JP4600025B2 - コーティング装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車部品、各種機械の部品、各種工具や、自動車部品、機械部品等の成形に用いる金型等の成形用型などの物品にコーティング処理するコーティング装置、特に蒸発源を用いたＰＶＤ（Physical Vapor Deposition:物理的気相成長）によるコーティング装置に関する。

物品の表面にコーティング（膜形成）することにより、該物品の耐摩耗性、他物品等との摺動性、化学的安定性（例えば耐食性）、光学特性等の性質を改善し、物品に求められる性能をより優れたものにしたり、物品に装飾性を持たせたりすることが、自動車部品、各種機械の部品（例えば摺動部品）、各種工具や、金型等の成形用型、さらには医療用物品や部材等について広く行われている。

物品表面のコーティング処理装置には種々のものが知られているが、上記のような物品の表面へのコーティング処理に適するものの代表例として、蒸発源を用いたＰＶＤによるコーティング装置がある。より具体的には、真空蒸着装置、イオンプレーティング装置、スパッタ蒸着装置等である。イオンプレーティング装置としては直流放電励起方式の装置、高周波放電励起方式の装置、アーク放電励起方式の装置（アークイオンプレーティング装置とか真空アーク蒸着装置などとも称されている。）などが知られている。

一般に、物品へのコーティング処理については、これを高速化して、コーティング処理物品の生産性を向上させることが望まれる。既述の蒸発源を用いたＰＶＤによるコーティング処理についても同様である。

このため、蒸発源を用いたＰＶＤによるコーティング装置においては、コーティング処理物品の生産性を向上させるために、蒸発源物質を蒸発させるエネルギー（例えば蒸発源物質をアーク放電で蒸発させるときのアーク電流、蒸発源物質の蒸発を電子ビームで蒸発させるときの電子ビーム電流等）が大きく設定される傾向にある。

しかし、蒸発源物質を蒸発させるエネルギーを大きくすると、放電等による輻射熱等により被処理物品が加熱される。勿論、コーティングを円滑に行うために、必要に応じ、物品を加熱することがあるが、必要以上に物品が加熱される。

一方、被処理物品には、加熱されすぎると、硬度が低下して機械的強度が劣化する等の支障を来すものも多々ある。例えば、自動車部品などでは、焼入れ処理されていることが多く、焼き戻し温度１８０℃〜２５０℃程度のものが多々ある。これが焼き戻し温度を超えて加熱されると、硬度が低下し、機械的強度が低下する。また、被処理物品の中には、加熱されすぎると変形等不都合を生じるものもある。

このような問題を解決するには、蒸発源物質を蒸発させるエネルギーを低くすればよいが、それでは処理速度が低下する。そこで、コーティング処理中、被処理物品が必要以上に加熱されないように、被処理物品を冷却することが提案されている。

例えば、特開２００３−３２５２号公報は、被処理物品を支持する回転テーブルの回転軸に組み込んだ冷却機構、或いは該回転テーブルとその回転軸の双方にわたって一体的に組み込んだ冷却機構を開示している。

さらに、物品を支持して自転させる軸を回転テーブル上に立設してその中にも冷媒通路を設け、これを、回転テーブルとその回転軸の双方にわたって一体的に組み込んだ冷却機構に冷媒循環用のロータリーフィード装置を介して接続することも開示している。

特開２００３−３２５２号公報

しかしながら、特開２００３−３２５２号公報に記載の冷却機構のうち、被処理物品を支持する回転テーブルの回転軸に組み込まれた冷却機構は回転テーブル上に支持される被処理物の冷却能力が低い。回転テーブルとその回転軸の双方にわたって一体的に組み込まれた冷却機構は、回転軸に組み込まれた冷却機構よりは冷却能力は高いが、それでも、回転テーブル上に上下方向にわたるように支持される被処理物品を冷却することは困難である。
物品を支持して自転させる軸中にも冷媒通路を設けた冷媒機構は、構造が複雑であり、冷却機構の設計の自由度が低い。

そこで本発明は、被処理物品を支持して、少なくとも公転させる回転テーブル及び該回転テーブル上に支持される被処理物品を冷却する冷却機構を有する、蒸発源を用いたＰＶＤによるコーティング装置であって、該回転テーブルに支持される被処理物品を従来より、すなわち従来の、被処理物品を支持する回転テーブルの回転軸に組み込まれた冷却機構や、回転テーブルとその回転軸の双方にわたって一体的に組み込まれた冷却機構と比べると、確実に冷却することができ、冷却機構の設計の自由度が従来より大きいコーティング装置を提供することを第１の課題とする。

また、本発明はかかるコーティング装置であって、メインテナンスの容易なコーティング装置を提供することを第２の課題とする。

本発明は前記第１の課題を解決するため以下に記す第１及び第２のコーティング装置を提供する。第１及び第２のコーティング装置は、次のタイプのコーティング装置に属している。すなわち、
真空容器内で被処理物品を支持して、少なくとも公転させる回転テーブル及び該回転テーブル上に支持される被処理物品を冷却する冷却機構を有する、蒸発源を用いたＰＶＤによるコーティング装置であり、前記冷却機構は冷却部を含んでおり、該冷却部は、冷媒循環通路を有し、前記回転テーブル上に支持される被処理物品に該被処理物品の外側から該被処理物品に触れることなく臨むように、且つ、該回転テーブルに随転可能に該回転テーブル上に搭載されており、前記冷却機構は該冷却部の回転テーブルへの随転を許しつつ該冷却部の冷媒循環通路に冷媒を循環させることができるコーティング装置（基本型コーテイング装置）である。
（１）第１のコーティング装置
前記基本型コーティング装置において、前記冷却部の冷媒循環通路には前記回転テーブルとは分離されたコネクタ部を介して冷媒を循環させることができるコーティング装置。

