation is generated from the arc evaporation source to irradiate the object to be coated, and the negative voltage applied to the object to be coated is set to a low level of about 0 to -300 V. Start the membrane. Usually, a film formed by the AIP method is a metal such as TiN, TiCN, CrN, TiAlN, TiC, and CrON and a compound such as nitrogen, carbon, and oxygen. Reactive film formation of a compound such as TiN (titanium nitride) is performed by introducing a gas such as a hydrocarbon alone or by mixing and introducing nitrogen while evaporating Ti, for example. The gas pressure at this time varies depending on the type of film to be formed, but a pressure of about 0.1 to 10 Pa, preferably about 1 to 5 Pa is often used.
6. Cooling: Cool to a temperature where it can be removed. The cooling step is performed in a high vacuum evacuation state, or by actively introducing an inert gas into the vacuum chamber.
7. Take-out: When the above-mentioned film forming process is completed, the vacuum chamber is opened and the object to be coated is taken out.
[0004]
In many advanced AIP devices, the above steps 2 to 6 are automated, and operating conditions (parameters) of one or more steps are set for each of the above steps according to a table of conditions prepared in advance. The film formation is performed by sequentially switching these.
[0005]
One of the technical characteristics of this AIP apparatus is that pressure conditions suitable for reactive film formation of a compound such as a nitride such as TiN, a carbide such as TiC, a carbonitride such as TiCN, or an oxide are a few. The Pa range is higher than other PVD methods. For example, a pressure condition of 0.1 to 1 Pa is usually set in the sputtering method, and an ion plating method using a crucible uses a high-energy electron beam (EB) gun to reduce the pressure to 0.1 Pa or less. The pressure using the EB having a large energy current is on the order of 0.1 Pa, which indicates that the pressure condition in the AIP device is higher by one digit or more. On the other hand, it is necessary to create a higher degree of vacuum in the initial evacuation and heating processes, and therefore, the AIP apparatus requires a wider pressure range for the evacuation system than other PVD methods. Correspondence to area is required.
[0006]
One solution to such a wide range of pressures is to combine vacuum pumps with different capabilities. For example, the AIP apparatus is provided with a large-capacity turbo-molecular pump and a small-capacity turbo-molecular pump, and it is desirable to use a small-capacity turbo-molecular pump in the film forming process. This undesirably increases the cost of the AIP device.
[0007]
Also, as another means, a valve (exhaust rate variable valve) capable of controlling the exhaust capacity is installed between the turbo molecular pump as a vacuum pump and the vacuum chamber, and the exhaust capacity is increased instead of installing a plurality of turbo molecular pumps. There is also a variable method, but also in this case, an expensive valve is required, so that it was not an economical solution.
[0008]
For this reason, for example, if a turbo-molecular pump having a large pumping capacity is attached for the purpose of effective vacuum pumping and effective pumping in the heating step, a large flow rate is required to achieve a predetermined pressure in the film forming step. It was necessary to flow the process gas. Conversely, if a turbo-molecular pump with the optimal evacuation capacity for the film formation process is adopted, the amount of process gas can be suppressed to a reasonable level, but the evacuation capacity in the initial evacuation and heating steps may be insufficient. there were.
[0009]
In addition, in the AIP device, the pressure in the vacuum chamber is monitored, and the amount of the process gas introduced is automatically controlled so as to maintain the pressure at a constant value. If the operation of the automatic control of the pressure is adjusted near the upper limit of the control target, there is a problem that the operation near the lower limit of the control target becomes unstable.
[0010]
Furthermore, in recent years, there has been a case where a plurality of film forming processes are used in combination due to the sophistication and compounding of the film forming process. For example, a sputtering cathode is attached to the above-mentioned AIP apparatus, and both the AIP and the sputter processes are performed in the same cycle. It may be performed continuously. In this case, a process gas needs to be introduced at the time of film formation in both of the film formation steps. However, since the flow rates of the gases required for the film formation are greatly different, a plurality of gas sensors having different full scales are required to control one type of gas. There were also inconveniences such as having to provide a gas introduction mechanism.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the AIP apparatus based on the AIP method, and has an object of using a single turbo-molecular pump and having essentially contradictory initial conditions. To provide an AIP apparatus that can mutually satisfy the requirements of a vacuum evacuation system between a process requiring high vacuum evacuation and a film forming process and obtain a desired evacuation speed for the film forming process. It is.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an AIP apparatus according to the present invention (claim 1) is an arc ion plating apparatus for evaporating a deposition material by arc discharge in a vacuum chamber to coat a thin film on an object to be coated. And an AIP device having a control device for changing the rotation speed of the turbo-molecular pump in accordance with the progress of the thin-film coating process.
