JP6772315B2 - 成膜品の製造方法及びスパッタリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、成膜品の製造方法及びスパッタリング装置の技術に関する。

従来の成膜品の製造方法及びスパッタリング装置の技術は、例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１には、小径工具を回転させながらコーティングを行うコーティング装置が開示されている。このコーティング装置は、小径工具を保持すると共に回転（自転）可能な自転ジグ、自転ジグを小公転軸を中心として回転（小公転）させる小公転ジグ、及び小公転ジグを大公転軸を中心として回転（大公転）させる大公転ジグを具備している。自転ジグ、小公転ジグ及び大公転ジグの軸線（回転中心線）は、互いに平行になるように配置されている。また、この大公転ジグ等の側方には、ターゲットが配置されている。

このように構成されたコーティング装置においては、小径工具を自転、小公転及び大公転させながら、ターゲットから発せられた材料で小径工具にコーティングが施される。このような自転及び公転を行うことで、小径工具の表面全体にコーティングを施すことができる。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、小径工具を回転（自転及び公転（小公転及び大公転））させた場合、小径工具の側面はターゲットと対向するものの、上面はターゲットと対向することはない。このため、小径工具の側面と上面ではコーティングにムラが生じるおそれがある点で、改善の余地があった。

特開２００７−７７４６９号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、ワークに形成される薄膜のムラの発生を抑制することができる成膜品の製造方法及びスパッタリング装置を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、この課題を解決するため、本発明に係る成膜品の製造方法は、第一回転軸を中心として公転可能、かつ前記第一回転軸に対して傾斜した第二回転軸を中心として自転可能となるようにワークを保持するワーク保持工程と、前記第一回転軸を中心とする公転、及び前記第二回転軸を中心とする自転を行いながら、前記ワークに対して前記第一回転軸を中心とする径方向外側に位置するように配置されたスパッタリングターゲットを用いて、前記ワークに対して成膜を行う成膜工程と、を含み、前記ワーク保持工程において、前記ワークは、前記第一回転軸に沿う方向に分けられた複数の段のそれぞれにおいて、一端側を保持されるとともに、他端側が前記第一回転軸を中心とする径方向外側を常に向くように配置され、前記複数の段のそれぞれに設けられた前記ワークは、前記第一回転軸を中心とする同一半径の円周上に配置されるものである。

また、本発明に係るスパッタリング装置は、回転軸と、前記回転軸の側方に配置されたスパッタリングターゲットと、前記回転軸を中心として回転可能な回転部と、前記回転部に設けられ、ワークを保持可能であり、前記回転軸を中心とする円周上に並ぶように配置され、前記回転軸に対して傾斜した軸線を中心として回転可能であり、前記軸線に沿う方向における前記ワークの一端側を保持すると共に、前記ワークの他端側が前記回転軸を中心とする径方向外側を常に向くように保持可能な複数のワーク保持部と、前記回転軸を中心とする円盤状に形成されると共に、回転しないように固定されて複数の前記ワーク保持部と接触するように配置され、前記回転部の回転に伴って前記ワーク保持部を回転させる回転駆動部と、を具備し、前記回転部、前記複数のワーク保持部、及び前記回転駆動部は、前記回転軸に沿う方向に分けられた複数の段に設けられると共に、前記複数の段のそれぞれに設けられた前記ワーク保持部は、前記回転軸を中心とする同一半径の円周上に配置されるものである。

また、本発明に係る成膜品の製造方法は、前記スパッタリング装置を用いて成膜品を製造するものである。

本発明によれば、ワークに形成される薄膜のムラの発生を抑制することができる。

スパッタリング装置の概略構成を示したＡ−Ａ断面模式図。 同じく、平面断面模式図。 成膜室の内部構造を示した正面断面図。 成膜室の内部構造を示した正面断面拡大図。 ワーク保持部の周辺を示した正面断面図。 回転ホイールの構成を示した平面図。 固定円盤及び規制部の構成を示した平面図。 成膜品の製造方法の各工程を示した図。 （ａ）ワークが傾斜していない状態で成膜処理が施される様子を示した模式図。（ｂ）ワークが傾斜している状態で成膜処理が施される様子を示した模式図。 本願工具の寿命に関する評価の一例を示した図。 本願工具の欠けの発生に関する評価の一例を示した図。