このコーティング装置によると、冷却機構の冷却部が回転テーブル上に支持される被処理物品に臨むように該回転テーブル上に搭載されるので、それだけ被処理物品を確実に冷却することができる。従って、被処理物品の熱的損傷を抑制しつつ、処理速度を上げて効率よく該物品にコーティング処理を施せる。なお、該冷却部は被処理物品に全体的に臨むように回転テーブル上に搭載してもよい。

冷却部の冷媒循環通路には、回転テーブルとは分離されたコネクタ部を介して冷媒を循環させることができ、従来のように回転テーブルに複雑な冷媒循環機構を設ける必要がないこと、冷却部はかかる従来の回転テーブルにおける冷媒循環機構に拘束された構造のものである必要がないこと等により、それだけ、冷却機構、特に、冷却部の設計の自由度が大きい。

コネクタ部は、装置メインテナンスを容易化するため、その途中位置で接続分離可能なものを採用してもよい。
コネクタ部の代表例として、途中部位で接続分離可能であり、且つ、該冷却部の回転テーブルへの随転を許しつつ冷媒循環を可能にするものを挙げることができる。

前記冷却部は、回転テーブルの回転に対して、真空容器等に設けた回り止め部材等により回り止めされるように該回転テーブルに搭載されてもよいが、回転テーブルとともに回転するように該回転テーブルに搭載されてもよい。後者の場合には、途中部位で接続分離可能で、且つ、該冷却部の回転テーブルへの随転を許しつつ冷媒循環を可能にするコネクタ部を採用できる。

かかるコネクタ部として、冷却部の回転テーブルへの随転を許しつつ冷媒循環を可能にすロータリジョイントを含むものを例示できるが、かかるロータリジョイントを採用する場合、該ロータリジョイントがその途中部位で接続分離可能なものであってもよく、また、コネクタ部は、ロータリジョッイントと、これに接続された、接続分離可能の冷媒循環管継ぎ手とを含んでいて、該管継ぎ手部分で接続、分離できるようになっていてもよい。

前記冷却部を搭載した回転テーブルは、前記真空容器に対し搬入搬出可能の可動テーブルに回転可能に支持されていてもよい。これにより、コーティング装置のメインテナンスが容易となり、また、回転テーブルに対する被処理物品の着脱も行いやすくなる。

この場合、回転テーブルは、接続分離可能の継ぎ手を介して回転駆動部により回転駆動されるようにしてもよい。かかる継ぎ手を採用することで、可動テーブルを動かすとき、その継ぎ手を分離して可動テーブルを容易に動かすことができる。

また、冷却部を搭載した回転テーブルは、前記真空容器を構成する容器壁の一部（例えば底壁）であって、該真空容器本体に対し着脱可能の部分に設置されていてもよい。これにより、コーティング装置のメインテナンスが容易となる。また、回転テーブルを真空容器本体外に露出させ得るようにすれば、回転テーブルに対する被処理物品の着脱も行いやすくなる。

（２）第２のコーティング装置
前記基本型コーティング装置において、前記冷却部の冷媒循環通路には、前記回転テーブルの回転軸に設けた冷媒循環通路が接続されており、該回転軸の冷媒循環通路には、該回転軸の回転を許しつつ冷媒循環を可能にするロータリジョイントを介して冷媒を循環させることができるコーティング装置。

このコーティング装置によると、冷却機構の冷却部が回転テーブル上に支持される被処理物品に臨むように該回転テーブル上に搭載されるので、それだけ被処理物品を確実に冷却することができる。従って、被処理物品の熱的損傷を抑制しつつ、処理速度を上げて効率よく該物品にコーティング処理を施せる。なお、冷却部は被処理物品に全体的に臨むように回転テーブル上に搭載してもよい。

冷却部の冷媒循環通路には、回転テーブルの回転軸に設けた冷媒循環通路が接続されており、該回転軸の冷媒循環通路には、該回転軸の回転を許しつつ冷媒循環を可能にするロータリジョイントを介して冷媒循環させるようになっており、従来のように回転テーブル本体に複雑な冷媒循環機構を設ける必要がないこと、冷却部はかかる従来の回転テーブルにおける冷媒循環機構に拘束された構造のものである必要がないこと等により、それだけ、冷却機構、特に、冷却部の設計の自由度が大きい。

このコーティング装置においても、冷却部を搭載した回転テーブルは、前記真空容器に対し搬入搬出可能の可動テーブルに回転可能に支持されていてもよい。これにより、コーティング装置のメインテナンスが容易となり、また、回転テーブルに対する被処理物品の着脱も行いやすくなる。

またこの場合、回転テーブルは、接続分離可能の継ぎ手を介して回転駆動部により回転駆動されるようにしてもよい。かかる継ぎ手を採用することで、可動テーブルを動かすとき、その継ぎ手を分離して可動テーブルを容易に動かすことができる。

