JP5401130B2 - 蒸着装置と蒸着方法 - Google Patents

Description

本発明は、蒸着室内でホルダーにより保持された試料を回転させながら、試料表面の全面に蒸着源からの蒸気による蒸着膜を形成する蒸着装置と、この蒸着装置を用いた蒸着方法に関する。

従来、微小なボールベアリングや円柱状ベアリング（ローラベアリング）に対して、摩擦係数の低減や摩耗量の抑制などを図るために、各種の表面コーティングを蒸着により施している。そのための装置として、下記特許文献１−５に記載されたものが知られている。

特許文献１−５に記載された蒸着装置は、いずれも台上またはそれに類する試料支え部材に球状または円柱状の試料を載置し、試料を回転させながら蒸着するものである。

それ故に、台に遮られる箇所があり、蒸着源の位置が制限されるため、試料の下方からの蒸着は困難とされている。一方、特許文献３に記載された蒸着装置は、そのような問題の解決を覗わせるが、球状の試料が台に設けられた貫通孔に嵌り込むことによるものであるが故に、下方の蒸着源からの蒸気は試料に集中せざるを得ない。その結果、試料静止時に行われた膜形成部分と非膜形成部分との間に段差が生じるという新たな問題が発生するおそれがある。

特開平５−２７１９３０号公報 特開平５−３１１４０９号公報 特開平９−２７９３４２号公報 特開平１１−３１５３８０号公報 特開２００２−２１２７２２号公報

本発明は、以上の実情に鑑み、蒸着源からの蒸気を遮ることなく、試料のほぼ外周全域にわたって存在させながら、試料の外周表面の全面に蒸着膜を形成することができる蒸着装置を提供し、また、この蒸着装置を用いた蒸着方法を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の特徴を有している。

第１の発明は、蒸着室内に試料を保持するホルダーが設けられ、前記ホルダーにより試料を保持して回転させながら試料の外周面全面に、蒸着源からの蒸気による蒸着膜を形成させる蒸着装置であって、前記ホルダーが、その中心軸を水平方向に向けたコイルバネ状の形状を有し、前記試料を前記ホルダーの内側に保持した状態においてホルダーをその中心軸の周りに回転させる回転手段を備えていることを特徴としている。

第２の発明は、上記第１の発明の特徴を有する蒸着装置を用いた蒸着方法であって、前記試料は、球状または円柱状の形状を有し、前記回転手段によって前記ホルダーをその中心軸周りに回転させることにより、前記試料をホルダーに対して回転させ、以って前記蒸着源に対する前記試料の向きと姿勢を変更し、向きと姿勢を変更させながら前記試料の外周表面全面に前記蒸着源からの蒸気による蒸着膜を形成させることを特徴としている。

本発明によれば、蒸着源からの蒸気を遮る台状の部材を一切用いることなく、蒸着室内に試料を宙づり状に保持することができる。それ故に、蒸気は、コイルバネ状のホルダーと接触している僅かな箇所以外の試料のほぼ外周全域に存在することとなり、また、ホルダーを回転させることによって、試料は螺旋状に転動し、ホルダーとの接触箇所を確実にずらすことができる。したがって、段差のない、試料の外周表面の全面にわたって均一な蒸着膜を容易に蒸着することができる。

また、蒸着源と試料との位置関係にも制約を受けないので、試料の下方に蒸着源を配置した場合と側方または上方に位置させた場合とで、蒸着膜の均一性が著しく異なるようなことはなく、蒸着の目的や蒸着物質、あるいは蒸着条件に合わせた適切な配置を選択することができる。

そして、上記効果によって、球状または円柱状の試料表面に蒸着コーティングを行うことにより、段差のない均一な厚さの蒸着膜が容易に得られる。

実施例１におけるホルダーを、試料とともに示した側面図である。 実施例１におけるホルダーの開口長を調整する治具を、ホルダーとともに示した 側面図である。 実施例２におけるホルダーを、試料とともに示した要部斜視図である。 実施例２における回転導入機に取り付けたホルダーを側面から写した写真である 。 図３に示したホルダーを蒸着室内に配置した状態を写した写真である。 実施例２におけるコーティング後の試料をホルダーとともに写した拡大写真であ る。

本発明の蒸着装置は、ホルダー２をコイルバネ状の形状とした点に主な特徴を有するものである。ここで、コイルバネとは、図１〜６に示すような、線材をコイル状に巻いたバネであって、図３に示すような、ピッチ方向の間隙（開口長）Ｐ及び内径Ｄを有するものをいう。ホルダー２を形成する線材の断面は、円形に限らず、四角形、六角形などの角形断面とすることができ、いずれの断面形状でも同様な効果が奏される。

ここで、ホルダー２の形状であるコイルバネ状とは、形態の類似性から称したものであり、必ずしも弾性などのバネ機能を有することを前提としてはいない。したがって、線材の材質は、バネ鋼に限られず、ターゲットの蒸着条件において変形や蒸発などが生じないものであれば、他の金属、たとえば電熱線材や合成樹脂などにより構成することもできる。電熱線材からホルダー２を形成する場合は、試料の加熱洗浄などを合わせて行うことができる。