以下では、図中の矢印Ｕ、矢印Ｄ、矢印Ｌ、矢印Ｒ、矢印Ｆ及び矢印Ｂで示した方向を、それぞれ上方向、下方向、左方向、右方向、前方向及び後方向と定義して説明を行う。

以下では、図１及び図２を用いて、本実施形態に係るスパッタリング装置１の概略について説明する。

スパッタリング装置１は、真空中で成膜処理を行う真空処理装置（真空成膜装置）である。本実施形態に係るスパッタリング装置１は、成膜対象となるワーク（処理品）Ｗとして、加工用の工具を想定している。スパッタリング装置１は、主として成膜室２、ワーク保持部回転ユニット３、モータ４、排気装置５、ターゲット（スパッタリングターゲット）６及びヒータ７を具備する。

成膜室２は、ワークＷに成膜処理を施すための空間を形成するものである。成膜室２は、軸線を上下方向に向けた略円柱状に形成される（図２参照）。成膜室２は、中空状に形成される。

ワーク保持部回転ユニット３は、後述するワーク保持部６０を回転させるものである。ワーク保持部回転ユニット３は、成膜室２内に配置される。

モータ４（図１参照）は、ワーク保持部回転ユニット３を回転駆動させるための駆動源である。モータ４は、成膜室２の外部に配置される。モータ４の動力は、適宜の動力伝達機構（例えば軸等）を介してワーク保持部回転ユニット３に伝達される。

排気装置５（図１参照）は、成膜室２内の空気を排出することで、成膜室２内を成膜処理に適した真空度となるように調節するものである。

ターゲット６は、ワークＷに成膜される材料（成膜材料）である。ターゲット６は、平板状に形成される。ターゲット６は、成膜室２内に配置される。ターゲット６は、ワーク保持部回転ユニット３を挟んで一対設けられる。ターゲット６は、板面が垂直方向に沿うように配置される。またターゲット６は、板面が成膜室２の中央（すなわち、ワーク保持部回転ユニット３）を向くように配置される。

ヒータ７は、ワークＷを加熱して、成膜品質（均一性等）を向上させるためのものである。ヒータ７は、成膜室２内に配置される。ヒータ７は、ワーク保持部回転ユニット３を挟んで一対設けられる。ターゲット６及びヒータ７は、ワーク保持部回転ユニット３の周囲に等間隔に配置される。

次に、ワーク保持部回転ユニット３についてより具体的に説明する。

図３及び図４に示すワーク保持部回転ユニット３は、主として回転軸２０、上部回転体３０、回転ホイール４０、取付部材５０、ワーク保持部６０、固定円盤７０、規制部８０及びカバー９０を具備する。

回転軸２０は、後述する回転ホイール４０の回転中心となるものである。回転軸２０は、略円柱状に形成される。回転軸２０は、軸線を鉛直方向（上下方向）に向けて配置される。回転軸２０には、回転軸２０の側面を覆うように、円筒状に形成された外筒部材２１が一体的に回転可能となるように嵌め合わされる。外筒部材２１の上端部には、キー溝２１ａが形成される。

上部回転体３０は、回転軸２０と一体的に回転可能なものである。上部回転体３０は、平面視円形状に形成される。上部回転体３０の底面の中心には、回転軸２０の上端部が固定される。上部回転体３０の底面の中心近傍には、キー部材３１が固定される。このキー部材３１が外筒部材２１のキー溝２１ａに係合されることで、上部回転体３０と回転軸２０との相対回転が規制される。すなわち、上部回転体３０は、回転軸２０と一体的に回転することができる。上部回転体３０の上部は、成膜室２の上面に回転可能に支持される。上部回転体３０には、モータ４（図１参照）の動力が伝達可能とされる。上部回転体３０は、モータ４からの動力によって、回転軸２０と共に回転することができる。