冷却部を搭載した回転テーブルは、前記真空容器を構成する容器壁の一部であって、該真空容器本体に対し着脱可能の部分に設置されていてもよい。これにより、コーティング装置のメインテナンスが容易となる。また、回転テーブルを真空容器本体外に露出させ得るようにすれば、回転テーブルに対する被処理物品の着脱も行いやすくなる。

以上説明した第１、第２のいずれのコーティング装置においても、被処理物品は回転テーブルに回転可能に立設した物品支持軸にて支持するようにし、該物品支持軸には遊星歯車を設け、該遊星歯車に前記可動テーブル或いは前記真空容器の一部に設けた太陽歯車を噛合させ、それにより、回転テーブルの回転により被処理物品が回転テーブル回転中心まわりに公転しつつ、自転するようにしてもよい。

参考までに、考え得る次の第３のコーティング装置も記しておく。
（３）第３のコーティング装置
真空容器内で中空被処理物品を支持して、少なくとも公転させる回転テーブル及び該回転テーブル上に支持される被処理物品を冷却する冷却機構を有する、蒸発源を用いたＰＶＤによるコーティング装置であり、該冷却機構は、被処理物品の中空部に挿入配置され、前記回転テーブルの回転に伴って公転する冷却部を含んでおり、該冷却部は、冷媒循環通路を有し、該冷却部の冷媒循環通路には、前記回転テーブルの回転軸に設けた冷媒循環通路が接続されており、該回転軸における冷媒循環通路には、該回転軸の回転を許しつつ冷媒循環を可能にするロータリジョイントを介して冷媒を循環させるコーティング装置。

このコーティング装置によると、冷却機構の冷却部が回転テーブル上に支持される被処理物品の中空部に挿入配置されるので、それだけ被処理物品を確実に冷却することができる。従って、被処理物品の熱的損傷を抑制しつつ、処理速度を上げて効率よく該物品にコーティング処理を施せる。

また、該冷却部の冷媒循環通路には、回転テーブルの回転軸に設けた冷媒循環通路が接続されており、該回転軸の冷媒循環通路には、該回転軸の回転を許しつつ冷媒循環を可能にするロータリジョイントを介して冷媒循環させるようになっており、従来のように回転テーブル本体に複雑な冷媒循環機構を設ける必要がないこと、冷却部はかかる従来の回転テーブルにおける冷媒循環機構に拘束された構造のものである必要がないこと等により、それだけ、冷却機構、特に、冷却部の設計の自由度が大きい。

このコーティング装置においても、回転テーブルは冷却部とともに、前記真空容器に対し搬入搬出可能の可動テーブルに回転可能に支持されていてもよい。これにより、コーティング装置のメインテナンスが容易となり、また、回転テーブルに対する被処理物品の着脱も行いやすくなる。

またこの場合、回転テーブルは、接続分離可能の継ぎ手を介して回転駆動部により回転駆動されるようにしてもよい。かかる継ぎ手を採用することで、可動テーブルを動かすとき、その継ぎ手を分離して可動テーブルを容易に動かすことができる。

回転テーブルは冷却部とともに、真空容器を構成する容器壁の一部であって、該真空容器本体に対し着脱可能の部分に設置されていてもよい。これにより、コーティング装置のメインテナンスが容易となる。また、回転テーブルを真空容器本体外に露出させ得るようにすれば、回転テーブルに対する被処理物品の着脱も行いやすくなる。

この第３のコーティング装置においても、被処理物品を公転させつつ自転させるために次のようにしてもよい。
すなわち、被処理物品が冷却部に相対的に回転可能に嵌合されるとともに回転テーブルに回転可能に支持された物品支持体にて支持されるようにし、該物品支持体には遊星歯車を設け、該遊星歯車に前記可動テーブル或いは前記容器壁の一部に設けた太陽歯車を噛合させるのである。

以上説明した本発明に係るＰＶＤによるコーティング装置として、例えば、真空蒸着装置、イオンプレーティング装置、スパッタ蒸着装置を例示でき、イオンプレーティング装置としては、直流放電励起方式の装置、高周波放電励起方式の装置、アーク放電励起方式の装置（アークイオンプレーティング装置とか真空アーク蒸着装置などとも称されている。）などを例示できる。

以上説明したように本発明によると、被処理物品を支持して、少なくとも公転させる回転テーブル及び該回転テーブル上に支持される被処理物品を冷却する冷却機構を有する、蒸発源を用いたＰＶＤによるコーティング装置であって、該回転テーブルに支持される被処理物品を従来より、すなわち従来の被処理物品を支持する回転テーブルの回転軸に組み込まれた冷却機構や、回転テーブルとその回転軸の双方にわたって一体的に組み込まれた冷却機構と比べると、確実に冷却することができ、冷却機構の設計の自由度が従来より大きいコーティング装置を提供することができる。

また、本発明によると、かかるコーティング装置であって、メインテナンスの容易なコーティング装置を提供することができる。

以下本発明の実施形態について説明する。
＜図１から図３に示すコーティング装置Ａ＞
図１は本発明に係るコーティング装置の１例を上方からみて、且つ、一部を断面で示す図である。図２は図１に示すコーティング装置を側方からみて、且つ、一部を断面で示す図である。なお、図２においては、後述する蒸発源１をブロック化して示してあり、排気装置２２は図示を省略している。

