JP6016753B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＶＤ処理を行う成膜装置に関する。

一般に、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、切削工具及び機械部品となる基材（成膜対象物）の表面に対して、物理的蒸着（ＰＶＤ）法やよる硬質皮膜（ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ等）の成膜が行われている。このような硬質皮膜の成膜に用いられる装置としては、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置やスパッタリング装置などの成膜装置が挙げられる。

このようなＰＶＤ処理を行う成膜装置は、基材が収容される真空チャンバと、真空チャンバ内に設けられた蒸発源と、基材を搭載し且つこの基材を蒸発源の周囲で旋回させるワークテーブルとを備えたものであり、ワークテーブルに搭載された基材の表面に対してＰＶＤ処理を行うようになっている。また、ワークテーブルは回転軸心（上下軸心）回りに回転（公転）するように構成されており、ワークテーブルに載置された基材自身も上下軸心回りに回転（自転）するようになっている。この成膜装置に備えられた蒸発源は、ワークテーブルの回転軸心と並行に複数配列されている。

上述したＰＶＤ処理を行う成膜装置として、特許文献１には、真空チャンバ内に複数の成膜用蒸発源が配置された構成の成膜装置が開示されている。
詳しくは、複数の成膜用蒸発源がワークテーブルに設置した基材に対向し、真空チャンバの高さ方向に重なり合うことなくほぼ一定間隔で並べて配置されている。この成膜装置では、成膜用蒸発源に真空アーク放電を生じさせて、蒸発源に取り付けた蒸発材料を蒸発させ、金属イオンを基材の表面に照射して成膜処理を行っている。

特許第４６９３００２号公報

ところで、特許文献１に開示されているような従来型の成膜装置を用いて基材の表面に硬質皮膜を成膜する場合、成膜対象である基材の表面全体に亘って略均一な硬質皮膜を成膜することができないことが懸念される。
通常、窒素や炭化水素系のガス（メタンやアセチレンなど）の反応ガス下の真空チャンバ内において、真空チャンバに配置された複数の蒸発源に真空アーク放電を生じさせて、蒸発源に取り付けた蒸発材料を蒸発させ、発生した金属イオンを基材の表面に照射して窒化膜や炭化膜などの硬質皮膜を形成する。通常、このような成膜装置を用いて基材の表面に硬質皮膜を形成すると、基材の長手方向（ワークテーブルの回転軸心に沿った方向、すなわち上下軸心方向）において、皮膜の厚みにばらつきが生じてしまう。

特に、基材表面の皮膜厚さは、膜厚が最も厚い部分（基材の長手方向中途部）と、基材の膜厚が最も薄い部分（基材の端部のうち少なくとも一方側の端部）との差が大きくなる。したがって、従来の成膜装置を用いて基材の表面に硬質皮膜を成膜しても、この基材の皮膜は作業者が所望としているような略均一な厚みとはならない。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る成膜装置は、基材が収容される真空チャンバと、前記真空チャンバの内壁面に設けられた蒸発源と、前記基材が配置され且つ配置された基材を保持する基材保持部と、を備え、前記基材の表面に対してＰＶＤ処理を行う成膜装置において、前記蒸発源は、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向に沿って複数配置されており、当該複数配置された前記蒸発源のうち、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向における両端の少なくとも一方側の第１蒸発源が、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向において当該第１蒸発源に隣接する第２蒸発源よりも前記基材側に突出して配置されていることを特徴とする。

前記第１蒸発源は、前記基材のうち、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向の少なくとも一端側に対向する位置に配置されていると好ましい。
前記第１蒸発源は、当該複数配置された前記蒸発源のうち、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向における両端に配置されていると好ましい。
前記第１蒸発源は、前記基材のうち、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向の両端側に対向する位置に配置されていると好ましい。

前記第１蒸発源と第２蒸発源との前記基材保持部の移動方向に垂直な方向に沿った間隔は、前記第２蒸発源に隣接し且つ第１蒸発源側とは反対側に位置する第３蒸発源と第２蒸発源との前記基材保持部の移動方向に垂直な方向に沿った間隔よりも小さい間隔であると好ましい。
また、本発明に係る成膜装置の最も好ましい形態は、複数の基材が収容される真空チャンバと、前記真空チャンバの高さ方向に沿って前記真空チャンバの内壁面に設けられた蒸発源と、前記複数の基材が前記真空チャンバの高さ方向に沿って配置され且つ当該基材を保持する基材保持部と、を備え、前記複数の基材の表面に対してＰＶＤ処理を行う成膜装置において、前記蒸発源は、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向に沿って複数配置されており、当該複数配置された前記蒸発源のうち、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向における両端の少なくとも一方側の第１蒸発源が、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向において当該第１蒸発源に隣接する第２蒸発源よりも前記基材側に突出して配置されていて、前記複数の基材のうち前記基材保持部の移動方向に垂直な方向の少なくとも一端側にある基材の端部に対して、前記第１蒸発源は、前記垂直な方向において少なくとも前記基材の端部よりも突出するとともに当該基材端部に対向する位置に配置されることを特徴とする。
また、本発明に係る成膜装置の最も好ましい他の形態は、複数の基材が収容される真空チャンバと、前記真空チャンバの高さ方向に沿って前記真空チャンバの内壁面に設けられた蒸発源と、前記複数の基材が前記真空チャンバの高さ方向に沿って配置され且つ当該基材を保持する基材保持部と、を備え、前記複数の基材の表面に対してＰＶＤ処理を行う成膜装置において、前記蒸発源は、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向に沿って複数配置されており、当該複数配置された前記蒸発源のうち、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向における両端の少なくとも一方側の第１蒸発源が、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向において当該第１蒸発源に隣接する第２蒸発源よりも前記基材側に突出して配置されていて、前記複数の基材のうち前記基材保持部の移動方向に垂直な方向の少なくとも一端側にある基材の端部に対して、前記第１蒸発源は、前記垂直な方向において前記基材の端部に対向する位置よりも突出する位置に配置される、ことを特徴とする。