図３から図６までに示す回転ホイール４０は、後述するワーク保持部６０を回転軸２０を中心として回転（公転）させるものである。回転ホイール４０は、主としてボス部４１、リブ４２及び外周部４３を具備する。

ボス部４１は、回転ホイール４０の中心に形成される部分である。ボス部４１は、軸線を鉛直方向（上下方向）に向けた略円筒状に形成される。ボス部４１の中心には、ボス部４１を上下に貫通する貫通孔４１ａが形成される。

リブ４２は、ボス部４１から、回転ホイール４０の径方向においてボス部４１の外側に向けて延びるように形成される棒状の部分である。リブ４２は、ボス部４１の周囲に等間隔に複数（本実施形態では５つ）形成される（図６参照）。

外周部４３は、後述するワーク保持部６０を支持する部分である。外周部４３は、平面視において、ボス部４１を中心とする円環状に形成される。外周部４３の内周面は、回転ホイール４０の径方向においてリブ４２の外側の端部に固定される。このようにして、外周部４３は、リブ４２を介してボス部４１と接続される。なお、本実施形態においては、ボス部４１、リブ４２及び外周部４３は一体的に形成されている。外周部４３には、主として傾斜面４３ａ及び貫通孔４３ｂが形成される。

図５及び図６に示す傾斜面４３ａは、外周部４３の上面に形成される。傾斜面４３ａは、上下方向（回転軸２０の軸線方向）に対して傾斜する方向を向くように形成される。具体的には、傾斜面４３ａは、回転ホイール４０の径方向外側に向かうにつれて下方に傾斜するように形成される。

貫通孔４３ｂは、外周部４３を上下に貫通するように形成される。貫通孔４３ｂの上端は、傾斜面４３ａに開口するように形成される。貫通孔４３ｂは、傾斜面４３ａに対して垂直に延びるように形成される。すなわち、貫通孔４３ｂは、鉛直方向（上下方向）に対して傾斜する方向に延びるように形成される。より具体的には、貫通孔４３ｂは、上方に向かうにつれて回転ホイール４０の径方向外側に延びるように形成される。貫通孔４３ｂの下端（下側の開口部）は、板状の閉塞部材４３ｃによって閉塞される。

図６に示すように、傾斜面４３ａ及び貫通孔４３ｂは、外周部４３の周方向に沿って等間隔に複数形成される。

図４に示すように、回転ホイール４０は、回転軸２０（外筒部材２１）に設けられる。具体的には、回転ホイール４０のボス部４１（貫通孔４１ａ）が、回転軸２０に挿通される。この際、回転ホイール４０と回転軸２０は一体的に回転可能となるように係合される。また回転軸２０には、回転ホイール４０が上下に等間隔に複数並ぶように設けられる。図１、図３及び図４では、一例として２つの回転ホイール４０を図示している。

図４及び図５に示す取付部材５０は、後述するワーク保持部６０を回転ホイール４０に取り付けるためのものである。取付部材５０は、主として本体部５１及びフランジ部５２を具備する。

本体部５１は、円筒状に形成された部分である。本体部５１の外径は、回転ホイール４０の貫通孔４３ｂの内径と略同一となるように形成される。

フランジ部５２は、本体部５１の上端部近傍から拡径するように形成された円盤状の部分である。

本体部５１は、回転ホイール４０の貫通孔４３ｂに上方から挿入される。フランジ部５２は、回転ホイール４０の傾斜面４３ａに適宜の締結部材（ボルト等）によって固定される。このようにして、取付部材５０は、回転ホイール４０の各貫通孔４３ｂに設けられる。取付部材５０（本体部５１）の軸線は、貫通孔４３ｂと同じ角度で傾斜するように配置される。

