JP2015134950A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のワークに均一な厚みの膜を形成することが可能な成膜装置を提供する。【解決手段】成膜装置１は、主回転台１１と、副回転台２３と、ワークホルダ３１と、ギヤ３３と、キッカー５０とを備え、ＰＶＤ法を用いてターゲット２から放出させた成膜材料によって、ワークの表面に成膜する。成膜装置１のキッカー５０が有する複数の爪５１は、ターゲット２に対面する位置の複数のワークホルダ３１のギヤ３３にそれぞれ係合可能であり、副回転台２３の回転に伴って、これらの複数のワークホルダ３１に支持されたワークをターゲット２の正面で回転させる。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークを回転させながら成膜を行う成膜装置に関する。

従来、成膜対象であるワークに均一な膜を形成するために、ワークを回転させながら成膜を行う成膜装置が知られている。特に、生産性を向上させるために、複数のワークを同時に回転可能なワーク回転手段を備える成膜装置が知られている。

例えば、特許文献１には、ワーク回転手段として、回転駆動される主回転台と、主回転台の回転に連動して主回転台の回転軸を中心に公転しながら自転する複数の副回転台と、各副回転台に回転可能な状態で支持された複数のワークホルダと、各副回転台に対応して配置されたキッカーとを備える成膜装置が開示されている。特許文献１に開示された成膜装置では、主回転台と副回転台との回転はギヤ機構で連動しているが、ワークホルダの回転はこのギヤ機構から独立している。そこで、ワークホルダの外周に固定された別のギヤにキッカーが係合しており、キッカーは、副回転台の回転に伴ってギヤおよびワークホルダを回転させる。

特開２００９−２８０８８１号公報

一般的な成膜装置では、ワークに対して一方側に配置された成膜材料源（例えばＰＶＤ法ではターゲット）が、ワークに向かって成膜材料を放出する。よって、ワークの周囲に均一な膜を形成するためには、成膜材料源に対するワークの回転が重要である。

しかしながら、特許文献１に開示されたような従来の成膜装置では、ワークを保持するワークホルダが、キッカーと係合するギヤの１つの歯による回転分しか回転しない。また、従来の成膜装置では、キッカーの配置に着目されておらず、ワークホルダは成膜材料源の正面とは異なる位置でしか回転できない。したがって、成膜材料源に対するワークの回転が十分ではなく、ワークに形成される膜の厚みにばらつきが生じる。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複数のワークの周囲に均一な厚みの膜を形成することが可能な成膜装置を提供することにある。

本発明の成膜装置は、回転駆動される主回転台と、主回転台の回転軸の周りに配置され、主回転台の回転駆動に連動して主回転台の回転軸を中心に公転しながら自転する複数の副回転台と、副回転台の自転軸の周りに配置され、当該副回転台に回転可能な状態で支持されている、ワークを保持可能な複数のワークホルダと、ワークホルダの回転軸と同軸に設けられているギヤと、副回転台に対応して設けられたキッカーと、主回転台の径方向外側に配置され、ワークホルダに保持されたワークに向かって成膜材料を放出する成膜材料源を備えている。

また、本発明の成膜装置では、キッカーは、対応する副回転台上の複数のワークホルダのうち、成膜材料源に対面する位置のワークホルダに対応するギヤにそれぞれ係合可能であり、副回転台の自転に伴って当該ギヤをそれぞれ回転させる複数の爪と、複数の爪を保持する爪ホルダと、を備えている。

上記構成によれば、ワークホルダは、副回転の自転軸を中心にして公転する。このとき、キッカーの各爪は、成膜材料源に対面する位置を移動するワークホルダに設けられたギヤに係合し、当該ワークホルダを回転させることができる。また、ワークホルダは、成膜材料源に対面する位置を移動する間、対応するギヤが複数の爪に順に係合することによって、より大きな角度回転することができる。

したがって、本発明の成膜装置は、複数のワークホルダにそれぞれ保持されたワークを、成膜材源の正面でより多大きな角度回転させることができる。よって、複数のワークの周囲に均一な厚みの膜を形成することができる。