本発明によると、基材の表面の皮膜を略均一の膜厚にすることができる。

第１実施形態に係る成膜装置を示す図である。 第１実施形態に係る成膜装置を拡大した図である。 蒸発源と基材との間隔を示した図である。 第１実施形態における蒸発源の配置状況と膜厚分布との関係をまとめた図である。 第１実施形態における膜厚分布の状況を示す図である。（条件１，条件２） 第１実施形態における膜厚分布の状況を示す図である。（条件３，条件４） 第２実施形態に係る成膜装置を示す図である。 第２実施形態における蒸発源の配置状況と膜厚分布との関係をまとめた図である。 第２実施形態における膜厚分布の状況を示す図である。（条件５，条件６） 第２実施形態における膜厚分布の状況を示す図である。（条件７，条件８） 第３実施形態に係る成膜装置を示す図である。 （ａ）は、第４実施形態に係る成膜装置を上方から見た図であり、（ｂ）は、Ａ’−Ａ’矢視図である。

以下、本発明の実施形態を、図に基づき説明する。
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態に係る成膜装置１（ＰＶＤ処理装置）が示されている。
この成膜装置１は、物理的蒸着法（ＰＶＤ法）を利用して、真空チャンバ２内に配置された基材Ｗ（ワーク）の表面に硬質皮膜を成膜する装置である。この成膜装置１には、アークイオンプレーティング法を用いて成膜を行うＡＩＰ装置や、スパッタ法を用いて成膜を行うスパッタ装置などがある。

このような成膜装置１で成膜される基材Ｗとしては、様々なものが考えられるが、例えば、切削工具やプレス加工のときに用いられる金型などがある。これら切削工具や金型には、削り出し加工時やプレス加工時に大きな負荷がかかるため、耐摩耗性や摺動特性などの向上が求められている。斯かる特性を実現するために、ＰＶＤ法を用いて、基材Ｗの表面に硬質皮膜（ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、等）の成膜が行われる。

なお、以降の説明において、図１の紙面に向かっての上下方向を、成膜装置１及び真空チャンバ２の上下方向とし、紙面に向かっての左右方向を、成膜装置１及び真空チャンバ２の左右方向とする。また、図１の紙面に向かっての貫通方向を、成膜装置１及び真空チャンバ２の前後方向とする。
以下、第１実施形態の成膜装置１の詳細を説明する。

図１に示すように、第１実施形態の成膜装置１は、複数の基材Ｗが配置される基材セットＳと、この基材セットＳが収容される真空チャンバ２と、この真空チャンバ２の内壁面
に設けられた蒸発源４と、真空チャンバ２内に収容された基材セットＳが配置され且つ配置された基材セットＳを回転軸回りに回転駆動するワークテーブル３を有している。加えて、この成膜装置１は、真空チャンバ２に配置された複数の蒸発源４に真空アーク放電を生じさせる放電電源を有している。さらに、配置された基材Ｗに負の電圧を印可させるバイアス電源がワークテーブル３に接続されている（放電電源、バイアス電源ともに図示せず）。

第１実施形態の成膜装置１は、ワークテーブル３に基材セットＳを上下方向に配置し、基材セットＳに配置された基材Ｗに対して硬質皮膜を形成する装置として説明する。なお、真空チャンバ２内に基材Ｗを左右方向に配置し、その基材Ｗに対して硬質皮膜を形成する成膜装置１であっても、本願発明の技術を適用可能である。
図１に示す如く、成膜装置１に備えられた真空チャンバ２は、例えば立方体や直方体などの六面体形状をした空洞の筺体である。真空チャンバ２は、内部が真空状態に減圧することが可能であり、真空状態の内部を気密に保持できる容器である。真空チャンバ２の側壁には、成膜前の基材Ｗを真空チャンバ２内に搬入したり、成膜後の基材Ｗを真空チャンバ２から外部に搬出したりするための扉が開閉自在に備えられている。真空チャンバ２には、真空チャンバ２内部へ窒素などの反応ガスを導入するガス導入口と、真空チャンバ２内部から反応ガスを排出するガス排気口とが設けられている（扉、ガス導入口、排気口ともに図示せず）。

真空チャンバ２内の底部には、基材Ｗが配置された基材セットＳを保持するためのワークテーブル３が設けられている。ワークテーブル３は円板状の台であり、上面が水平となるように配備され、基材セットＳをワークテーブル３上に起立状態（基材セットＳの長手方向を上下方向に向けて）で複数配置できるようになっている。
このワークテーブル３は、真空チャンバ２の底部の略中心に設けられた回転支持体５によって支持されている。回転支持体５は、上下軸心回りに回転可能とされており、モータなどで回転駆動されるようになっている。この回転支持体５は、自身の回転軸がワークテーブル３の中心を通る上下軸心とほぼ一致して同心状となるようにワークテーブル３を支持しているので、回転支持体５が上下軸心を中心に回転することによって、ワークテーブル３も回転支持体５と同じ軸心を中心に回転する。

ワークテーブル３の上面には、基材セットＳを保持するワーク保持装置（図示せず）が備えられている。ワーク保持装置は、円板状に形成されており、ワークテーブル３の軸心と同心円上で周方向に等間隔となるように複数配置されている。このワーク保持装置は、円板の下面の中心に回転軸が上下方向の軸心となるように固定され、この回転軸がワークテーブル３の上面に回転自在に支持されている。ワーク保持装置は、自身が回転軸を中心に回転することで、配置された基材セットＳを基材セットＳの軸心を中心に回転させる。

このようなワークテーブル３の構成によって、ワークテーブル３上に保持された複数の基材セットＳは、ワークテーブル３の回転中心の回りを公転しつつワークテーブル３上に保持された位置で自転する。また、基材セットＳが配置されたワークテーブル３の左右方向の内壁面には、蒸発源４が配置されている。
蒸発源４は、この蒸発源４に取り付けられた蒸発材料を蒸発させて、そのとき発生した金属イオンを基材Ｗの表面に照射するものである。