ワーク保持部６０は、ワークＷを回転（自転）可能に保持するものである。ワーク保持部６０は、主として回転支持部６１及び被回転駆動部６２を具備する。

回転支持部６１は、ワークＷを保持するものである。回転支持部６１は、主として保持部６１ａ及び支持部６１ｂを具備する。

保持部６１ａは、ワークＷを保持する部分である。保持部６１ａは、底面（下面）を有する略円筒状（有底筒状）に形成される。保持部６１ａの上部は開口され、この開口から挿入されたワークＷを保持することができる。なお、保持部６１ａは、ワークＷを直接保持するだけでなく、適宜の部材（ワークＷを保持するキャップ等）を介してワークＷを保持することができる。

支持部６１ｂは、取付部材５０を介して回転ホイール４０に支持される部分である。支持部６１ｂは、略円柱状に形成される。支持部６１ｂの外径は、取付部材５０の内径よりも小さくなるように形成される。支持部６１ｂは、保持部６１ａの底面から下方に向かって突出するように形成される。支持部６１ｂ及び保持部６１ａは、同一軸線上に形成される。

支持部６１ｂは、取付部材５０の本体部５１に上方から挿入される。支持部６１ｂは、適宜の軸受部材６１ｃを介して、取付部材５０（本体部５１）に回転可能に支持される。支持部６１ｂを本体部５１に挿入することで、保持部６１ａが回転ホイール４０から上方に向かって突出するように配置される。回転支持部６１の軸線は、取付部材５０（本体部５１）の軸線と同じ角度で傾斜するように配置される。換言すると、回転支持部６１は、図１に示すように、側方に配置されたターゲット６の板面に対して傾斜するように配置される。回転支持部６１は、回転軸２０の軸線（上下方向）に対して傾斜した軸線を中心として回転（自転）することができる。

なお、軸受部材６１ｃとしては、任意の部材を用いることができる。例えば、ボールベアリング、ローラーベアリング、すべり軸受等、任意の部材を適宜選択することができる。また、１つの支持部６１ｂに対して、軸受部材６１ｃを複数設けることも可能である。

また、支持部６１ｂの軸線の傾斜角度（後述する傾斜角度α（図５参照））は、任意に設定することができる。例えば、支持部６１ｂが、回転軸２０やターゲット６に対して（鉛直方向を基準として）、２０〜８０°傾斜するように設定することができる。

被回転駆動部６２は、後述する固定円盤７０と接触する部分である。被回転駆動部６２は、回転支持部６１の軸線方向から見て略円形の平板状に形成される。被回転駆動部６２の中心には貫通孔６２ａが形成される。被回転駆動部６２の貫通孔６２ａは、回転ホイール４０の上方において、回転支持部６１の保持部６１ａに嵌め合わされる。これによって、被回転駆動部６２は、回転支持部６１と一体的に回転可能となる。

このようにしてワーク保持部６０は、取付部材５０を介して、回転ホイール４０の外周部４３に設けられる。またワーク保持部６０は、外周部４３に沿って（すなわち、回転軸２０を中心とする円周上に）並ぶように複数設けられる。

図３から図５、及び図７に示す固定円盤７０は、ワーク保持部６０を回転させるためのものである。固定円盤７０は、平面視円形の板状（円盤状）に形成される。固定円盤７０の中心には、貫通孔７０ａが形成される。

図４に示すように、固定円盤７０は、固定部材７１及び軸受部材７２を介して、回転軸２０に設けられる。具体的には、固定円盤７０の内側（貫通孔７０ａ）には、固定部材７１を介して軸受部材７２の外輪が固定される。この軸受部材７２の内輪が、回転軸２０に挿通されて、回転軸２０に固定される。このように、固定円盤７０は軸受部材７２を介して回転軸２０に相対回転可能に設けられる。固定円盤７０は、回転ホイール４０の上方に、回転ホイール４０と適宜の間隔を空けて設けられる。すなわち固定円盤７０は、各回転ホイール４０に対応するように、回転ホイール４０と同数設けられる。固定円盤７０の外周端部は、対応する回転ホイール４０に設けられたワーク保持部６０の被回転駆動部６２と接触するように配置される。