本発明の第１実施形態による成膜装置を概略的に示す平面図である。 本発明の第１実施形態による成膜装置を概略的に示す斜視図である。 本発明の第１実施形態によるキッカーを示す平面図である。 本発明の第１実施形態によるターゲット、コマ、およびキッカーの関係を説明するための説明図である。 図１のキッカーとギヤとの係合部分を示す部分拡大図である。 ワークホルダにセットされたワークとターゲットとの関係を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。 本発明の第２実施形態によるキッカーと副回転台とを概略的に示す平面図である。 本発明の第２実施形態によるキッカーと副回転台とを概略的に示す断面図である。

以下、本発明の実施形態による成膜装置を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による成膜装置を図１〜図６を参照して説明する。この成膜装置は、ＰＶＤ法（物理気相成長法）を用いてワークの表面に成膜するものである。具体例としては、燃料噴射弁のプランジャ等の円筒状の金属製摺動部品の表面にＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）等の硬質膜を生成するための装置である。このような用途では、膜厚を周方向に均一とすることが求められる。

一般にＰＶＤ法では、ワークに対して一方側に配置されたターゲットに高電圧を印加し放電させることで、成膜材料となる粒子をターゲットからワークに向けて放出する。したがって、ワークに形成される膜の膜厚を周方向に均一とするためには、ターゲットの正面でワークを軸中心に一周以上、回転させることが望ましい。本実施形態の成形装置は、このような目的を達成するための独創的な構成を備えることを特徴とする。

本実施形態の成膜装置１は、図１および図２に示すように、成膜材料源としての複数のターゲット２と、成膜対象のワークを回転保持するワーク回転機構３とを備えている。なお、複数のターゲット２およびワーク回転機構３は成膜室（不図示）内に配置されているものとする。

複数のターゲット２は、概略的には円筒形状のワーク回転機構３の径方向外側に外周を囲うように配置されている。成膜時には、ターゲット２の一部が成膜材料としてワーク回転機構３に向かって飛び出し、ワーク回転機構３にセットされたワークに成膜される。なお、図２では、紙面手前に配置されるターゲット２の図示を省略している。

以下に、ワーク回転機構３の構成について説明する。ワーク回転機構３は、成膜室内の中央に配置された主回転台１１、主回転台１１に配置された複数の支柱２１、各支柱２１に配置された複数の副回転台２３、各副回転台２３に配置された複数のコマ３０、主回転台１１に配置された複数のサイドポール４１、および、各サイドポール４１に配置された複数のキッカー５０を備えている。

なお、ワーク回転機構３は、各支柱２１に沿って、副回転台２３、コマ３０、およびキッカー５０のそれぞれが鉛直方向に複数段重ねられた多段構造を有している。図の簡略化のため、図１では、１段分の副回転台２３、コマ３０、およびキッカー５０を示している。また、図２では、１段目のみを図示している。また、図１および図２では、実質的に同一の部材の符号の図示を省略している。

主回転台１１は円板状であり、他の部材を支える支持板となる。ターゲット２は主回転台２よりも径方向外側に配置されている。また、主回転台１１の中心はモータ（図示しない）に接続されており、主回転台１１は、モータに駆動されて回転する。以下、主回転台１１の回転軸を主軸ｍと称する。

複数の支柱２１は、主回転台１１上に主軸ｍを中心にして配置されており、それぞれ鉛直方向に延びている。支柱２１には、複数の副回転台２３が鉛直方向に配置されている。副回転台２３は円板状であり、その中心は支柱２１に固定されている。

また、支柱２１は、主回転台１１に対して回転可能に支持されると共に、モータに接続されたギヤ機構（図示しない）に支持されており、モータ駆動時、主回転台１１の回転と共に主軸ｍを中心にして公転しながら、当該ギヤ機構によって自転する。支柱２１に固定された副回転台２３も同様に、主軸ｍを中心に公転しながら自転する。以下、副回転台２３の自転軸を副軸ｓと称する。

複数のコマ３０は、副回転台２３上に支柱２１を中心にして等間隔に配置されており、それぞれ、ワークを保持するワークホルダ３１と、ギヤ３３とを備えている。なお、図１および図２では、図を簡略化するために、副回転台２３に配置されるコマ３０の数を実際よりも少なく示している。