図１，図２に示すように、蒸発源４は、真空チャンバ２の一方側の内壁面（図１では、真空チャンバ２の右側内壁面）に、ワークテーブル３の回転軸方向（上下方向）に沿うように複数配置されている。
第１実施形態の場合、図１に示すように、蒸発源４は、正面視で基材セットＳと対向する領域に４つ設けられ、基材セットＳの両端側に対向して設けられた蒸発源４はワークテーブル３に配置された状態の基材セットＳの全高さ（基材セットＳの処理高さ）と同じ高さか、あるいは基材セットＳより上下方向に若干突出するように配置されている。なお、第１実施形態の成膜装置１に配置されている４つの蒸発源４を、上から蒸発源４ａ（＃Ａ）、蒸発源４ｂ（＃Ｂ）、蒸発源４ｃ（＃Ｃ）、蒸発源４ｄ（＃Ｄ）とする。これら４つの蒸発源４は略同じ大きさ（上下高さ）とされている（例えば、φ１００ｍｍ）。

詳しくは、蒸発源４ａは、基材セットＳの上端より上方に若干突出するように配置されており、蒸発源４ｄは、基材セットＳの下端より下方に若干突出するように配置されている。蒸発源４ｂ及び蒸発源４ｃは、蒸発源４ａと蒸発源４ｄとの間にあって、回転軸方向に沿って等間隔（等ピッチ）で配置されている。なお、蒸発源４ａ、蒸発源４ｄは、基材セットＳの両端側に対向する位置に配置された第１蒸発源である。蒸発源４ｂ、蒸発源４ｃは、第１蒸発源に隣接するように配備された第２蒸発源である。

図２に示すように、蒸発源４ａは、蒸発源４ｂに対して基材セットＳ側に突出するように配置されている。言い換えれば、蒸発源４ａは、蒸発源４ｂよりも基材セットＳ側に近接するように配置されている。つまり、基材セットＳと蒸発源４ａとの距離（Ｘ）は、基材セットＳと蒸発源４ｂとの距離（Ｘ_１）よりも狭くなっている（Ｘ＜Ｘ_１）。
また、蒸発源４ｄは、蒸発源４ａと同様に、蒸発源４ｃに対して基材セットＳ側に突出するように配置されている。言い換えれば、蒸発源４ｄは、蒸発源４ｃよりも基材セットＳ側に近接するように配置されている。すなわち、これら４つの蒸発源４は、正面視で回転軸方向に沿って、Ｃの字状を反転した形で配置されている。

これら複数の蒸発源４は、側面視でワークテーブル３の回転軸方向に沿って直線状に配置されていてもよいし、非直線状に配置されていてもよい。例えば、千鳥配列で配置されていてもよいし、螺旋状に配置されていてもよい。
このように蒸発源４を配置することで、基材Ｗの膜厚分布（膜厚のばらつき）を改善することができる。

なお、図３は、基材セットＳと基材セットＳの両端側に対向する位置に配置された蒸発源４ａ（第１蒸発源）と隣接する蒸発源４ｂ（第２蒸発源）との回転軸方向に沿った位置関係を示した図である。
図３（ａ）は、基材セットＳと基材セットＳの両端側に対向する位置に配置された蒸発源４ａ（第１蒸発源）とが近い位置にあるとき、蒸発源４ａの上下方向の位置を示している。図３（ｂ）は、基材セットＳと基材セットＳの両端側に対向する位置に配置された蒸発源４ａ（第１蒸発源）とが図３（ａ）に示す位置より少し離れた位置にあるとき、蒸発源４ａの回転軸方向の位置を示している。図３（ｃ）は、基材セットＳと基材セットＳの両端側に対向する位置に配置された蒸発源４ａ（第１蒸発源）とが遠く離れた位置にあるとき、蒸発源Ａ４ａの回転軸方向の位置を示している。

この図のように、基材セットＳの両端部に対向する位置に配置された蒸発源４（蒸発源４ａ）は、基材セットＳとの距離が大きくなるにつれて、回転軸方向に沿って基材セットＳの端部から突出するように配置されている（Ｘ_２＜Ｘ_３＜Ｘ_４、Ｙ_２＜Ｙ_３＜Ｙ_４）。また、蒸発源４ａに隣接する蒸発源４ｂ（第２蒸発源）は、蒸発源４ａの配置と同様に、基材セットＳとの距離が大きくなるにつれて、回転軸方向に沿って基材セットＳの端部から突出する方向に配置される。

この関係は、基材セットＳの下端側に対応する蒸発源４ｄでも同様なものとされている。
このように蒸発源４を配置することで、真空チャンバ２の構造上における制約や基材Ｗの制約（材質・大きさ等）によって、基材セットＳと蒸発源４との距離を大きく離す場合であっても、基材セットＳの処理範囲を広く確保することができる。
[実験例]
以下、第１実施形態に係る成膜装置１を用いて、基材Ｗの表面に硬質皮膜を形成した実験例について、図を参照して述べる。

図１に示すように、まず真空チャンバ２内の回転式のワークテーブル３（例えば、φ７００ｍｍ）に、成膜対象となる基材Ｗを複数配置した基材セットＳ（例えば、高さ６００ｍｍ）を複数搭載する。基材Ｗを複数配置した基材セットＳが搭載されると、真空チャンバ２内部の空気を排気させてほぼ真空状態にする。このとき減圧された真空チャンバ２内では、窒素圧力が３Ｐａとされている。

また、放電電源から蒸発源４に供給されるアーク電流を１００Ａとし、バイアス電源からワークテーブル３上に配置された基材Ｗに負の電圧を印可させるバイアス電圧を３０Ｖ
とする。そして、基材Ｗの表面に硬質皮膜を成膜する時間は２時間とする。
なお、基材Ｗを成膜処理する範囲（処理空間）は、基材セットＳの回転軸方向の全長とされる。また、基材セットＳの処理中心の位置（処理高さの中心）は、基材セットＳの下端から３００ｍｍ上方とする。つまり、処理高さの中心は、基材セットＳの回転軸方向（上下方向）の中間位置とされる。

以下、図４，図５及び図６に従って、基材Ｗの表面に硬質皮膜を形成した実験例の結果を説明する。
図４は、第１実施形態に係る成膜装置１を用い、基材Ｗの表面に硬質皮膜を形成した実験例の結果をまとめたものである。図５及び図６は、これら実験例の結果をグラフ化したものである。