なお、軸受部材７２としては、任意の部材を用いることができる。例えば、ボールベアリング、ローラーベアリング、すべり軸受等、任意の部材を適宜選択することができる。

固定円盤７０及び被回転駆動部６２は、ワーク保持部６０が回転軸２０を中心として回転（公転）することで、ワーク保持部６０を自転させるための動力がワーク保持部６０に伝達されるように構成されている。例えば、固定円盤７０及び被回転駆動部６２は、互いに噛み合う歯を有する歯車（例えば、かさ歯車等）により形成することができる。これにより、固定円盤７０はワーク保持部６０を連続的に回転（自転）させる（特に、ワークＷがターゲット６と対向している状態で、このワークＷを連続的に回転させる）ことができる。その他、固定円盤７０及び被回転駆動部６２は、互いに接触して動力を伝達可能な構成であればよい。例えば、歯車、チェーンとスプロケットとの組み合わせ、穴部と突起部との組み合わせ等の噛み合わせ構造を用いて動力を伝達する構成、接触面同士の摩擦力を用いて動力を伝達する構成等でもよい。
また、固定円盤７０と被回転駆動部６２とは、機械的な機構を含まない介在物を介して接触してもよい。この場合、回転部である固定円盤７０とワーク保持部６０の一部である被回転駆動部６２とは、機械的な機構を介在することなく、接触することになる。

また、固定円盤７０及び被回転駆動部６２は、歯車のように連続的に動力を伝達させ、ワーク保持部６０を連続的に回転させるものに限らない。例えば固定円盤７０及び被回転駆動部６２は、カム等を用いて断続的に動力を伝達することで、ワーク保持部６０を断続的に回転（自転）させることも可能である。

規制部８０は、固定円盤７０の回転を規制するものである。規制部８０は、主として第一規制部材８１及び第二規制部材８２を具備する。

第一規制部材８１は、各固定円盤７０に固定されるものである。第一規制部材８１は、矩形状の板材を屈曲させて形成される。具体的には、第一規制部材８１は、水平に延びる左部８１ａと、左部８１ａの右端から鉛直上方に延びる中途部８１ｂと、中途部８１ｂの上端から右方に延びる右部８１ｃと、を具備する。このように、第一規制部材８１は、固定円盤７０の径方向外側の部分（右部８１ｃ）が径方向内側の部分（左部８１ａ）よりも高くなるように形成されている。これによって、ワーク保持部６０やワークＷとの干渉を避けることができる。

第一規制部材８１の左部８１ａは、固定円盤７０の上面の右端部近傍に適宜の締結部材（ボルト等）によって固定される。第一規制部材８１の右部８１ｃは、固定円盤７０から右方に突出するように配置される。右部８１ｃには、切欠部８１ｄが形成される。

第二規制部材８２は、第一規制部材８１と係合するものである。第二規制部材８２は、略円柱状に形成される。第二規制部材８２は、軸線を鉛直方向（上下方向）に向けて配置される。第二規制部材８２の上端部は、ブラケット８２ａを介して成膜室２の上面に固定される。第二規制部材８２は、各固定円盤７０に設けられた第一規制部材８１の切欠部８１ｄに係合される。より具体的には、第一規制部材８１の切欠部８１ｄに、第二規制部材８２が嵌め込まれて、固定円盤７０の回転が規制されることになる。

このように、固定円盤７０に設けられた第一規制部材８１が、成膜室２に固定された第二規制部材８２と係合することで、固定円盤７０の回転が規制される。これによって、回転軸２０が回転しても、固定円盤７０が回転することはない。

図３から図５までに示すカバー９０は、ワーク保持部６０を覆うものである。カバー９０は、板状の部材を適宜屈曲させて形成される。カバー９０は、ワーク保持部６０を側方（固定円盤７０の径方向外側）及び上方から覆うように配置される。カバー９０には、貫通孔９１が形成される。貫通孔９１を介して、ワーク保持部６０に保持されたワークＷをカバー９０の外側に露出させることができる。カバー９０は、回転ホイール４０に適宜の方法で固定される。