このようなホルダー２を回転させる方式は、手動をはじめとし、ステップモータなどを付設して電動により回転駆動させることができる。

図１−６において試料１は円柱状ものを例示したが、試料１の形状は円柱状に限られず、平板状、棒状、角棒状、キュービック状などの各種形状のものとすることができる。いずれの場合にも、本発明の蒸着装置は、試料１の全周に蒸着することができる。

なお、ホルダー２におけるコイルバネ状のピッチ方向の間隙Ｐおよび内径Ｄと、試料１の直径または内接円の直径ｄおよび長さｐとの関係は、試料１が、ホルダー２の回転につれてホルダー２に対して回転することのできる大きさであり、かつ、ホルダー２の上記ピッチ方向の間隔Ｐから脱落しないような関係が好ましい。

以下、本発明の蒸着装置と蒸着方法の実施例について詳述する。

図１に示したホルダー２では、コイルバネ状の形状において、巻線間の開口長を部分的に変えたものであり、長さ１１ｃｍ、外径６ｍｍ、内径４．２ｍｍ、線径０．９ｍｍとしている。ホルダー２内に試料１を３個挿入し、図４に示した回転導入機７のホルダー取り付けネジ３を用いてホルダー取付けロッド４に接続した。回転導入機７を回転させ、回転導入繋ぎ手５を介してホルダー２を回転させた。そのときの試料１の動きを調べた。なお、試料１には、円柱状（外径３ｍｍ、長さ３．６ｍｍ）のベアリングを用いた。

回転導入機７は、フランジ６によって高周波マグネトロンスパッタ装置の内部と外部とを遮断することができるとともに、外部からの回転力は、回転軸繋ぎ５から回転軸４およびネジ３を介してホルダー２に伝達され、試料１を転動させることができる。

図１に示したホルダー２の場合、時計回りに回転させると、巻線間の開口長が１．４ｍｍ以下のときは、試料１は重力に対して水平方向に整列し、時計回りに自転しながら前進する。ホルダー２を反時計回りに回転すると、試料１は、反時計回りに自転しながら、後退する。一方、巻線の間開口長を２ｍｍ以上３ｍｍ以下にすると、試料１は、巻線間に約４５°の傾きで保持されるとともに、試料１が１個ずつ整列して配置した。また、巻線間の開口長が３ｍｍ以上のときは、開口から試料１が落下してしまった。また、巻線の内径が７ｍｍ以上のときには、試料１が横向きとなり、自転することができなくなった。

そして、ホルダー２中に試料１を出し入れする際には、ホルダー２の先端部を引っ張ることによって、巻線間の開口を伸長させたり、湾曲させたりすることができ、試料１の出し入れは容易であった。

図２には、ホルダー２の巻線の開口長を容易に変えることのできる治具を示した。

治具は、図２に示したように、寸法の異なる各種の試料に対して、一つのホルダーによって最適な巻線の開口長を簡便に調整するために、巻線両端に設けた巻線押さえ板の間隔をボルト・ナット構造を下部に備え、このボルト・ナット構造によって調整することができる。

スパッタ源（ターゲット）が下方に位置する高周波マグネトロンスパッタ装置を用い、図３に示した、外径６ｍｍ、内径４．２ｍｍ、線径０．９ｍｍ、開口長２．８ｍｍ、長さ８ｃｍのコイルバネ状のホルダー２を作製し、図４に示したホルダー取付けネジ３によりホルダー２を回転導入機７に取り付けた。

そして、回転導入機７を上記高周波マグネトロンスパッタ装置の側面に回転導入機チャンバー取付けフランジ６によって取り付け、図５に示したように、試料１とターゲットとの間を距離３０ｍｍ、ＭｏＳ_２材をターゲットとして、出力１００Ｗ、プレスパッタ時間５分、スパッタ時間２０分の条件でスパッタ被覆処理すると同時に、回転導入機７を時計回りに１ｒｐｍの速度で５回転、反時計回りに１０回転、再度時計回りに５回転させ、試料１である円柱状のベアリングの表面にコーティングを行った。

図６に示したように、試料１の外周表面および端面の全面に良好なコーティング膜が形成されていた。

１ 試料
２ ホルダー
７ 回転導入機
１０ 蒸着室

Claims (2)

1. 蒸着室内に試料を保持するホルダーが設けられ、前記ホルダーにより試料を保持して回転させながら試料の表面全面に、蒸着源からの蒸気による蒸着膜を形成させる蒸着装置であって、前記ホルダーが、その中心軸を水平方向に向けたコイルバネ状の形状を有し、前記試料を前記ホルダーの内側に保持した状態においてホルダーをその中心軸の周りに回転させる回転手段を備えていることを特徴とする蒸着装置。
2. 請求項１に記載の蒸着装置を用いた蒸着方法であって、前記試料は、球状または円柱状の形状を有し、前記回転手段によって前記ホルダーをその中心軸周りに回転させることにより、前記試料をホルダーに対して回転させ、以って前記蒸着源に対する前記試料の向きと姿勢を変更し、向きと姿勢を変更させながら前記試料の外周表面全面に前記蒸着源からの蒸気による蒸着膜を形成させることを特徴とする蒸着方法。