[0013]
An AIP apparatus according to the present invention (claim 2) is an arc ion plating apparatus for evaporating a deposition material by arc discharge in a vacuum chamber to coat a thin film on an object to be coated. An AIP apparatus including a molecular pump connected thereto and a control device for reducing the rotation speed of the turbo molecular pump from a maximum rotation speed to a predetermined rotation speed in a thin film coating process.
[0014]
The AIP device according to the present invention (claim 3) is the AIP device according to claim 1 or 2, further comprising: adjusting a flow rate of a processing gas introduced into the vacuum chamber to maintain the pressure in the vacuum chamber at a predetermined pressure. This is an AIP device provided with a control device for performing the above.
[0015]
In the AIP apparatus according to the present invention (claim 4), in the AIP apparatus according to any one of claims 1 to 3, the pressure to be controlled in the vacuum chamber is controlled by the process gas introduction mechanism in the thin film coating process. The rotation speed of the turbo-molecular pump is reduced so as to achieve a flow rate range of 10 to 100% with respect to the maximum flow rate, and the flow rate of the process gas introduced into the vacuum chamber is automatically adjusted to further reduce the flow rate. This is an AIP device provided with a control device for keeping the pressure at a value to be a control target.
[0016]
Since the AIP apparatus according to any one of claims 1 to 4 includes a mechanism for changing the rotation speed of the turbo-molecular pump according to the progress of the thin film coating process, the turbo-molecular pump can be evacuated, heated, bombarded, After selecting the process according to the process that requires large exhaust capacity for cooling, use at the highest rotational speed in these processes, and reduce the exhaust speed to the predetermined rotational speed in the film forming process that requires high process pressure. Can be controlled and used. Therefore, without using a plurality of turbo-molecular pumps, providing a pumping speed control valve between the vacuum chamber and the turbo-molecular pump, and without flowing an extremely large flow rate of process gas into the vacuum chamber, Pressure conditions suitable for the AIP method at the Pa level can be achieved.
[0017]
In particular, in the AIP apparatus of the present invention, the turbo is controlled so that the pressure to be adjusted in the film forming step is in a flow rate range of 10 to 100% (more preferably about 30 to 80%) of the maximum flow rate of the process gas introduction mechanism. This is an example of a preferred embodiment in which the rotational speed of the molecular pump is reduced, and the pressure in the vacuum chamber is fed back to automatically adjust the process gas flow rate to maintain the pressure in the vacuum chamber at a predetermined value. . This is because, by adjusting the exhaust capacity by adjusting the rotation speed of the turbo-molecular pump, the process gas introduction mechanism can always be controlled to a predetermined pressure in a region of 10% or more of the maximum flow rate where the controllability is good. Excellent control becomes possible. In the AIP method, the flow rate of the process gas often needs to be changed by about 20% due to a change in the operating conditions of the evaporation source, etc., so that the process gas flow rate is in the range of 30 to 80% of the maximum flow rate at the beginning of the control. If the rotation speed of the turbo-molecular pump is adjusted so as to satisfy, good controllability can always be obtained even with respect to subsequent process fluctuations.
[0018]
An AIP device according to the present invention (claim 5) is the AIP device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a sputter evaporation source in a vacuum chamber, and connected to the sputter evaporation source. The AIP apparatus has a sputtering power supply and can perform both film formation by the arc ion plating method and film formation by the sputtering method in one vacuum chamber.
[0019]
Further, the AIP apparatus according to the present invention (claim 6) controls the rotation speed of the turbo-molecular pump during the film forming process by the AIP method to be lower than the rotation speed of the turbo-molecular pump during the film forming process by the sputtering method. An AIP device according to claim 5 comprising the device.