図４の条件１では、複数配置された蒸発源４のうち一つ（例えば、蒸発源４ｂ）を用いて、基材Ｗの表面に硬質皮膜を形成した。このとき、蒸発源４ｂは、基材セットＳの処理中心から１００ｍｍ上方に配置されており、蒸発源４ｂと基材セットＳとの距離（ＴＳ距離：Ｘ_１）を１６０ｍｍとする。
その結果、基材Ｗの膜厚の最大値は、３．０μｍとなった。そして、図５（ａ）に示すように、膜厚分布を示す曲線は、膜厚が蒸発源４ｂに対応する位置を膜厚のピーク（硬質皮膜が最も厚いことを示す）とし、基材Ｗの上下に向かって徐々に硬質皮膜が薄くなるような山型の曲線となっている（比較例）。

図４の条件２では、複数配置された蒸発源４のうち一つ（蒸発源４ｂ）を用いて、基材Ｗの表面に硬質皮膜を形成した。このとき、蒸発源４ｂは、基材セットＳの処理中心から１００ｍｍ上方に配置されており、蒸発源４ｂと基材セットＳとの距離（ＴＳ距離：Ｘ）を１４０ｍｍと条件１よりは短くする（Ｘ＜Ｘ_１）。
その結果、基材Ｗの膜厚の最大値は、３．３μｍとなった。そして、図５（ｂ）に示すように、膜厚分布を示す曲線は、膜厚が蒸発源４ｂに対応する位置を膜厚のピーク（硬質皮膜が最も厚いことを示す）とし、基材Ｗの上下に向かって硬質皮膜が薄くなるような山型の曲線となり、図５（ａ）の条件１よりも鋭く突出するような曲線となっている（比較例）。ゆえに、蒸発源４を基材セットＳ側に近接させると、基材Ｗに形成される硬質皮膜の膜厚は、蒸発源の中心軸高さ付近で厚くなり、そこから上下方向に約１００ｍｍ以上離れた位置では薄くなることが確認できる。

図４の条件３では、複数（４つ）配置された蒸発源４をすべて用いて、基材Ｗの表面に硬質皮膜を形成した。このとき、蒸発源４ａ〜蒸発源４ｄのいずれも、基材セットＳとの距離（ＴＳ距離：Ｘ_１）を１６０ｍｍとする。また、蒸発源４ａ〜蒸発源４ｄは、回転軸方向に沿って１８０ｍｍ間隔の等ピッチで配置されている。
その結果、基材Ｗの膜厚は、最大値が３．４４μｍとなり、最小値は２．８８μｍとなった。また、基材Ｗの膜厚の中心値（平均値）は、３．１６μｍとなり、基材Ｗにおける膜厚分布のばらつきは、±８．９％となった。そして、図６（ｃ）に示すように、膜厚分布を示す曲線が処理空間の上端部及び下端部において曲線の落ち込みが大きくなっており（膜厚：２．８８μｍ）、基材Ｗの上下方向の両端側に形成される硬質皮膜の厚みが薄くなっていることが確認できる（比較例）。

図４の条件４では、複数（４つ）配置された蒸発源４をすべて用いて、基材Ｗの表面に硬質皮膜を形成した。このとき、蒸発源４ａと基材セットＳとの距離（ＴＳ距離：Ｘ）及び蒸発源４ｄと基材セットＳとの距離（Ｘ）を１４０ｍｍとする。また、蒸発源４ｂと基材セットＳとの距離（Ｘ_１）及び蒸発源４ｃと基材セットＳとの距離（Ｘ_１）を１６０ｍｍとする。すなわち、基材セットＳの両端側に対向する位置に配置された蒸発源４ａ及び蒸発源４ｄ（すなわち、第１蒸発源）が、蒸発源４ａ及び蒸発源４ｄに隣接する蒸発源４ｂ及び蒸発源４ｃ（すなわち、第２蒸発源）よりも基材セットＳ側に突出するように配置されている。また、蒸発源４ａ〜蒸発源４ｄは、回転軸方向に沿って１８０ｍｍ間隔の等ピッチで配置されている。

その結果、基材Ｗの膜厚は、最大値が３．５７μｍとなり、最小値は３．１３μｍとな
った。また、基材Ｗの膜厚の中心値（平均値）は、３．３５μｍとなり、基材Ｗにおける膜厚分布のばらつきは、±６.６％となり、条件３より良好な結果となった。そして、図６（ｄ）に示すように、膜厚分布を示す曲線が処理空間の上端部及び下端部において曲線の落ち込みが小さくなっている（膜厚：３．１３μｍ）。また、蒸発源４ｂ及び蒸発源４ｃは比較的なだらかな曲線となっており、蒸発源４ａ及び蒸発源４ｄは比較的鋭い曲線となっていることも確認できる。

すなわち、本願発明例のように蒸発源４を配置することにより、蒸発源４から照射された蒸発粒子が基材Ｗに到達する割合を多くできると共に、基材Ｗの表面により均一な硬質皮膜を得ることができる。さらに、基材Ｗの膜厚の中心値（平均値）も増大させることができる。
［第２実施形態］
次に、本発明の成膜装置１の第２実施形態について、図を参照して説明する。

第２実施形態の成膜装置１も、第１実施形態の成膜装置１と同様に、ワークテーブル３に基材Ｗが複数配置された基材セットＳを上下方向に配置し、この基材セットＳに配置された基材Ｗに対して硬質皮膜を形成する装置として説明する。なお、真空チャンバ２内に基材セットＳを左右方向に配置し、その基材セットＳに配置された基材Ｗに対して硬質皮膜を形成する成膜装置１であっても、本願発明の技術を適用可能である。