ワークホルダ３１は、内側が中空の有底円筒形状であり、ワークホルダ３１の底部中心には、副回転台２３に接続された軸部（図示しない）が設けられている。ワークホルダ３１は、当該軸部を中心に回転自在な状態で副回転台２３に支持されている。以下、ワークホルダ３１の回転軸をホルダ軸ｈと称する。
また、ワークホルダ３１の内側には、円柱形状のワーク４がセットされる（図６参照）。ワーク４は、ワークホルダ３１と一体に回転可能である。

ギヤ３３は、ホルダ軸ｈと同軸に設けられ、ワークホルダ３１と一体的に構成されている。また、ギヤ３３は、ワークホルダ３１の径方向外側に突出する複数の歯を有している。後述するキッカー５０の爪５１に係合する側の歯面の傾斜は、他方の歯面よりも緩やかである。

複数のサイドポール４１は、複数の支柱２１の脇にそれぞれ配置されている。サイドポール４１は、主回転台１１に固定されており、主回転台１１の回転に伴って主軸ｍを中心に公転する。１つのサイドポール４１は、複数のキッカー５０を支持している。なお、図２では、図の簡略化のために、１つのサイドポール４１および１つのキッカー５０を代表的に示している。

複数のキッカー５０は、複数の副回転台２３に対応して設けられている。キッカー５０は、対応する副回転台２３のコマ３０よりも主回転台１１の径方向外側に配置されている。

キッカー５０は、複数の爪５１と、複数の爪５１を保持する爪ホルダ５２とを備えている。複数の爪５１は、対応する副回転台２３の円周の一部に沿って等間隔に配置されており、各爪５１は当該副回転台２３の副軸ｓに向かって延びている。複数の爪５１は、対応する副回転台２３上の全てのコマ３０のうち、主回転台１１の径方向外側に位置する複数のコマ３０のギヤ３３にそれぞれ接触可能である。爪ホルダ５２は、副回転台２３の円周の一部に沿って伸びており、その端部がサイドポール４１に取り付けられている。

ここで、副回転台２３の副軸ｓを中心として、隣接する爪５１同士の間の角度を、複数の爪５１の隣接角度αとする（図３参照）。また、副回転台２３の副軸ｓを中心として、隣接するワークホルダ３１同士の間の角度を、複数のワークホルダ３１の隣接角度βとする（図４参照）。このとき、複数の爪５１の隣接角度αと、複数のワークホルダ３１の隣接角度βとは等しい。なお、図４では、図面を簡略化するために、コマ３０の形状を概略的に円形で示している。また、ワークホルダ３１の隣接角度とは、コマ３０の隣接角度を意味している。

また、各キッカー５０が有する複数の爪５１の数は、各コマ３０のギヤ３３の歯数と等しく、その数は例えば８個である。

（作動）
次に、ワーク回転機構３の作動について、図１、図５を参照して説明する。
図１に示すように、主回転台１１が、モータ駆動により主軸ｍを中心にして矢印Ａ方向に回転する。主回転台１１の回転に連動して、支柱２１および副回転台２３が、主軸ｍを中心にして矢印Ａ方向に公転しつつ、副軸ｓを中心にして矢印Ｂ方向に自転する。サイドポール４１およびキッカー５０は、主回転台１１の回転に伴って、主軸ｍを中心にして矢印Ａ方向に公転する。このとき、副回転台２３とキッカー５０との位置関係は一定である。

コマ３０は、副回転台２３の自転に伴って、副軸ｓを中心にして矢印Ｂ方向に公転する。ここで、図５に示すように、コマ３０がキッカー５０の近傍を通るとき、爪５１がコマ３０のギヤ３３に係合する。このギヤ３３と爪５１との係合により、コマ３０は、矢印Ｂ方向への公転に伴って、ホルダ軸ｈを中心に矢印Ｃ方向に自転する。すなわち、コマ３０は、主軸ｍを中心にして矢印Ａ方向へ公転する副軸ｓを中心にして矢印Ｂ方向へ公転する軌道を移動すると同時に、キッカー５０の近傍を通るときにはホルダ軸ｈを中心にして矢印Ｃ方向へ回転する。

（効果）
本実施形態の効果について、図４および図６を参照して説明する。図４は、副回転台２３がターゲット２の正面に位置したときを示している。また、図４では、ターゲット２から成膜材料が飛ぶ方向を示している。図６では、ターゲット２の正面に位置する１つのコマ３０のワークホルダ４にセットされたワーク４を示している。