[0020]
In the AIP apparatus according to claim 5 or 6, the evaporation material is evaporated by vacuum arc discharge in one vacuum chamber to form a thin film on an object to be coated, and the target material is evaporated by sputtering. It is possible to perform both the film formation by the sputtering method of coating the object to be coated with the thin film, and to change the rotation speed of the turbo molecular pump between the film formation by the AIP method and the film formation by the sputtering method. Therefore, for example, film formation by a sputtering method under a pressure condition of 0.1 to 1 Pa and film formation by an AIP method at a pressure condition of about 1 to 5 Pa can be performed. In this case, even if one process gas introduction mechanism is used, the pressure condition is in the range of 0.1 to 1 Pa in the film formation by the sputtering method, so that the rotation speed of the turbo molecular pump is kept near the maximum rotation, and the film formation by the AIP method is performed. At the time of film formation, the pressure is set to about 1 to 10 Pa (more preferably, 1 to 5 Pa), so that a suitable pressure range can be easily controlled by lowering the rotation speed and lowering the exhaust capacity.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an AIP device according to the present invention (claims 1 to 4).
[0022]
In the vacuum chamber 1, a table 3 on which a workpiece 2 is placed and an arc evaporation source 4 are arranged. A bias power supply 5 is connected to the table 3, an arc power supply 6 is connected to the arc evaporation source 4, and the power supplies 5, 6 and the vacuum chamber 1 are grounded.
[0023]
The exhaust system of the vacuum chamber 1 includes an exhaust pipe 11 in which a stop valve 7 and a turbo molecular pump 8 and a stop valve 9 and a roughing pump 10 are arranged in this order from the vacuum chamber 1 side. And a roughing pump 10 and an exhaust pipe 13 having a blocking valve 12 disposed therebetween. Further, the gas introduction system to the vacuum chamber 1 includes a gas introduction pipe 15 in which a gas introduction amount control device 14 is provided.
[0024]
The control device 16 controls a bias voltage to the bias power supply 5, controls an arc current to the arc power supply 6, controls a rotation speed to the turbo molecular pump 8, controls a gas introduction amount to the gas introduction amount control device 14, Are input, and their control signals can be transmitted to each device.
[0025]
The characteristic feature of the AIP device of the present invention is that a command signal for changing the rotation speed of the turbo molecular pump 8 is sent from the control device 16 to the turbo molecular pump 8. In this AIP device, the control device 16 transmits a control signal for setting the rotation speed of the turbo molecular pump 8 to a predetermined deceleration state when it is determined that the present AIP device is in the reactive film forming step by the AIP method. On the other hand, in other steps, a control signal for maximizing the rotation speed of the turbo-molecular pump 8 is transmitted.
[0026]
As a method of determining that the AIP device is in the reactive film forming step of the AIP method in the control device 16, for example, there is the following method.
a: The state of the apparatus characteristic of the reactive film forming step (for example, the AIP evaporation source is operated, the bias voltage is in the range of 0 to -300 V, and the reactive gas is introduced) is detected.
b: In an AIP apparatus of a type in which a film is automatically formed by sequentially executing a combination of film forming parameters stored in advance, a mark indicating a reactive film forming process is included in the film forming parameter. .
[0027]
Next, for the AIP apparatus having the above-described configuration, for example, a case where the capacity of the vacuum chamber 1 is selected to be about 200 liters and the pumping speed of the turbo-molecular pump 8 is set to, for example, 2000 l / s will be described. The method of using the AIP device when forming a film and the function and effect will be described more specifically.
[0028]
1): In the process of evacuation to heating and cooling, the turbo molecular pump 8 is used at the maximum rotation speed, and the evacuation is performed from the evacuation line 11 and the evacuation tube 13 to reduce the pressure in the vacuum chamber 1 to high vacuum (0 .001 Pa order).
2): In the bombardment step, the pressure in the vacuum chamber 1 is increased to 0.02 to 0.1 Pa while introducing nitrogen gas at a pressure of 0.02 to 0.1 Pa from the gas introduction pipe 15 to increase the metal ion bombardment. I do. This state is achieved by using the turbo molecular pump 8 at the maximum rotation speed and introducing nitrogen gas at a flow rate of 25 to 130 sccm, and when a deviation from a predetermined pressure occurs due to the operation of the arc evaporation source or the like, Adjust the introduced gas volume to an appropriate pressure. For this reason, it is preferable to select a nitrogen gas introduction amount controller 14 having a flow rate range of 200 sccm at the maximum.