図７に示すように、第２実施形態に係る本発明の成膜装置１の構成は、第１実施形態の装置（図１参照）と、以下の点で略同じである。
すなわち、第２実施形態の成膜装置１は、基材Ｗが収容される真空チャンバ２と、この真空チャンバ２の内壁面に設けられた蒸発源４と、真空チャンバ２内に収容された基材Ｗが配置される基材セットＳと、この基材セットＳを回転軸回りに回転駆動するワークテーブル３を有している。加えて、この成膜装置１は、真空チャンバ２に配置された複数の蒸発源４に真空アーク放電を生じさせる放電電源と、配置された基材Ｗに負の電圧を印可させるバイアス電源を有している点も同じである（放電電源、バイアス電源ともに図示せず）。

しかしながら、第２実施形態では、５つの蒸発源４が真空チャンバ２の内壁面（図７では、真空チャンバ２の右側内壁面）にワークテーブル３に配置された基材セットＳにそれぞれ対向する位置に配置されている点が異なっている。
なお、第２実施形態の成膜装置１に配置されている５つの蒸発源４を、上から蒸発源４ａ（＃Ａ）、蒸発源４ｂ（＃Ｂ）、蒸発源４ｅ（＃Ｅ）、蒸発源４ｃ（＃Ｃ）、蒸発源４ｄ（＃Ｄ）とする。これら５つの蒸発源４は略同じ大きさ（上下高さ）を有している（例えば、φ１００ｍｍ）。

図７に示すように、蒸発源４ａは、蒸発源４ａの中央より上部が基材セットＳの上端より上方に突出するように配置されており、蒸発源４ｄは、蒸発源４ｄの中央より下部が基材セットＳの下端より下方に突出するように配置されている。蒸発源４ｂ、蒸発源４ｃ及び蒸発源４ｅは、蒸発源４ａと蒸発源４ｄとの間にあって、上下方向に沿って等間隔（等ピッチ）で配置されている。なお、後述する実験の条件によって、蒸発源の配置の間隔が不等間隔（不等ピッチ）とされることもある。

また、蒸発源４ａ、蒸発源４ｄは、基材セットＳの両端側に対向する位置に配置された第１蒸発源である。蒸発源４ｂ、蒸発源４ｃは、第１蒸発源４ａ，４ｂに隣接するように配備された第２蒸発源である。
蒸発源４ａは、蒸発源４ｂに対して基材Ｗ側に突出するように配置されている。言い換えれば、蒸発源４ａは、蒸発源４ｂよりも基材セットＳ側に近接するように配置されている。つまり、基材セットＳと蒸発源４ａとの距離（Ｘ_５）は、基材セットＳと蒸発源４ｂとの距離（Ｘ_６）よりも狭くなっている（Ｘ_５＜Ｘ_６）。

また、蒸発源４ｄは、蒸発源４ａと同様に、蒸発源４ｃに対して基材セットＳ側に突出するように配置されている。言い換えれば、蒸発源４ｄは、蒸発源４ｃよりも基材セットＳ側に近接するように配置されている。すなわち、これら５つの蒸発源４は、正面視で回転軸方向に沿って、Ｃの字状を反転した形で配置されている。
これら５つの蒸発源４は、側面視でワークテーブル３の回転軸方向（すなわち、上下軸方向）に沿って非直線状に配置されてもよいし、直線状に配置されていてもよい。例えば、千鳥配列に配置されていてもよいし、螺旋状に配置されていてもよい。

このように５つの蒸発源４を配置することで、上下方向に長い基材セットＳであっても蒸発源４の出力を増加させたりすることなく、基材Ｗの表面の皮膜を略均一の膜厚にすることができる。
[実験例]
以下、第２実施形態に係る成膜装置１を用いて、基材Ｗの表面に硬質皮膜を形成した実験例について、図を参照して述べる。

図７に示すように、まず真空チャンバ２内の回転式のワークテーブル３（例えば、φ７００ｍｍ）に、成膜対象となる基材Ｗが複数配置された基材セットＳ（例えば、高さ６００ｍｍ）を複数搭載する。基材セットＳが搭載されると、真空チャンバ２内部の空気を排気させてほぼ真空状態にする。このとき減圧された真空チャンバ２内では、窒素圧力が３Ｐａとされている。

また、放電電源から蒸発源４に供給されるアーク電流を１００Ａとし、バイアス電源からワークテーブル３上に配置された基材Ｗに負の電圧を印可させるバイアス電圧を３０Ｖとする。そして、基材Ｗの表面に硬質皮膜を成膜する時間は２時間とする。
なお、基材Ｗを成膜処理する範囲（処理空間）は、基材セットＳの上下方向の全長とされる。また、基材セットＳの処理中心の位置（処理高さの中心）は、基材セットＳの下端から３００ｍｍ上方とする。つまり、処理高さの中心は、基材セットＳの上下方向の中間位置とされる。

以下、図８，図９及び図１０に従って、基材Ｗの表面に硬質皮膜を形成した実験例の結果を説明する。
図８は、第２実施形態に係る成膜装置１を用い、基材Ｗの表面に硬質皮膜を形成した実験例の結果をまとめたものである。図９及び図１０は、これら実験例の結果をグラフ化したものである。

図８の条件５では、蒸発源４ａ〜蒸発源４ｅのいずれも、基材セットＳとの距離（ＴＳ距離：Ｘ_６）を１６０ｍｍとする。また、蒸発源４ａ〜蒸発源４ｅは、上下方向に沿って等ピッチで配置されており、この蒸発源４同士のピッチ（Ｐ_１〜Ｐ_４）を１５０ｍｍ間隔とする。なお、この図８の条件５を第２実施形態における実施条件の基準とする。
その結果、基材Ｗの膜厚は、最大値が３．９２μｍとなり、最小値は３．４６μｍとなった。また、基材Ｗの膜厚の中心値（平均値）は、３．６９μｍとなり、基材Ｗにおける膜厚分布のばらつきは、±６．３％となった。そして、図９（ｅ）に示すように、膜厚分布を示す曲線が処理空間の上端部及び下端部において曲線の落ち込みが大きくなっており（膜厚：３．４６μｍ）、基材Ｗの長手方向の両端側に形成される皮膜の厚みが薄くなっていることが確認できる（比較例）。