図４に示すように、コマ３０は、矢印Ｂ方向へ公転する間、ターゲット２に対面可能な成膜範囲ｄを移動する。成膜範囲ｄは、各副回転台２３上のコマ３０位置のうち、主回転台１１の径方向外側の位置であって、副回転台２３がターゲット２の正面に位置するときにコマ３０がターゲット２に対面する位置である。

例えば本実施形態では、同時に６個のコマ３０が成膜範囲ｄに位置する。また、キッカー５０が有する複数の爪５１のうち内側の６個の爪５１は、成膜範囲ｄに位置する６個のコマ３０のギヤ３３にそれぞれ係合する。このため、キッカー５０は、成膜範囲ｄでコマ３０を確実に回転させることができる。

また、本実施形態では、複数の爪５１の隣接角度αと複数のコマ３０の隣接角度βとは等しいため、ギヤ３３は、コマ３０が成膜範囲ｄを移動するときに複数の爪５１と順に係合する。このため、コマ３０は、成膜範囲ｄ内で連続的に回転することができる。

また、本実施形態では、各キッカー５０が有する爪の数５１は、ギヤ３３の歯数と等しい。このため、ギヤ３３が、複数の爪５１に順に係合することにより、コマ３０は成膜範囲ｄを含む範囲内で１回転することができる。なお、図４では、コマ３０の回転角度をわかりやすくするため、コマ３０上に円形の印を示している。

以上によれば、図６（ａ）（ｂ）に示すように、ワークホルダ３１にセットされたワーク４は、ターゲット２の正面を移動するときには必ず回転することができる。このため、ターゲット２から放出される成膜材料粒子２３は、ワーク４の側面に均一に堆積し、これによりワーク４の側面には均一な厚みの膜５が形成される。

（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態と異なる構成のキッカーを有する他は、第１実施形態と実質的に同一の構成を有する。以下では、図７および図８を参照して、第２実施形態のキッカー６０について説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。また、図７および図８では、図面を簡略化するために、コマ３０を概略的に円筒形状により示している。

図７に示すように、第２実施形態のキッカー６０は、対応する副回転台２３の副軸ｓを中心とする仮想円周上に配置された複数の爪６１と、複数の爪６１を保持する環状部を有する爪ホルダ６３とを備えている。

複数の爪６１の数は、副回転台２３上のコマ３０の数と等しい。また、複数の爪５１の隣接角度αと複数のコマ３０の隣接角度βとは等しい。このため、複数の爪６１は、対応する副回転台２３上の全てのコマ３０のギヤ３３にそれぞれ接触可能である。

このような構成によれば、コマ３０は、成膜範囲を移動するときだけでなく、常にキッカー６０によって回転することが可能である。これにより、より均一な膜を形成することができる。また、爪ホルダ６３が環状部を有することにより、キッカー６０の剛性を高めることができる。

また、爪ホルダ６３には、カムフォロア７０、８０がそれぞれ設けられている。カムフォロア７０、８０は、それぞれ、シャフト部７１、８１およびベアリング部７２、８２から構成されている。

図８に示すように、カムフォロア７０では、シャフト部７１が副軸ｓに平行な方向に爪ホルダ６３を挿通しており、ベアリング部７２が副回転台２３の側面に接している。副回転台２３の矢印Ｂ方向への回転に伴って、ベアリング部７２は矢印ｘ方向に回転する。カムフォロア７０は、爪ホルダ６３が副回転台２３に対して副軸ｓに位置ずれすることを抑制することができる。

また、カムフォロア８０では、シャフト部８１が副軸ｓに対して垂直な方向に爪ホルダ６３を挿通しており、ベアリング部８２が副回転台２３の上面に接している。副回転台２３の矢印Ｂ方向への回転に伴って、ベアリング部８２は矢印ｙ方向に回転する。このため、カムフォロア８０は、爪ホルダ６３が副回転台２３に対して傾くことを抑制することができる。