この装置Ａは、蒸発源を用いたＰＶＤによるコーティング装置の１例として使用される真空アーク蒸着装置であり、蒸発源１、コーティング処理のための真空容器２、容器２内に設置された、被処理物品Ｗを支持する回転テーブル４２を備えている。

蒸発源１は、カソード１１、トリガー電極１２、アーク放電用電源１３等を備えている。さらに説明すると、真空容器２に接続されたダクト３の後部にカソード装着部３０が形成されており、カソード１１は該装着部３０に絶縁部材１４を介して装着されている。

カソード１１は形成しようとする膜に応じて選択した材料で形成される。このカソードに対するアノードはここでは接地された容器２がこれを兼ねている。なお、アノードについては、例えば図１に鎖線で示すようにダクト３内においてカソード１１の端部を囲むアノードＡＮを設ける等してもよい。

トリガー電極１２はダクト３内においてカソード１１の端面（蒸発面）１１１に臨んでおり、図示を省略した往復駆動装置によりカソード蒸発面に対し接触離反可能である。図１においては、トリガー電極１２はカソード１１を貫通しているかの如く示されているが、カソード１１を貫通しているのではなく、図１には現れていないカソード周囲の壁体に往復動可能に通されている。

アーク放電用電源１３はカソード１１とアノードとの間にアーク放電用電圧を印加できるように、また、カソード１１とアノード間のアーク放電を誘発するためにカソード１１とトリガー電極１２との間にトリガー用電圧を印加できるように、カソード１１等に配線接続されている。トリガー電極１２はアーク電流が流れないように抵抗１５を介して接地されている。

ダクト３は一方では既述のように絶縁部材１４を介してカソード１１が装着されており、他方では絶縁部材２１を介して容器２に接続されている。ダクト３には磁場形成用コイル３１が周設されており、該コイルは電源３２に接続されている。該電源から通電することで、ダクト３にプラズマ集束のための磁場を形成できる。

容器２には、排気装置２２が接続されており、これにより容器２内及びこれに連通するダクト３内を所定のコーティング圧に減圧維持することができる。容器２には、成膜（コーティング）用のガスを必要に応じて導入するガス導入部２３も設けられている。

回転テーブル４２は、テーブルに固設されたテーブル回転軸４１の部分で、軸受４０１を介して可動テーブル４０に回転可能に支持されている。可動テーブル４０は真空容器２に対し電気絶縁性を示す車輪Ｒを有しており、この車輪を介して真空容器２の底壁２７０上に可動に載置されている。
真空容器２は、図１に示すように、側壁２０を有しており、側壁２０は、開くことができ、また気密に閉じることができる、開閉可能なものである。側壁２０を開くことで、可動テーブル４０を容器２に対し搬入搬出できる。

容器２の底壁外面には気密シール部材ＤＳを介して回転テーブル駆動モータＤが付設されており、該モータの軸は容器２内へ延び、接続分離可能の継ぎ手４１１を介して回転テーブル軸４１に接続される。

回転テーブル４２には被処理物品Ｗを支持する物品支持軸４３がテーブル４２と同心の円に沿って一定間隔で分散立設されている。各支持軸４３は回転テーブル４２に軸受４２１を介して回転可能に立設されており、テーブル４２の下方へ突出した部分に遊星歯車４３ｇが設けられている。この遊星歯車４３ｇは可動テーブル４０に設けた太陽歯車４０ｇに噛み合っている。

また、回転テーブル４２には、回転中心をテーブル回転中心に一致させた円筒形状の冷却部５が立設固定されている。
冷却部５内には冷媒循環通路５１が形成されており、該通路にはコネクタ部ＣＣ介して図示省略の冷媒供給循環装置にて冷媒（例えば水）が供給循環せしめられる。
冷却部５は、回転テーブル４２に立設された支持軸４３にて支持される被処理物品（本例では中空物品）Ｗの全体に臨むサイズのものである。

コネクタ部ＣＣは、図示の例では、ロータリジョイント５０とこれに接続された、それ自体すでに知られている接続分離可能の管継ぎ手ＰＪとを含んでいる。
ロータリジョイント５０は、テーブル４２の回転に伴う冷却部５の回転を許しつつ、冷却部５の冷媒循環通路５１に冷媒を循環させることを可能とするもので、それ自体は既に知られているものでよいが、ここでは、図３に示すものを採用している。

すなわち、断面円形の雄部５０１とこれに外嵌して回転可能の雌部５０２とを有し、雄部５０１に冷媒の供給通路ａ１及び戻し通路ｂ１を形成し、且つ、それら通路を雄部外周面に開口させ、一方、雌部５０２の内周面に該雄部の通路ａ１の開口に臨む内周溝ａｇ及び通路ｂ１の開口に臨む内周溝ｂｇを形成し、内周溝ａｇを通路ａ２を介して、また内周溝ｂｇを通路ｂ２を介して、それぞれ冷却部５の冷媒循環通路５１に接続したものである。雌部５０２を含む部分が冷却部５に取り付けられ、雄部５０１に継ぎ手ＰＪが接続される。雄部５０１はこれに接続される継ぎ手ＰＪ等により回り止めされている。
これら、冷却部５、コネクタ部ＣＣは冷却機構を構成している。