3): In the film forming process, the film is formed by increasing the pressure in the vacuum chamber 1 to 1 to 5 Pa while introducing nitrogen gas from the gas introduction pipe 15 at a pressure of 1 to 5 Pa. This pressure range is achieved with a nitrogen gas introduction gas amount in the range of 80 to 160 sccm when the rotation speed of the turbo molecular pump 8 is set to a state where the pumping capacity is reduced to about 1/10, and the operation of the arc evaporation source and the like are performed. If the pressure deviates from the predetermined pressure, the pressure can be adjusted to an appropriate value by adjusting the amount of the introduced gas. For this reason, it is appropriate that the nitrogen gas introduction amount control device 14 has a flow rate range of 200 sccm at the maximum, and it is easy to share with the above process.
[0029]
In contrast to the above-described AIP device of the present invention, the conventional AIP device does not have a function of reducing the rotation speed of the turbo-molecular pump in the film forming process. Is required to obtain a flow rate of 800 to 1500 sccm, and it is necessary to select a gas introduction amount control device for introducing a reaction gas having a maximum flow rate of about 2000 sccm. In this case, a problem arises when a pressure of about 0.02 Pa is used in the bombarding process. In this case, the gas must be used in a flow rate range of about 1% of the maximum flow rate, so that the controllability of the gas flow rate is high. And a great problem has arisen in terms of accuracy. For this reason, it is necessary to provide two systems of gas introduction amount control devices and to provide a valve for restricting the exhaust speed.
[0030]
FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of an AIP device according to the present invention (claims 5 and 6). The AIP device shown in FIG. 2 is different from the AIP device having the configuration shown in FIG. 1 in that a sputter evaporation source 17 is further arranged in the vacuum chamber 1 and a sputter power source 18 is connected to the sputter evaporation source 17. A gas introduction line 20 provided with a gas introduction amount control device 19 for introducing an argon gas (inert gas) into the vacuum chamber 1 is provided, and a control device 16 is connected to the sputter evaporation source 17. An AIP having the configuration shown in FIG. 1 except that a control program for controlling the sputtering power and controlling the gas introduction amount to the gas introduction amount control device 19 is input and their control signals can be transmitted to each device. It has basically the same configuration as the device.
[0031]
The characteristic feature of the AIP device of the present invention is that a command signal for changing the rotation speed of the turbo molecular pump 8 is sent from the control device 16 to the turbo molecular pump 8. In this AIP device, the control device 16 transmits a control signal for setting the rotation speed of the turbo molecular pump 8 to a predetermined deceleration state when it is determined that the present AIP device is in the reactive film forming step by the AIP method. On the other hand, in other steps including the sputtering step, a control signal for maximizing the rotation speed of the turbo molecular pump 8 is transmitted.
[0032]
In the control device 16, as a method for the AIP device to determine the reactive film forming process of the AIP method and the film forming process of the sputtering method, for example, the following methods are available.
a: The state of the apparatus characteristic of the AIP film formation step (for example, the AIP evaporation source is operated, the bias voltage is in the range of 0 to -300 V, and a reactive gas is introduced) and the sputter film formation step A characteristic state (for example, a sputter evaporation source is operating) is detected.
b: In an AIP apparatus (AIP / sputter combined apparatus) that automatically forms a film by sequentially executing a combination of film forming parameters stored in advance, a reactive film of AIP is included in the film forming parameters. A mark indicating the process is included.
b: In an AIP apparatus of a type in which a film is automatically formed by sequentially executing a combination of film forming parameters stored in advance, a mark indicating a reactive film forming process is included in the film forming parameter. .
[0033]
Next, for the AIP apparatus having the configuration shown in FIG. 2, for example, a case where the capacity of the vacuum chamber 1 is selected to be about 200 liters and the evacuation speed of the turbo molecular pump 8 is set to 2000 l / s, for example, CrN The method of using the AIP apparatus and the function and effect in the case of performing the composite film formation in which the reactive film formation is sequentially performed by the sputter film formation and the AIP film formation will be described more specifically.