図８の条件６では、５つの蒸発源４のピッチ（Ｐ_１〜Ｐ_４）を変更して、基材Ｗの表面に硬質皮膜を形成した。蒸発源４ａと蒸発源４ｂとのピッチ（Ｐ_１）及び蒸発源４ｃと蒸発源４ｄとのピッチ（Ｐ_４）を１４５ｍｍとし、蒸発源４ｂと蒸発源４ｅとのピッチ（Ｐ_２）及び蒸発源４ｅと蒸発源４ｃとのピッチ（Ｐ_３）を１５５ｍｍとする。また、蒸発源４ａ〜蒸発源４ｅのいずれも、基材セットＳとの距離（ＴＳ距離：Ｘ_６）を１６０ｍｍとする。

その結果、基材Ｗの膜厚は、最大値が３．９５μｍとなり、最小値は３．５２μｍとなった。また、基材Ｗの膜厚の中心値（平均値）は、３．７４μｍとなり、基材Ｗにおける膜厚分布のばらつきは、±５．８％となった。そして、図９（ｆ）に示すように、膜厚分布を示す曲線が処理空間の上端部及び下端部において落ち込んでおり（膜厚：３．５２μｍ）、基材Ｗの長手方向の両端側に形成される皮膜の厚みが薄くなっていることが確認できる（比較例）。

図８の条件７では、基材セットＳの両端側の蒸発源（蒸発源４ａ、蒸発源４ｄ）と基材セットＳとの距離（ＴＳ距離：Ｘ_５）を変更して、基材Ｗの表面に硬質皮膜を形成した。
蒸発源４ａと基材セットＳとの距離（Ｘ_５）及び蒸発源４ｄと基材セットＳとの距離（Ｘ_５）を１４０ｍｍとする。また、蒸発源４ｂと基材セットＳとの距離（Ｘ_６）、蒸発源４ｅと基材セットＳとの距離（Ｘ_６）及び蒸発源４ｃと基材セットＳとの距離（Ｘ_６）を１６０ｍｍとする。すなわち、基材セットＳの両端側に対向する位置に配置された蒸発源４ａ及び蒸発源４ｄ（すなわち、第１蒸発源）が、蒸発源４ａと蒸発源４ｄとの間に配置されている蒸発源４ｂ、蒸発源４ｃ（すなわち、第２蒸発源）及び蒸発源４ｅよりも基材セットＳ側に突出するように配置されている。また、蒸発源４ａ〜蒸発源４ｅのいずれも、蒸発源４同士のピッチ（Ｐ_１〜Ｐ_４）を１５０ｍｍとする。

その結果、基材Ｗの膜厚は、最大値が３．９２μｍとなり、最小値は３．７０μｍとなった。また、基材Ｗの膜厚の中心値（平均値）は、３．８１μｍとなり、基材Ｗにおける膜厚分布のばらつきは、±３．０％となり、条件５及び条件６より良好な結果となった。そして、図１０（ｇ）に示すように、膜厚分布を示す曲線が処理空間の上端部及び下端部において曲線の落ち込み（膜厚：３．７０μｍ）がほとんどなくなっていることが確認できる（本願発明例）。

図８の条件８では、基材セットＳの両端側の蒸発源（蒸発源４ａ、蒸発源４ｄ）と基材セットＳとの距離（ＴＳ距離：Ｘ_５）を変更すると共に、蒸発源４のピッチ（Ｐ_１〜Ｐ_４）を変更して、基材Ｗの表面に硬質皮膜を形成した。
蒸発源４ａと基材セットＳとの距離（ＴＳ距離：Ｘ_５）及び蒸発源４ｄと基材セットＳとの距離（Ｘ_５）を１４５ｍｍとする。また、蒸発源４ｂと基材セットＳとの距離（Ｘ_６）、蒸発源４ｃと基材セットＳとの距離（Ｘ_６）及び蒸発源４ｅと基材セットＳとの距離（Ｘ_６）を１６０ｍｍとする。すなわち、基材セットＳの両端側に対向する位置に配置された蒸発源４ａ及び蒸発源４ｄ（すなわち、第１蒸発源）が、蒸発源４ａと蒸発源４ｄとの間に配置されている蒸発源４ｂ、蒸発源４ｃ（すなわち、第２蒸発源）及び蒸発源４ｅよりも基材セットＳ側に突出するように配置されている。また、蒸発源４ａと蒸発源４ｂとのピッチ（Ｐ_１）及び蒸発源４ｃと蒸発源４ｄとのピッチ（Ｐ_４）を１４８ｍｍとし、蒸発源４ｂと蒸発源４ｅとのピッチ（Ｐ_２）及び蒸発源４ｃと蒸発源４ｅとのピッチ（Ｐ_３）を１５２ｍｍとする。

その結果、基材Ｗの膜厚は、最大値が３．８８μｍとなり、最小値は３．６９μｍとなった。また、基材Ｗの膜厚の中心値（平均値）は、３．７８μｍとなり、基材Ｗにおける膜厚分布のばらつきは、±２．５％となり、条件７よりさらに良好な結果となった。そして、図１０（ｈ）に示すように、膜厚分布を示す曲線が処理空間の上端部及び下端部において曲線の落ち込み（膜厚：３．６９μｍ）が改善されていることが確認できる（本願発明例）。

このように、基材セットＳの両端側に対向する位置に配置された蒸発源４ａ，４ｄを基材セットＳ側に近接させて配置することで、基材Ｗの表面の皮膜を略均一の膜厚にすることができる。さらに、基材Ｗの膜厚の中心値（平均値）も増大させることができる。また、蒸発源４の上下方向のピッチを変更する（第１蒸発源４ａ，４ｄと第２蒸発源４ｂ，４ｃとの間を狭める）と、基材Ｗの表面に形成された皮膜のばらつきが少なくなる。