以上説明したコーティング装置Ａによると、次のようにして被処理物品Ｗ上にカソード構成材料元素を含む薄膜を形成（コーティング処理）することができる。
まず、テーブル４２に立設された物品支持軸４３に中空の被処理物品Ｗを挿入配置し、真空容器２及びダクト３内から排気し、それらを成膜圧力（コーティング圧力）まで減圧する。

テーブル４２上の被処理物品Ｗには、必要に応じ、膜形成用イオンを引き寄せるためのバイアス電圧を図示省略の電源から印加してもよい。
そして、モータＤの駆動により回転テーブル４２を回転させることで、各物品支持軸４３を公転させつつ自転させ、それにより各物品Ｗを公転させつつ自転させる。
また、テーブル４２とともに回転する冷却部５にコネクタ部ＣＣを介して冷媒（例えば水）を循環させ、各物品Ｗを全体的に均一に冷却する。

かかる状態で、蒸発源１におけるトリガー電極１２をカソード１１の蒸発面１１１に接触させ、引き続き引き離す。これにより電極１２とカソード１１間に火花が発生し、これが引き金となってアノード（容器２）とカソード１１との間に真空アーク放電が誘発される。このアーク放電によりカソード材料が加熱され、カソード材料が蒸発し、さらにカソード１１前方にイオン化カソード材料を含むプラズマが形成され始める。

また、磁場形成コイル３１へ電源３２から通電してダクト３内に磁場を形成しておく。さらに、必要に応じ成膜室２内へ膜構成元素を含む所定量のガスを導入する。
蒸発源１において生成された前記プラズマは磁場形成コイル３１により形成されたダクト内磁場により集束し、その後被成膜物体への膜形成のために適度に広がり、イオン化されたカソード材料が物品Ｗへ向け飛翔し、かくしてカソード材料に基づく、或いはカソード材料と導入されるガスとに基づく薄膜が各物品Ｗの表面に形成される。

このコーティング処理中、各物品Ｗは冷却部５により全体的に均一に十分冷却できるので、その冷却能力を冷媒循環量等の調節により適宜設定することで、蒸発源１におけるカソード蒸発エネルギーを高く設定しコーティング処理を高速で行っても、被処理物品が必要以上に加熱されないようにでき、かくして、被処理物品に熱的ダメージを与えないように冷却しつつ効率よくコーティング処理を実施できる。

また、コーティング装置Ａでは、冷却部５に対する冷媒の循環は、回転テーブル４２とは分離されたコネクタ部ＣＣを介して行うようになっており、従来のように回転テーブルに複雑な冷媒循環機構を設ける必要がないこと、冷却部５はかかる従来の回転テーブルにおける冷媒循環機構に拘束された構造のものである必要がないこと等により、それだけ、冷却機構、特に、冷却部５の設計の自由度が大きい。

また、回転テーブル４２及び冷却部５は可動テーブル４０に搭載されており、可動テーブル４０は真空容器２に対し搬入搬出可能であるから、それだけ装置のメインテナンスが容易であり、被処理物品Ｗの回転テーブル４２に対する取付け、取り外しも容易である。 なお、可動テーブル４０を容器２に対し搬入搬出するときには、コネクタ部ＣＣにおける管継ぎ手ＰＪを分離するとともに、駆動側の継ぎ手４１１を分離することで、該搬入搬出を容易に行うことができる。

以上説明したコーティング装置Ａでは、冷却部５は回転テーブル４２に固定されるが、例えば、スラストベアリングを介して回転テーブル上に搭載し、例えば容器２に設けた回り止め部材のようなもので、該冷却部５の回転テーブル４２の回転に伴う回転を止めるようにしてもよい。この場合には、ロータリジョイント５０は必ずしも必要ではない。
この場合には、例えば真空容器２の天井壁を開閉できる構成とし、可動テーブル４０の搬入搬出時には該天井壁を開いて冷却部５を取り出しおけばよい。

また、図１に示す装置Ａにおけるコネクタ部ＣＣは、ロータリジョイント５０の部分が接続分離可能なものであれば、管継ぎ手ＰＪを省略して、該ジョイント５０の部分でコネクタ部ＣＣを接続分離するようにしてもよい。

また、駆動モータＤを容器２内に置き、例えば可動テーブル４０に支持させて回転テーブル軸４１に連結することもでき、そうするときは、継ぎ手４１１を省略して可動テーブル４０を搬入搬出することもできる。

＜図４及び図５に示すコーティング装置Ｂ＞
図４は本発明に係るコーティング装置の他の例を上方からみて、且つ、一部を断面で示す図である。図５は図４に示すコーティング装置を側方からみて、且つ、一部を断面で示す図である。これら図においては、蒸発源１をブロック化して示してあり、図５では排気装置２２は図示を省略している。

この装置Ｂは、前記の装置Ａと同様に、蒸発源１、真空容器２、容器２内に設置された、被処理物品Ｗを支持する回転テーブル４２、容器２に接続された排気装置２２等を備えている。この装置Ｂにおいて装置Ａにおける部分、部品等と実質上同じ部品、部品等には装置Ａと同じ参照符号を付してある。

