JP5449185B2 - Pvd真空コーティングユニット - Google Patents
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Description
PVD:
1.たとえば交換可能刃先などのような、同一であり、主に小さな二次元の基板の大きなバッチに対する好適でない基板取扱。
2.大きなバッチプラントにおける必要な基板回転のため、低過ぎるコーティング速度。
3.基板方向への固体源の材料の流れの、回転による妨げ。
4.フランクとチップ面との間における層の厚み比の、殆ど不可能な設定。
1.経済的な理由から、より低いコーティング速度ならびに長い加熱および冷却サイクルによる、バッチプラントの必要性。
2.前駆物質選択が制限され反応機構が本質的に処理温度を介してのみ制御され得るため、異なる材料に関するCVD処理方策の柔軟性。
3.新たな前駆物質を用いる際における、新たな材料および材料組合せに対する、高い費用を伴う複雑な処理開発。
最近、金属酸化物を、製造に値するPVD技術によって製造することが可能となった。しかしながら、バッチプラントにおいては、低いコーティング速度のみが、必要な回転のため、実現され得、それは、汎用基板サイズに対しては好適であるが、交換可能刃先に対しては特に好適ではない。既存の先行技術は、好適ではない基板取付または基板取扱を伴うかなり好適ではないシステムに基づいており、それによって、PVD技術は、特に厚みの大きい層を必要とし、交換可能刃先の非常に単純な、部分的に自動化された取扱を妥当にする、ある適用分野においては、CVD技術よりも生産性が劣る。さらに、PVDバッチプラントにおいては、経済的な理由(搭載密度が可能な限り高い)から、交換可能刃先は、非常に頻繁に、チップ面に比してフランク面がより厚い層でコーティングされるよう取付けられなければならない。この方策は、過去においては、圧延目的に対してのみ交換可能刃先の具体的な使用実現可能性をサポートする傾向であったが、旋削適用例に対しては好ましい方策ではない。
この発明は、好ましくは交換可能刃先(インサートとも称される)のような、殆ど二次元の層状基板として特に実現される切削工具の硬質材料コーティングのためのPVD真空コーティングユニットであって、高い生産性または非常に高速な層成長を可能にし、好ましくは、交換可能刃先製造における適用に対して好適であり、つまり、単純な自動化可能な配置を可能にし、交換可能刃先のためのCVD製造ラインの機械設備に組込まれる、PVD真空コーティングユニットを提供するという課題に特に対処する。コーティング設備は、厚みの大きい層、特にたとえば酸化物含有層のような、導電性の低い絶縁層の堆積においてでさえ高いスループットを可能にし、そこにおいては、基板取付具が実質的に二次元の外形形状を有し得、複数の基板を備え得、コーティングが高い経済性で同時に実行され得る。
−ポンプシステムに接続される真空処理チャンバと、
−少なくとも1つの反応性ガスタンクに接続される少なくとも1つの反応性ガス入口と、
−アノードおよび層状のカソードを有する少なくとも1つのPVDコーティング源と、
−複数の基板を伴う基板担持体と、
−真空処理チャンバに配置され、チャンバに基板担持体を搭載または搭載解除するための、またはさらなるチャンバへの移送のための、少なくとも1つのゲートと、
−ゲートを介して基板担持体を移送し、それを、真空処理チャンバにおいて、層状カソードの領域において、間隔をおいて位置決めするための移送装置と、
−少なくとも1つのPVDコーティング源に接続される少なくとも1つの電源とを含む。
EFZ:は、単位時間当たりのターゲット材料バルク質量の層への組入れを、単位時間当たりのターゲット材料の質量損失で除したものである。これは、カソードのターゲット材料のどれぐらいの量がコーティングされるべき有用な領域に到達するかを示すある意味での伝達定数である。
・基板回転なしであっても有利な外形形状を介したPVD源での高いコーティング速度(20μm/時間以上)。
・PVD源の材料の流れの中断がなく、それによって、応力適合およびより厚みの大きい層が可能となる。
・複数層設計が実行可能である。
・取扱可能および自動化可能な単純な基板取付。
・全体処理シーケンスに対する個々のチャンバの、1つのチャンバにおける組合せ、または複数のチャンバに亘る処理シーケンスの分割を介しての、複数チャンバシステムの実行可能性。
・ロットサイズの、既存の製造および設備に対する適合。
・短い処理またはサイクル時間(これまでの24時間CVDまたは12時間PVDに比較して1時間)。
・加工物のフランク面対チップ面のターゲット化された層の厚みの比が設定可能である。
・基板運動がないか、または非常に低減される。
・交換可能刃先などのような小さな部品の経済的な取扱。
・CVD製造ラインに対する適合のための新たな設備の必要性がない。
Claims (22)
- −ポンピングシステム(2)に接続される真空処理チャンバ(1)と、
−少なくとも1つの反応性ガスタンク(13)に接続される少なくとも1つの反応性ガス入口(12)と、
−アノード(10)および2次元的に広がる表面を備えたカソード(11)を有する少なくとも2つのPVDコーティング源(8、21)と、
−前記カソード間の複数の基板(7)のための基板担持体(6)と、
−前記真空処理チャンバ(1)に配置され、前記チャンバに前記基板担持体(6)を搭載するためのゲート(4)と、