なお、蒸発源４ｂ及び蒸発源４ｃの配置の状況について以下のようにしてもよい。
上記した第２実施形態では、「蒸発源４ｂと基材セットＳとの距離」、「蒸発源４ｅと基材セットＳとの距離」、「蒸発源４ｃと基材セットＳとの距離」は同じであったが、「蒸発源４ｂと基材セットＳとの距離」を、「蒸発源４ｅと基材セットＳとの距離」より縮め、「蒸発源４ａと基材セットＳとの距離」よりも大きくしてもよい。同様に、「蒸発源４ｃと基材セットＳとの距離」を、「蒸発源４ｅと基材セットＳとの距離」より縮め、「蒸発源４ｄと基材セットＳとの距離」よりも大きくするようにしてもよい。
つまり、蒸発源４ｂ、蒸発源４ｅ、及び蒸発源４ｃは、図７に示すように上下方向で直線状に並んでいなくてもよい。

また、第２実施形態の成膜装置１においても、図３に示すように、基材Ｗと蒸発源４ａ、蒸発源４ｄ（ともに第１蒸発源）との距離が大きくなるにつれて、蒸発源４ａ、蒸発源４ｄ（ともに第１蒸発源）を回転軸方向に沿って基材セットＳの端部から突出するように
配置してもよい。
［第３実施形態］
次に、本発明の成膜装置の第３実施形態について、図１１を参照して説明する。

第３実施形態の成膜装置１は、第１実施形態で開示した成膜装置１と装置構成は同じであり、図１１は図１と同じ装置構成を示すものとなっている。しかしながら、この第３実施形態では、本発明に係る成膜装置１の特徴的な構成を別の観点から規定し、説明を行うこととしている。
すなわち、第３実施形態の成膜装置１においては、蒸発源４は、基材保持部６の移動方向に垂直な方向に沿って複数配置されており、当該複数配置された蒸発源４のうち、基材保持部６の移動方向に垂直な方向における両端の少なくとも一方側の第１蒸発源が、基材保持部６の移動方向に垂直な方向において当該第１蒸発源に隣接する第２蒸発源よりも前記基材Ｗ側に突出して配置されていることを特徴とする。

なお、本実施形態での基材保持部６は、成膜装置１に配置されているワークテーブル３である。そのため、基材保持部６の移動方向は、図１１の紙面貫通方向となり、「基材保持部６の移動方向に垂直な方向」は、図１１中に示す一点鎖線Ｌの方向となる。以降においては、「基材保持部６の移動方向に垂直な方向Ｌ」を、単に「移動垂直方向Ｌ」と呼ぶ。

図１１に示すように、本実施形態の蒸発源４は、真空チャンバ２の一方側の内壁面に、移動垂直方向Ｌに沿うように複数（図例では４つ）配置されている。なお、これら複数の蒸発源４は、移動垂直方向Ｌに沿って直線状に配置されていてもよいし、非直線状に配置されていてもよい。例えば、蒸発源４は千鳥配列で配置されていてもよいし、ワークテーブル３の回転方向に沿って真空チャンバ２の内壁に螺旋状に配置されていてもよい。

４つの蒸発源４の配置は、上方から蒸発源４ａ（＃Ａ）、蒸発源４ｂ（＃Ｂ）、蒸発源４ｃ（＃Ｃ）、蒸発源４ｄ（＃Ｄ）とされ、蒸発源４ｃは、蒸発源４ｂを挟んで、蒸発源４ａと反対側に配置されている。これら４つの蒸発源４は略同じ大きさ（上下高さ）とされている。
蒸発源４ａ、蒸発源４ｄは、移動垂直方向Ｌにおける両端に位置する第１蒸発源であり、蒸発源４ｂ、蒸発源４ｃは、第１蒸発源に隣接するように配備された第２蒸発源である。蒸発源４ｂ〜４ｄの３つの蒸発源４は、移動垂直方向Ｌに沿って略一直線上に並んでいるが、第１蒸発源である蒸発源４ａは、蒸発源４ｂ〜４ｄよりも基材Ｗ側に突出して配置されるものとなっている。

係る蒸発源４の配置を基材Ｗ側から見れば、第１蒸発源である蒸発源４ａ及び蒸発源４ｄは、基材セットＳに対して、移動垂直方向Ｌにおける両端側に対面するように配置されていることになる。なお、第１蒸発源は、基材セットＳに対して、移動垂直方向Ｌにおける少なくとも一端側に対面するように配置されていればよい。
また、移動垂直方向Ｌに沿った、蒸発源４ａと蒸発源４ｂとの間隔Ｐ_１は、蒸発源４ｂと蒸発源４ｃの間隔Ｐ_２よりも小さい間隔（Ｐ_１＜Ｐ_２）とされている。同様に、蒸発源４ｃと蒸発源４ｄとの間隔Ｐ_１は、蒸発源４ｂと蒸発源４ｃとの間隔Ｐ_２よりも小さい間隔（Ｐ_１＜Ｐ_２）とされている。

このように蒸発源４を配置することで、基材Ｗの膜厚分布（膜厚のばらつき）を改善することができる。
［第４実施形態］
次に、本発明の成膜装置の第４実施形態について、図１２を参照して説明する。
第４実施形態の装置は、インライン方式の成膜装置であり、第１実施形態〜第３実施形態で説明した回転方式の成膜装置とは異なっている。図１２（ａ）は、第４実施形態の成膜装置１を上方から見た断面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示したＡ’−Ａ’矢視図である。

図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係る成膜装置１は、基材Ｗが収容されると共にその表面に対してＰＶＤ処理を行う真空チャンバ２を有している。成膜対象である基材Ｗを保持可能とする基材保持部６は、真空チャンバ２内を移動可能となっている
。すなわち、真空チャンバ２及び搬送路の底壁には複数の搬送ローラ７を並設してなるローラコンベアが敷設され、このローラコンベア上を基材Ｗが保持された基材保持部６が通過するようになっている。これにより、基材Ｗはこの真空チャンバ２内を直線状に搬送される。

基材保持部６で保持されつつ真空チャンバ２内を移動する基材Ｗに対して、真空チャンバ２の内壁面（右内側壁または左内側壁）に設けられた蒸発源４から成膜材料が供給されＰＶＤ処理が行われる。
上記した真空チャンバ２における蒸発源４の配置位置について、図１２（ｂ）を基に説明する。