装置Ｂは次の点で装置Ａと異なっている。
すなわち、装置Ｂにおいては、回転テーブル４２は、該テーブルに固設されたテーブル回転軸４１’の部分で、軸受４０１’を介してテーブル４０’に回転可能に支持されている。テーブル４０’は電気絶縁性部材７を介して真空容器２の底壁２７上に設置されている。 回転テーブル４２に立設した物品支持軸４３を自転させるための太陽歯車４３ｇは該テーブル４０’に設けられている。

また、回転テーブル４２には冷却部５が搭載されているが、この冷却部５の冷媒循環通路５１には、回転軸４１’に設けた冷媒循環通路が接続されており、該回転軸の冷媒循環通路には回転軸４１’の回転を許しつつ冷媒循環を可能にするロータリジョイント５０’を介して冷媒が循環せしめられる。

回転軸４１’は容器底壁２７を貫通しており、底壁２７に対しては軸受け２８にて回転可能であり、ロータリジョイント５０’は容器外に設けられている。ロータリジョイント５０’は、実質上図３に示すものと同構成であるが、雄部５０１’が回転軸４１’の一部を利用して形成されており、これに雌部５０２’を相対的に回転自在に嵌合し、該雌部５０２’が気密シール部材ＤＳ’を介して底壁２７の外面に固定されている。該雄部５０１’に継ぎ手４１１を介して回転テーブル駆動モータＤを接続してある。

真空容器２は、図４、図５に示すように、側周壁の下端部にフランジ部２４が形成されており、ここに底壁２７がボルト２６にて着脱可能となっている。フランジ部２４と底壁２７との間には気密シール材２５が介在している。ボルト２６を外すことで、底壁２７を容器本体から分離することができ、また、ボルト２６にて気密に接合することができる。分離することで、回転テーブル４２及びこれに搭載された冷却部５を容器本体外に取り出せる。また、それらを容器２内に設定して底壁２７を気密に閉じることもできる。

以上説明したコーティング装置Ｂによると、装置Ａの場合と同様に、モータＤで回転テーブル４２を回転駆動することで、各物品支持軸４３を公転させつつ自転させ、それにより各物品Ｗを公転させつつ自転させながら、蒸発源１を用いて各物品Ｗにコーティング処理を施せる。

また、この間、テーブル４２とともに回転する冷却部５に、ロータリジョイント５０’及びテーブル回転軸４１’中の通路を介して冷媒を循環させることで、各物品Ｗを全体的に均一に冷却できる。

この装置Ｂによると、コーティング処理中、各物品Ｗは冷却部５により全体的に均一に十分冷却できるので、その冷却能力を冷媒循環量等の調節により適宜設定することで、蒸発源１におけるカソード蒸発エネルギーを高く設定しコーティング処理を高速で行っても、被処理物品が必要以上に加熱されないようにでき、かくして、被処理物品に熱的ダメージを与えないように冷却しつつ効率よくコーティング処理を実施できる。

また、コーティング装置Ｂにおいても、冷却部５に対する冷媒の循環は、従来のように回転テーブルに複雑な冷媒循環機構を設ける必要がないこと、冷却部５はかかる従来の回転テーブルにおける冷媒循環機構に拘束された構造のものである必要がないこと等により、それだけ、冷却機構、特に、冷却部５の設計の自由度が大きい。

また、回転テーブル４２及び冷却部５はテーブル４０’を介して容器２の底壁２７に設置されており、該底壁２７は、容器本体に対し着脱可能であるから、回転テーブル４２や冷却部５を容器本体外に露出させることができ、それだけ装置のメインテナンスが容易であり、被処理物品Ｗの回転テーブル４２に対する取付け、取り外しも容易である。

以上説明したコーティング装置Ｂでは、冷却部５を搭載した回転テーブル４２はテーブル４０’に設置されているが、該冷却部５を搭載した回転テーブル４２は、装置Ａの場合のように、可動テーブルに搭載してもよい。その場合には、太陽歯車４０ｇは可動テーブルに設け、ロータリジョイント５０’の雌部５０２’を可動テーブルに支持させ、モータＤは容器２内に収容して可動テーブルに保持させるか、或いは、モータＤを接続分離可能の継ぎ手を介して、分離可能にロータリジョイント５０’の雄部５０１’に接続すればよい。

なお、逆に、コーティング装置Ａについて、冷却部５を搭載した回転テーブル４２を、装置Ｂにおけるように、開閉可能とした真空容器底壁に絶縁部材を介して設置したテーブルに設けてもよい。このようにして、冷却部５を搭載した回転テーブル４２を真空容器壁の一部に設置してもよい。

＜図６及び図７に示すコーティング装置Ｃ＞
次に、参考までに、既述の第３のコーティイグ装置、すなわち、冷却機構の冷却部が被処理物品の中空部に挿入配置されるコーティング装置の例Ｃについて図６及び図７を参照して説明しておく。
図６はコーティング装置の参考例を上方からみて、且つ、一部を断面で示す図である。図７は図６に示すコーティング装置を側方からみて、且つ、一部を断面で示す図である。これら図においては、蒸発源１をブロック化して示してあり、図７では排気装置２２は図示を省略している。

この装置Ｃは、前記の装置Ｂと同様に、蒸発源１、真空容器２、容器２内に設置された、被処理物品Ｗを支持する回転テーブル４２、容器２に接続された排気装置２２等を備えている。この装置Ｃにおいて装置Ｂにおける部分、部品等と実質上同じ部品、部品等には装置Ｂと同じ参照符号を付してある。