次に、モータ４の動力によってワーク保持部回転ユニット３が動作する様子について説明する。

モータ４が駆動すると、モータ４の動力によって回転軸２０が回転する。回転ホイール４０は、回転軸２０と一体的に回転する。これによって、回転ホイール４０の外周部４３に設けられたワーク保持部６０は、回転軸２０を中心として回転（公転）する。

一方、回転軸２０に対して相対回転可能に設けられた固定円盤７０は、規制部８０によって回転が規制されている。このため、固定円盤７０は、回転軸２０の回転に伴って回転することはない。

ワーク保持部６０の被回転駆動部６２は、固定された（回転しない）固定円盤７０と接触しながら、回転軸２０を中心として回転（公転）することになる。これによって、ワーク保持部６０は、回転軸２０を中心として回転（公転）しながら、このワーク保持部６０の軸線を中心として回転（自転）する（図２参照）。

また、ワーク保持部６０は、回転軸２０を中心として回転（公転）する場合、ワーク保持部６０の外側から回転軸２０に向う方向に見た（換言すれば、図４及び図５に示すような、回転軸２０を通り、かつ回転軸２０と平行な断面視における）傾斜角度αが常に一定となる。なお、傾斜角度αとは、図４及び図５に示す断面（回転軸２０を中心とする仮想円の周方向から見た断面）において、回転軸２０の軸線やターゲット６の板面に対する角度を意味する。本実施形態では、回転軸２０の軸線及びターゲット６の板面は上下方向（鉛直方向）に平行であるため、傾斜角度αは、図４及び図５に示す断面において上下方向（鉛直方向）に沿う仮想線Ｘに対する角度となる。回転軸２０を中心とする仮想円の周方向から見た断面とは、回転軸２０を中心とする仮想円の円周上から見た断面と表現することもできる。

従って、ワーク保持部６０が回転軸２０を中心として回転（公転）すると、ワークＷがターゲット６に対向する位置で、ターゲット６から成膜材料の粒子がワークＷに衝突して比較的厚く成膜される成膜領域において、ターゲット６に対するワーク保持部６０（ワークＷ）の傾斜角度αがほぼ一定となる。さらに、この際にワーク保持部６０の軸線を中心として自転することで、ワークＷの露出面全体に形成される膜の膜質の均一化を図ることができる。

次に、上述の如く構成されたスパッタリング装置１を用いた成膜品の製造方法（スパッタリング方法）について説明する。

図８に示すように、本実施形態に係る成膜品の製造方法は、主としてワーク保持工程Ｓ１、排気工程Ｓ２、ワーク加熱工程Ｓ３及び成膜工程Ｓ４を含む。

ワーク保持工程Ｓ１は、ワーク保持部６０にワークＷを保持させる工程である。ワーク保持工程Ｓ１において、作業者は、ワークＷをワーク保持部６０の保持部６１ａに挿入し、このワーク保持部６０によってワークＷを保持させる。

排気工程Ｓ２は、成膜室２内の空気を排出する工程である。排気工程Ｓ２において、排気装置５が作動されると、成膜室２内の空気が排出される。排気装置５を適宜制御することで、成膜室２内が成膜処理に適した真空度となるように調節される。

ワーク加熱工程Ｓ３は、ワークＷを加熱する工程である。ワーク加熱工程Ｓ３において、モータ４が駆動されると、ワーク保持部回転ユニット３が作動され、ワーク保持部６０の回転（公転及び自転）が開始される。またワーク加熱工程Ｓ３において、ヒータ７が作動され、ワーク保持部６０に保持されたワークＷが適宜の温度まで加熱される。