[0034]
1): In the process of evacuation to heating and cooling, the turbo molecular pump 8 is used at the maximum rotation speed, and the evacuation is performed from the evacuation line 11 and the evacuation tube 13 to reduce the pressure in the vacuum chamber 1 to high vacuum (0 .001 Pa order).
2): In the step of sputtering film formation, the pressure in the vacuum chamber 1 is set to 0.1 to 0.5 Pa while introducing Ar and nitrogen gas at a pressure of 0.1 to 0.5 Pa from the gas introduction pipes 15 and 20. To perform film formation. The mixing ratio of Ar and nitrogen gas is, for example, 80:20. This state is achieved when the turbo molecular pump 8 is used at the maximum rotation speed and is introduced at a total flow rate of 120 to 550 sccm and a flow rate of 96 to 440 sccm (Ar is 96 to 440 sccm, nitrogen is 24-110 sccm). In the case where the pressure deviates from the predetermined pressure, the introduced gas amount is adjusted to an appropriate pressure. For this reason, it is preferable to select the Ar gas gas introduction amount control device 19 having a flow rate range of 500 sccm at the maximum, and the nitrogen gas gas introduction amount control device 14 having a flow rate range of 200 sccm at the maximum.
3): In the AIP film forming process, the film is formed by increasing the pressure in the vacuum chamber 1 to 1 to 5 Pa while introducing nitrogen gas from the gas introduction pipe 15 at a pressure of 1 to 5 Pa. This pressure range is achieved with a nitrogen gas introduction gas amount in the range of 80 to 160 sccm when the rotation speed of the turbo molecular pump 8 is set to a state where the pumping capacity is reduced to about 1/10, and the operation of the arc evaporation source and the like are performed. If the pressure deviates from the predetermined pressure, the pressure can be adjusted to an appropriate value by adjusting the amount of the introduced gas. For this reason, it is appropriate that the nitrogen gas introduction amount control device 14 has a flow rate range of 200 sccm at the maximum, and it is easy to share with the above process.
[0035]
As described above, in the AIP / sputter combined apparatus which cannot send a command signal for changing the rotation speed of the turbo molecular pump 8 to the AIP apparatus (AIP / sputter combined apparatus) of the present invention, the rotation speed of the turbo molecular pump is reduced. Since it does not have the function of lowering in the AIP film forming step, a flow rate of 800 to 1500 sccm is required to obtain a pressure in the range of 1 to 5 Pa in the film forming step, and the maximum flow rate of the reaction gas introduction mechanism is It is appropriate to select one of about 2000 sccm. In this case, a problem arises in the case of using in a low flow region near the lower limit (24 sccm) in the sputtering film forming process, and in this case, it must be used in a flow region of about 1% of the maximum flow rate. A major problem arises in terms of controllability and accuracy of gas flow. For this reason, it is necessary to provide two systems of gas introduction pipes provided with the gas introduction amount control device and to provide a valve (exhaust speed variable valve) for restricting the exhaust speed.
[0036]
In the above-described embodiment, the case where the sputter deposition is performed first and the AIP deposition is performed later is described. However, the reverse order, that is, the AIP deposition is performed first and the sputter deposition is performed later. Is also conceivable. In this case, after a film having good adhesion is formed by AIP film formation, a film can be efficiently formed by sputtering film formation.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, the arc ion plating apparatus according to the present invention includes a mechanism that changes the rotation speed of the turbo-molecular pump according to the progress of the thin-film coating process. Select a process that requires a large pumping capacity such as vacuum pumping or heating, and use it at the highest rotational speed in these processes. The exhaust capacity can be controlled and used. Therefore, without using a plurality of turbo-molecular pumps, providing a pumping speed control valve between the vacuum chamber and the turbo-molecular pump, and without flowing an extremely large flow rate of process gas into the vacuum chamber, Pressure conditions suitable for the AIP method at the Pa level can be achieved. Further, both film formation by the AIP method and film formation by the sputtering method can be performed in one vacuum chamber.