装置Ｃは次の点で装置Ｂと異なっている。
装置Ｃでは、装置Ｂにおける物品支持軸４３に代えて、物品支持体４３’を採用している。各物品支持体４３’は、軸受４２１で回転テーブル４２に回転可能に支持されており、テーブル４２の下方へ突出した部分には遊星歯車４３ｇを設けてあり、この遊星歯車４３ｇは太陽歯車４０ｇに噛み合っている。太陽歯車４０ｇは装置Ｂの場合と同様に、真空容器２の着脱可能の底壁２７に絶縁部材７’を介して設置されたテーブル４０’に設けてある。

また、装置Ｂにおける冷却部５に代えて、物品支持体４３’及び遊星歯車４３ｇに貫通された冷却部５’を採用している。物品支持体４３’及び遊星歯車４３ｇは、冷却部５’に対し回転可能である。
各冷却部５’は、被処理物品Ｗをその中空部で嵌めることができる縦長棒状のもの、換言すれば、該物品中空部に挿入配置できる縦長棒状のもので、物品Ｗの中空部に挿入配置されることで該物品に全体的に臨むことができる。

各冷却部５’は、アーム５００により回転テーブル４２の回転軸４１”に支持されており、回転テーブル４２が回転することで、物品支持体４３’及び遊星歯車４３ｇとともに該テーブルの回転中心の回りに公転できる。

各冷却部５’には冷媒循環通路５１’を設けてあり、該通路５１’はアーム５００に設けた冷媒循環通路を介して、回転テーブル４２の回転軸４１”における冷媒循環通路に接続されている。
回転軸４１”の冷媒循環通路には、装置Ｂの場合と同様に、該回転軸の回転を許しつつ冷媒循環を可能にするロータリジョイント５０’を介して冷媒が循環せしめられる。

回転軸４１”は、装置Ｂの場合と同様に容器底壁２７を貫通しており、底壁２７に対しては軸受２８にて回転可能であり、ロータリジョイント５０’は容器外に設けられている。
ロータリジョイント５０’の雄部５０１’に継ぎ手４１１を介して回転テーブル駆動モータＤを接続してある。

以上説明したコーティング装置Ｃによると、モータＤで回転テーブル４２を回転駆動することで、各物品支持体４３’を公転させつつ自転させ、それにより各物品Ｗを公転させつつ自転させながら、蒸発源１を用いて各物品Ｗにコーティング処理を施せる。

また、この間、各物品Ｗの中空部に挿入配置されて物品全体に臨んでいる冷却部５’（テーブル４２とともに公転する冷却部５’）の冷媒循環通路５１’に、ロータリジョイント５０’及びテーブル回転軸４１”中の通路及び冷却部支持アーム５００中の通路を介して冷媒を循環させることで、各物品Ｗを全体的に均一に冷却できる。

この装置Ｃによると、コーティング処理中、各物品Ｗは冷却部５’により全体的に均一に十分冷却できるので、その冷却能力を冷媒循環量等の調節により適宜設定することで、蒸発源１におけるカソード蒸発エネルギーを高く設定しコーティング処理を高速で行っても、被処理物品が必要以上に加熱されないようにでき、かくして、被処理物品に熱的ダメージを与えないように冷却しつつ効率よくコーティング処理を実施できる。

また、コーティング装置Ｃにおいても、冷却部５’に対する冷媒の循環は、従来のように回転テーブルに複雑な冷媒循環機構を設ける必要がないこと、冷却部５’はかかる従来の回転テーブルにおける冷媒循環機構に拘束された構造のものである必要がないこと等により、それだけ、冷却機構、特に、冷却部５’の設計の自由度が大きい。

また、回転テーブル４２及び冷却部５’はテーブル４０’を介して容器２の底壁２７に設置されており、該底壁２７は、容器本体に対し着脱可能であるから、回転テーブル４２や冷却部５’を容器本体外に露出させることができ、それだけ装置のメインテナンスが容易であり、被処理物品Ｗの回転テーブル４２に対する取付け、取り外しも容易である。

以上説明したコーティング装置Ｃでは、回転テーブル４２は冷却部５’とともにテーブル４０’に設置されているが、回転テーブル４２及び冷却部５’は、装置Ａの場合のように可動テーブルに搭載してもよい。その場合には、太陽歯車４０ｇは可動テーブルに設け、また、ロータリジョイント５０’の雌部５０２’を可動テーブルに支持させ、モータＤは容器２内に収容して可動テーブルに保持させるか、或いは、モータＤを接続分離可能の継ぎ手を介して、分離可能にロータリジョイント５０’の雄部５０１’に接続すればよい。

以上説明した装置Ａ、Ｂ、Ｃにおける蒸発源１は、真空アーク蒸着法のためのものであったが、本発明は、スパッタリングによるコーティング等、蒸発源を用いるＰＶＤ法による各種コーティング装置に適用できる。