本実施形態の成膜装置１においては、蒸発源４は、基材保持部６の移動方向に対して垂直な方向に複数配置されており、当該複数配置された蒸発源４のうち、基材保持部６の移動方向に対して垂直な方向における両端の少なくとも一方側の第１蒸発源が、基材保持部６の移動方向に対して垂直な方向において当該第１蒸発源に隣接する第２蒸発源よりも前記基材Ｗ側に突出して配置されている。

なお、本実施形態での基材保持部６の移動方向は、図１２（ｂ）の紙面貫通方向となる。また、「基材保持部６の移動方向に対して垂直な方向」、すなわち「移動垂直方向Ｌ」は、図１２（ｂ）中に示す一点鎖線Ｌの方向となる。
図１２（ｂ）に示すように、本実施形態の蒸発源４は、真空チャンバ２の幅方向一方側の内壁面に、移動垂直方向Ｌに沿うように複数（図例では４つ）配置されている。なお、これら複数の蒸発源４は、移動垂直方向Ｌに沿って直線状に配置されていてもよいし、非直線状に配置されていてもよい。例えば、蒸発源４は千鳥配列で配置されていてもよい。

４つの蒸発源４の配置は、上方から蒸発源４ａ（＃Ａ）、蒸発源４ｂ（＃Ｂ）、蒸発源４ｃ（＃Ｃ）、蒸発源４ｄ（＃Ｄ）とされ、蒸発源４ｃは、蒸発源４ｂを挟んで、蒸発源４ａと反対側に配置されている。これら４つの蒸発源４は略同じ大きさ（上下高さ）とされている。
蒸発源４ａ、蒸発源４ｄは、移動垂直方向Ｌにおける両端に位置する第１蒸発源であり、蒸発源４ｂ、蒸発源４ｃは、第１蒸発源に隣接するように配備された第２蒸発源である。蒸発源４ｂ、４ｃの２つの蒸発源４は、移動垂直方向Ｌに沿って略一直線上に並んでいるが、第１蒸発源である蒸発源４ａ、４ｄは、蒸発源４ｂ〜４ｄよりも基材Ｗ側に突出して配置されるものとなっている。

係る蒸発源４の配置を基材Ｗ側から見れば、第１蒸発源である蒸発源４ａ及び蒸発源４ｄは、基材セットＳに対して、移動垂直方向Ｌにおける両端側に対面するように配置されていることになる。なお、第１蒸発源は、基材セットＳに対して、移動垂直方向Ｌにおける少なくとも一端側に対面するように配置されていればよい。
また、移動垂直方向Ｌに沿った、蒸発源４ａと蒸発源４ｂとの間隔Ｐ_１は、蒸発源４ｂと蒸発源４ｃの間隔Ｐ_２よりも小さい間隔（Ｐ_１＜Ｐ_２）とされている。同様に、蒸発源４ｃと蒸発源４ｄとの間隔Ｐ_１は、蒸発源４ｂと蒸発源４ｃとの間隔Ｐ_２よりも小さい間隔（Ｐ_１＜Ｐ_２）とされている。

このように蒸発源４を配置することで、第４実施形態の成膜装置１（インライン方式の成膜装置）であっても基材Ｗの膜厚分布（膜厚のばらつき）を改善することができる。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ 成膜装置
２ 真空チャンバ
３ ワークテーブル
４ 蒸発源
４ａ 蒸発源（＃Ａ、第１蒸発源）
４ｂ 蒸発源（＃Ｂ、第２蒸発源）
４ｃ 蒸発源（＃Ｃ、第２蒸発源）
４ｄ 蒸発源（＃Ｄ、第１蒸発源）
４ｅ 蒸発源（＃Ｅ）
５ 回転支持体
６ 基材保持部
７ 搬送ローラ
Ｓ 基材セット
Ｗ 基材

Claims (4)

1. 複数の基材が収容される真空チャンバと、前記真空チャンバの高さ方向に沿って前記真空チャンバの内壁面に設けられた蒸発源と、前記複数の基材が前記真空チャンバの高さ方向に沿って配置され且つ当該基材を保持する基材保持部と、を備え、前記複数の基材の表面に対してＰＶＤ処理を行う成膜装置において、
   前記蒸発源は、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向に沿って複数配置されており、当該複数配置された前記蒸発源のうち、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向における両端の少なくとも一方側の第１蒸発源が、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向において当該第１蒸発源に隣接する第２蒸発源よりも前記基材側に突出して配置されていて、
   前記複数の基材のうち前記基材保持部の移動方向に垂直な方向の少なくとも一端側にある基材の端部に対して、前記第１蒸発源は、前記垂直な方向において少なくとも前記基材の端部よりも突出するとともに当該基材端部に対向する位置に配置される、
   ことを特徴とする成膜装置。
2. 複数の基材が収容される真空チャンバと、前記真空チャンバの高さ方向に沿って前記真空チャンバの内壁面に設けられた蒸発源と、前記複数の基材が前記真空チャンバの高さ方向に沿って配置され且つ当該基材を保持する基材保持部と、を備え、前記複数の基材の表面に対してＰＶＤ処理を行う成膜装置において、
   前記蒸発源は、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向に沿って複数配置されており、当該複数配置された前記蒸発源のうち、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向における両端の少なくとも一方側の第１蒸発源が、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向において当該第１蒸発源に隣接する第２蒸発源よりも前記基材側に突出して配置されていて、
   前記複数の基材のうち前記基材保持部の移動方向に垂直な方向の少なくとも一端側にある基材の端部に対して、前記第１蒸発源は、前記垂直な方向において前記基材の端部に対向する位置よりも突出する位置に配置される、
   ことを特徴とする成膜装置。
3. 前記第１蒸発源は、当該複数配置された前記蒸発源のうち、前記基材保持部の移動方向に垂直な方向における両端に配置されてい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. 前記第１蒸発源と第２蒸発源との前記基材保持部の移動方向に垂直な方向に沿った間隔は、前記第２蒸発源に隣接し且つ第１蒸発源側とは反対側に位置する第３蒸発源と第２蒸発源との前記基材保持部の移動方向に垂直な方向に沿った間隔よりも小さい間隔であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成膜装置。