−前記ゲート(4)を介して前記基板担持体(6)を移送し、それを、前記真空処理チャンバ(1)内において、前記カソード(11)間の領域内で隔てて位置決めするための移送装置(5)と、
−前記PVDコーティング源(8、21)に接続される電源(16、18)とを含み、
前記基板担持体(6)は水平方向に広がっており、前記基板担持体の水平方向の広がりに沿って配置された2次元的に広がる平坦な基板の複数を受入れ、前記平坦な基板の前記2次元的に広がる表面の法線が前記カソードの2次元的に広がる表面の法線に対して実質的に直角になるように構成されていることにおいて特徴付けられる、真空コーティングユニット。 - 前記基板担持体(6)上の面内に複数の基板(7)を受入れるよう移動装置(26、27、30)が設けられることにおいて特徴付けられる、請求項1に記載のコーティングユニット。
- 前記基板担持体(6)は、複数の基板(7)を静止状態で保持するように構成される、請求項1に記載のコーティングユニット。
- 前記基板担持体(6)は基板受部(24)を含み、これは複数の基板(7)を受けるよう複数の開口(25)が設けられていることにおいて特徴付けられる、請求項1〜3のいずれかに記載のコーティングユニット。
- 前記基板受部は格子構造として形成されている、請求項4に記載のコーティングユニット。
- 前記基板受部は導電性材料を含む、請求項5に記載のコーティングユニット。
- 前記基板担持体(6)は、少なくとも30個の基板を収容するように構成されていることにおいて特徴付けられる、請求項1〜6のいずれかに記載のコーティングユニット。
- 前記基板担持体(6)は、前記PVDコーティング源(8、21)に対して前記基板担持体の周期的な相対的移動を生じさせる移動装置(22)に接続されることにおいて特徴付けられる、請求項1〜7のいずれかに記載のコーティングユニット。
- 前記PVDコーティング源はアーク蒸発源である、請求項1〜8のいずれかに記載のコーティングユニット。
- 前記基板は基板プレートである請求項1〜9のいずれかに記載のコーティングユニット。
- 複数の基板(7)を硬質材料層で同時コーティングするための方法であって、
−排気のためのポンピングシステム(2)に接続される真空処理チャンバ(1)と、
−処理ガスの導入のために少なくとも1つの反応性ガスタンク(13)に接続される少なくとも1つの反応性ガス入口(12)と、
−前記基板(7)をコーティングするためにアノード(10)および2次元的に広がる表面を備えたカソード(11)を有する少なくとも2つのPVDコーティング源(8、21)と、
−前記複数の基板(7)のための基板担持体(6)と、
−前記真空処理チャンバ(1)に配置されていて前記チャンバに前記基板担持体(6)を搭載するためのゲート(4)と、
−前記ゲート(4)を介して前記基板担持体(6)を移送し、それを、前記真空処理チャンバ(1)内において、前記カソード(11)間の領域内で隔てて位置決めするための移送装置(5)と、
−前記PVDコーティング源(8、21)を動作させるための電源(16、18)とによる方法であり、
水平な2次元方向に広がる表面を備えた基板担持体を設けて、前記基板担持体の前記水平な2次元方向に広がる表面に沿って2次元的に広がる平坦な複数基板を付与し、この際に前記基板の2次元的に広がる表面の法線が前記カソードの2次元的に広がる表面の法線に対して実質的に直角になることにおいて特徴付けられる、方法。 - 複数の基板(7)が移動装置(26、27、30)に結合されて、前記基板担持体(6)上の面内に配置されることにおいて特徴付けられる、請求項11に記載の方法。
- 前記基板担持体(6)は、前記複数の基板(7)が中に配置される複数の開口(25)を有する基板受部(24)を含む、請求項11または12に記載の方法。
- 前記基板受部は格子構造として形成される、請求項13に記載の方法。
- 前記格子構造は導電性材料を含む、請求項14に記載の方法。
- 前記基板はアーク蒸発によってコーティングされる、請求項11〜15のいずれかに記載の方法。
- 前記基板はプレート形状である、請求項11〜16のいずれかに記載の方法。
- 前記プレート形状の基板は5mmから60mmの範囲内の広がりを有している、請求項17に記載の方法。
- 前記基板担持体(6)には、少なくとも30個の基板(7)が配置されることにおいて特徴付けられる、請求項11〜18のいずれかに記載の方法。
- 前記基板担持体(6)と前記PVDコーティング源(8、21)との間に相対的な移動を生じさせることにおいて特徴付けられる、請求項11〜19のいずれかに記載の方法。
- 前記基板の側面の少なくとも一部上に0.1μm〜50μmの範囲内の層厚を備えた層が堆積されることにおいて特徴づけられる、請求項11〜20のいずれかに記載の方法。
- 前記PVDコーティング源の構成を伴う、前記基板担持体における前記基板(7)は、前記基板(7)の少なくとも前記処理中の切刃(E′)が継続して途切れなく露出することを確実にし、前記源から前記基板への材料の流れが全コーティングの持続期間中において妨げられず、材料の流れの最大でも±30%の変動が維持されることにおいて特徴付けられる、請求項11〜21のいずれかに記載の方法。
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