成膜工程Ｓ４は、ワークＷに成膜処理を施す工程である。成膜工程Ｓ４においては、引き続きワーク保持部回転ユニット３が作動される。また成膜工程Ｓ４において、成膜室２内にスパッタリングガス（例えば、Ａｒ等の不活性ガス）が供給される。この状態でターゲット６にマイナスの電圧又は高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の電圧を印加することで、グロー放電を発生させる。これによって、スパッタリングガスをイオン化し、このイオンをターゲット６の表面に高速で衝突させることで、ターゲット６を構成する成膜材料の粒子（スパッタ粒子）を叩き出す。ターゲット６から叩き出された成膜材料の粒子は、ワークＷの表面に付着する。この粒子をワークＷの表面に堆積させることで、薄膜を形成することができる。このようにして、成膜処理が施されたワークＷ（成膜品）を製造することができる。

なお、本実施形態では、便宜上、ワーク保持工程Ｓ１、排気工程Ｓ２、ワーク加熱工程Ｓ３及び成膜工程Ｓ４を順に説明したが、成膜品の製造方法は必ずしもこれに限るものではない。例えば、一部工程の順序を入れ替えたり（例えば、排気工程Ｓ２とワーク加熱工程Ｓ３の順序を入れ替える等）、同時に行うこと（例えば、排気工程Ｓ２とワーク加熱工程Ｓ３を同時に行う等）も可能である。

ここで、図９を用いて、スパッタリング装置１を用いた成膜品の製造方法により、ワークＷに形成される薄膜のムラの発生が抑制される様子について説明する。なお、図９においては説明の便宜上、ワークＷの形状を簡略化して、円柱状のものとして図示している。

比較例として、図９（ａ）に示すように、仮にワークＷが傾斜しておらず、鉛直方向を向いた軸線を中心として自転する場合を想定する。この場合、ワークＷは自転しているため、ワークＷの側面全体が、ワークＷの側方に配置されたターゲット６と対向することになる。これによって、ターゲット６からの成膜材料の粒子を、ワークＷの側面全体に付着させることができる。

一方、ワークＷが自転しても、ワークＷの上面がターゲット６と対向することはないため、ターゲット６からの成膜材料の粒子は、ワークＷの上面に付着し難い。すなわち、ワークＷの側面と上面で、形成される薄膜にムラが生じてしまうおそれがある。

特にスパッタリング（スパッタ法）による成膜処理では、ワークＷの側面と上面に形成された薄膜の圧縮応力（内部応力）に差が生じ、この圧縮応力の差によって薄膜の密着性や均質性の低下等が懸念される。

これに対して本実施形態では、図９（ｂ）に示すように、ターゲット６に対して傾斜した軸線を中心としてワークＷが自転するように構成されている。この場合、ワークＷの側面だけでなく、上面も、ターゲット６と対向させることができる。このため、ワークＷの側面と上面で、形成される薄膜にムラが生じるのを抑制することができる。また、ワークＷの側面と上面で、薄膜の圧縮応力に差が生じるのを抑制することができ、薄膜の密着性や均質性の向上を図ることができる。

以下では、図１０及び図１１を用いて、本実施形態に係るスパッタリング装置１（成膜品の製造方法）により成膜された工具の評価の一例について説明する。

図１０には、本実施形態に係るスパッタリング装置１により成膜された工具（以下、「本願工具」と称する）と、比較例として従来公知の方法で成膜された工具（以下、「比較例」と称する）との、寿命に関する評価の一例を示している。

ここで、本実施形態でのスパッタリング条件としては、ＲＦ電源を用いたＲＦスパッタリング法により、スパッタリングターゲットにＡｌＣｒ系合金を用いて、スパッタリングガスがアルゴンガスに窒素ガスを含有させた混合ガスによる反応性スパッタリングで成膜を行った。

なお、評価の対象とした工具は「Ｒ０．５超硬ボールエンドミル」である。この工具は、母材がＷＣ−Ｃｏ合金の「超硬材（超硬合金）」であり、ＡｌＣｒＮ系の成膜（コーティング）が施されたものである。