したがって、第２実施形態では、爪ホルダ６３の姿勢が保持されているため、爪６１とギヤ３３とを確実に係合させ、コマ３０を安定的に回転させることが可能になる。

（他の実施形態）
（ア）上述の各実施形態において、複数の爪５１の隣接角度αと複数のコマ３０の隣接角度βとは異なっていてもよい。また、上述の各実施形態で示している「成膜範囲ｄに位置するコマ３０の数」、「ギヤ３３の歯数」、および「爪５１の数」等は、単なる例示であって限定されず、異なる数であってもよい。

（イ）第２実施形態のカムフォロア７０、８０は、少なくともいずれか一方が設けられていればよい。また、カムフォロア７０、８０の少なくともいずれか一方が、第１実施形態のキッカー５０に設けられていてもよい。また、特許請求の範囲に記載の「回転支持体」は、カムフォロア７０、８０であることに限定されず、例えば他のガイドローラーであってもよい。

（ウ）キッカー５０の形状は、上述の各実施形態のものに限られず、複数の爪がコマ３０のギヤ３３に係合可能な形状であればよい。例えば、副回転台の円周に沿って延びる「はしご状」の部材をキッカーとしてもよい。この場合、２本の縦木に相当する部材が爪ホルダとなり、２本の縦木の間に配置された複数の横木に相当する部材が複数の爪となる。

（エ）上述の各実施形態では、ＰＶＤ法による成膜装置を例として説明しているが、本発明はこれに限られず、様々な成膜方法の成膜装置に適用することが可能である。例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ法）による成膜装置に適用する場合、特許請求の範囲に記載の「成膜材料源」は、ターゲットではなく、ワークに向かう成膜用ガスを成膜室内に供給するガス供給源等であってもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１・・・成膜装置
２・・・ターゲット（成膜材料源）
３・・・ワーク回転機構
４・・・ワーク
１１・・・主回転台
２３・・・副回転台
３１・・・ワークホルダ
３３・・・ギヤ
５０、６０・・・キッカー
５１、６１・・・爪
５３、６３・・・爪ホルダ

Claims (7)

1. 回転駆動される主回転台（１３）と、
   前記主回転台の回転軸（ｍ）の周りに配置され、前記主回転台の回転駆動に連動して前記主回転台の回転軸を中心に公転しながら自転する複数の副回転台（２３）と、
   前記副回転台の自転軸（ｓ）の周りに配置され、当該副回転台に回転可能な状態で支持されており、前記ワークを保持可能である複数のワークホルダ（３１）と、
   前記ワークホルダの回転軸（ｈ）と同軸に設けられているギヤ（３３）と、
   前記副回転台に対応して設けられたキッカー（５０、６０）と、
   前記主回転台の径方向外側に配置され、前記ワークホルダに保持されたワーク（４）に向かって成膜材料を放出する成膜材料源（２）と、
   を備えており、
   前記キッカーは、
   対応する前記副回転台上の前記複数のワークホルダのうち、前記成膜材料源に対面する位置の前記ワークホルダに対応する前記ギヤに係合可能であり、前記副回転台の自転に伴って当該ワークホルダおよび当該ギヤを回転させる複数の爪（５１、６１）と、
   前記複数の爪を保持している爪ホルダ（５３、６３）と、
   を有することを特徴とする成膜装置。
2. 前記副回転台の自転軸を中心として、隣接する前記複数の爪同士の間の角度を前記複数の爪の隣接角度（α）とし、
   前記副回転台の自転軸を中心として、隣接する前記複数のワークホルダ同士の間の角度を前記複数のワークホルダの隣接角度（β）とすると、
   前記複数の爪の隣接角度は、前記複数のワークホルダの隣接角度と等しいことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記複数の爪の数は、前記ギヤの歯数以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
4. 前記複数の爪は、対応する前記副回転台上の前記複数のワークホルダのうち、前記成膜材料源に対面する位置の全ての前記ワークホルダに対応する前記ギヤにそれぞれ係合可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置。
5. 前記複数の爪は、前記副回転台の自転軸を中心とする仮想円周上に配置されており、
   前記爪ホルダは、前記複数の爪を保持している部分が円環状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の成膜装置。
6. 前記爪ホルダに固定され、前記副回転台に接触しながら回転可能な回転支持体（７０、８０）をさらに有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の成膜装置。
7. ＰＶＤ法による成膜に適用され、前記成膜材料源は、エネルギー源の衝突により粒子を放出するターゲットであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の成膜装置。

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