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view of an AIP device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic explanatory view of an AIP device according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Vacuum chamber 2: Coating object 3: Table 4: Arc evaporation source 5: Bias power supply 6: Arc power supply 7, 9: Stop valve 8: Turbo molecular pump 10: Roughing pump 11: Exhaust line 12: Block Stop valve 13: Exhaust pipe 14: Gas introduction amount control device 15: Gas introduction line 16: Control device 17: Sputter evaporation source 18: Sputter power supply 19: Gas introduction amount control device 20: Gas introduction line

Claims (6)

真空チャンバ内でアーク放電により蒸着材料を蒸発させ被コーティング物に薄膜をコーティングするアークイオンプレーティング装置において、真空チャンバに真空排気ポンプとしてターボ分子ポンプを接続して備えるとともに、薄膜コーティングの工程進展に応じて前記ターボ分子ポンプの回転速度を変化させる制御装置を備えることを特徴とするアークイオンプレーティング装置。In an arc ion plating system that evaporates a deposition material by arc discharge in a vacuum chamber and coats a thin film on an object to be coated, a turbo molecular pump is connected to the vacuum chamber as a vacuum exhaust pump, and the thin film coating process is advanced. An arc ion plating apparatus, comprising: a control device that changes the rotation speed of the turbo-molecular pump in response to the control. 真空チャンバ内でアーク放電により蒸着材料を蒸発させ被コーティング物に薄膜をコーティングするアークイオンプレーティング装置において、真空チャンバに真空排気ポンプとしてターボ分子ポンプを接続して備えるとともに、薄膜コーティングの工程において前記ターボ分子ポンプの回転速度を最高回転速度から所定回転速度に低下させる制御装置を備えることを特徴とするアークイオンプレーティング装置。In an arc ion plating apparatus for evaporating a deposition material by arc discharge in a vacuum chamber and coating a thin film on an object to be coated, a turbo molecular pump is connected to a vacuum chamber as a vacuum exhaust pump, and the thin film coating step An arc ion plating apparatus comprising a control device for reducing the rotation speed of a turbo molecular pump from a maximum rotation speed to a predetermined rotation speed. 請求項1又は2に記載のアークイオンプレーティング装置において、更に、真空チャンバ内に導入する処理ガスの流量を調整して真空チャンバ内圧力を所定圧に保持する制御装置を備えてなるアークイオンプレーティング装置。3. The arc ion plating apparatus according to claim 1, further comprising a control device for adjusting a flow rate of the processing gas introduced into the vacuum chamber to maintain the pressure in the vacuum chamber at a predetermined pressure. Device. 薄膜コーティングの工程において、真空チャンバ内の制御目標とする圧力がプロセスガス導入機構の最大流量に対して、10〜100%の流量範囲で達成できるようにターボ分子ポンプの回転速度を低下させるとともに、更に、真空チャンバ内に導入するプロセスガスの流量を自動調整して真空チャンバ内の圧力を制御目標とする値に保つ制御装置を備えてなる請求項1乃至3のいずれかに記載のアークイオンプレーティング装置。In the thin film coating process, the rotation speed of the turbo-molecular pump is reduced so that the pressure to be controlled in the vacuum chamber can be achieved in a flow rate range of 10 to 100% with respect to the maximum flow rate of the process gas introduction mechanism. 4. The arc ion plating apparatus according to claim 1, further comprising a control device for automatically adjusting a flow rate of the process gas introduced into the vacuum chamber and maintaining the pressure in the vacuum chamber at a target value. Device. 請求項1乃至3のいずれかに記載のアークイオンプレーティング装置において、更に、真空チャンバ内にスパッタ蒸発源を備えるとともに、このスパッタ蒸発源に接続してスパッタ電源を備え、一つの真空チャンバ内でアークイオンプレーティング法による成膜とスパッタリング法による成膜の両方を行い得るアークイオンプレーティング装置。The arc ion plating apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a sputter evaporation source in the vacuum chamber, a sputter power source connected to the sputter evaporation source, and An arc ion plating apparatus capable of performing both film formation by an arc ion plating method and film formation by a sputtering method. アークイオンプレーティング法による成膜工程時のターボ分子ポンプの回転速度をスパッタリング法による成膜工程時のターボ分子ポンプの回転速度よりも、低下させる制御装置を備えてなる請求項5に記載のアークイオンプレーティング装置。The arc according to claim 5, further comprising a control device for lowering the rotation speed of the turbo-molecular pump during the film formation process by the arc ion plating method than the rotation speed of the turbo-molecular pump during the film formation process by the sputtering method. Ion plating equipment.
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