本発明は、蒸発源を用いたＰＶＤ法によるコーティング処理において、被処理物品の熱的損傷を抑制しつつ効率よくコーティング処理しようとする場合に利用できる。

本発明に係るコーティング装置の１例を上方からみて、且つ、一部を断面で示す図である。 図１に示すコーティング装置を側方からみて、且つ、一部を断面で示す図である。 ロータリジョイントの説明図である。 本発明に係るコーティング装置の他の例を上方からみて、且つ、一部を断面で示す図である。 図４に示すコーティング装置を側方からみて、且つ、一部を断面で示す図である。 コーティング装置の参考例を上方からみて、且つ、一部を断面で示す図である。 図６に示すコーティング装置を側方からみて、且つ、一部を断面で示す図である。

符号の説明

Ａ、Ｂ、Ｃ コーティング装置
１ 蒸発源
１１ カソード
１１１ カソード蒸発面
１２ トリガー電極
１３ アーク放電用電源
１４ 絶縁部材
１５ 抵抗
３ ダクト
３０ カソード装着部
ＡＮ アノード
３１ 磁場形成用コイル
３２ コイル電源
２ 真空容器
２０ 容器側壁
２７、２７０ 容器底壁
２１ ガス導入部
２２ 排気装置
４２ 回転テーブル
４３ 物品支持軸
４３’ 物品支持体
４３ｇ 遊星歯車
４０ｇ 太陽歯車
Ｗ 被処理物品
４１、４１’、４１” 回転テーブル４２の回転軸
４０１、４２１、４０１’、２８ 軸受
４０ 可動テーブル
Ｒ 車輪
４０’ テーブル
７、７’電気絶縁性部材
ＤＳ、ＤＳ’ 気密シール部材
Ｄ 回転テーブル駆動モータ
４１１ 継ぎ手
５、５’ 冷却部
５１、５１’冷媒循環通路
ＣＣ コネクタ部
５０、５０’ ロータリジョイント
５０１、５０１’ 雄部
ａ１ 冷媒供給通路
ｂ１ 冷媒戻し通路
５０２、５０２’ 雌部
ａｇ、ｂｇ 雌部５０２の内周溝
ａ２、ｂ２ 冷媒通路
ＰＪ 管継ぎ手
５００ 冷却部支持アーム

Claims (13)

1. 真空容器内で被処理物品を支持して、少なくとも公転させる回転テーブル及び該回転テーブル上に支持される被処理物品を冷却する冷却機構を有する、蒸発源を用いたＰＶＤによるコーティング装置であり、前記冷却機構は冷却部を含んでおり、該冷却部は、冷媒循環通路を有し、前記回転テーブル上に支持される被処理物品に該被処理物品の外側から該被処理物品に触れることなく臨むように、且つ、該回転テーブルに随転可能に該回転テーブル上に搭載されており、前記冷却機構は該冷却部の回転テーブルへの随転を許しつつ該冷却部の冷媒循環通路に冷媒を循環させることができることを特徴とするコーティング装置。
2. 前記冷却部の冷媒循環通路には前記回転テーブルとは分離されたコネクタ部を介して冷媒を循環させることができる請求項１記載のコーティング装置。
3. 前記コネクタ部は、途中部位で接続分離可能であり、且つ、前記冷却部の回転テーブルへの随転を許しつつ冷媒循環を可能にするものである請求項２記載のコーティング装置。
4. 前記冷却部を搭載した回転テーブルは、前記真空容器に対し搬入搬出可能の可動テーブルに回転可能に支持されている請求項２又は３記載のコーティング装置。
5. 前記回転テーブルは、接続分離可能の継ぎ手を介して回転駆動部により回転駆動される請求項４記載のコーティング装置。
6. 前記冷却部を搭載した回転テーブルは、前記真空容器を構成する容器壁の一部であって、該真空容器本体に対し着脱可能の部分に設置されている請求項２又は３記載のコーティング装置。
7. 前記冷却部の冷媒循環通路には、前記回転テーブルの回転軸に設けた冷媒循環通路が接続されており、該回転軸の冷媒循環通路には、該回転軸の回転を許しつつ冷媒循環を可能にするロータリジョイントを介して冷媒を循環させることができる請求項１記載のコーティング装置。
8. 前記冷却部を搭載した回転テーブルは、前記真空容器に対し搬入搬出可能の可動テーブルに回転可能に支持されている請求項７記載のコーティング装置。
9. 前記回転テーブルは、接続分離可能の継ぎ手を介して回転駆動部により回転駆動される請求項８記載のコーティング装置。
10. 前記冷却部を搭載した回転テーブルは、前記真空容器を構成する容器壁の一部であって、該真空容器本体に対し着脱可能の部分に設置されている請求項７記載のコーティング装置。
11. 前記被処理物品を支持するための物品支持軸が前記回転テーブルに回転可能に立設されており、該物品支持軸には遊星歯車を設けてあり、該遊星歯車に前記可動テーブルに設けた太陽歯車が噛合している請求項４、５、８又は９に記載のコーディング装置。
12. 前記被処理物品を支持するための物品支持軸が前記回転テーブルに回転可能に立設されており、該物品支持軸には遊星歯車を設けてあり、該遊星歯車に前記容器壁の一部に設けた太陽歯車が噛合している請求項６又は１０に記載のコーディング装置。
13. 前記回転テーブルはその中央部に前記冷却部が搭載されており、該冷却部の周囲に前記被処理物品を支持できるようになっている請求項１から１２のいずれかに記載のコーティング装置。