また評価試験として、上記２種類の工具を用いて切削加工を行った。切削加工の対象となる材種（被削材種）はＳＵＳ４２０Ｊ２（ＨＲＣ５５）である。加工条件は、回転数：３０，０００（ｍｉｎ^−１）、送り速度：１，５００（ｍｍ／ｍｉｎ）、切り込みＲｄ（ＸＹ）：０．０５（ｍｍ）である。

また評価の際の寿命の基準（工具の寿命を判断するための工具の磨耗量）として、（Ａ）：磨耗量０．００５（ｍｍ）、（Ｂ）：磨耗量０．０１（ｍｍ）の、２パターンの基準を設定した。図１０の横軸は加工距離、縦軸は磨耗量を示している。

図１０に示すように、寿命基準を（Ａ）：磨耗量０．００５（ｍｍ）とした場合、比較例の寿命が１０４．８（ｍ）であるのに対し、本願工具の寿命は２００．１（ｍ）である。すなわち、寿命基準を（Ａ）：磨耗量０．００５（ｍｍ）とした場合、本願工具は比較例と比べて工具寿命が約２倍に延びていることが分かる。

また、寿命基準を（Ｂ）：磨耗量０．０１（ｍｍ）とした場合、比較例の寿命が１０９．８（ｍ）であるのに対し、本願工具の寿命は２９３．５（ｍ）である。すなわち、寿命基準を（Ｂ）：磨耗量０．０１（ｍｍ）とした場合、本願工具は比較例と比べて工具寿命が約３倍に延びていることが分かる。

図１１には、本願工具と比較例との、欠けの発生に関する評価の一例を示している。

なお、欠けの発生に関する評価として、図１０に示した例と同じ条件で２００（ｍ）の切削加工を行った場合における、工具の欠けの発生回数を比較した。評価回数（切削加工の回数）は１０回であり、切削加工後に工場顕微鏡を用いて２０倍の倍率で工具を観察した。欠けの大きさに関係なく、欠けが確認された場合、欠けが発生したものとしてカウントした。

その結果、図１１に示すように、比較例では、１０回の評価回数のうち、８回で欠けの発生が確認された。これに対して、本願工具では、１０回の評価回数のうち、わずか２回だけ欠けの発生が確認された。すなわち、本願工具の欠けの発生率は、比較例の４分の１になっていることが分かる。

このように本実施形態に係るスパッタリング装置１（成膜品の製造方法）により成膜された工具は、薄膜（コーティング）の密着性や均質性の向上により、長寿命化や欠けの発生の抑制を図ることが可能となることが分かった。

なお、本実施形態では、真空処理装置（真空成膜装置）の一例としてスパッタリングを行う装置（スパッタリング装置１）を例示したが、本発明はこれに限らず、その他種々の真空処理に適用することが可能である。例えば、粒子の物理的な運動を利用したスパッタリング法以外の物理的気相成長法（物理蒸着法：ＰＶＤ）に適用することが可能である。

なお、ＰＶＤの中には、蒸着源を加熱して蒸発させて成膜を行う蒸発系として、真空蒸着、分子線蒸着、イオンプレーティング、イオンビーム蒸着、ＰＬＤ（プラズマーレーザーデポジション）などがある。また、本実施形態で例示したようなスパッタ系として、コンベンショナル・スパッタリング、マグネトロン・スパッタリング、イオンビーム・スパッタリング、ＥＣＲスパッタリング、反応性スパッタリング（反応性ガス（Ｏ_２、Ｎ_２等）を導入し、酸化物や窒化物の成膜を行うもの）などがある。また、ワークＷの材料に応じて、ＲＦ（高周波）電源を用いたＲＦスパッタリングを用いることも可能である。

また、本実施形態によりワークＷに形成される薄膜としては、特にＡｌＣｒＮ、ＡｌＮ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣｒＮ、Ａｌ_２Ｏ_３のうちの少なくとも１つを含む、単層又は複数積層からなるものを想定しているが、その他任意の薄膜を形成することも可能である。

また、上記成膜材料に加えて、適宜添加物を加えることも可能である。例えば、添加剤として、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｖ、Ｙ、Ｓｉ等を加えることが可能である。

以上の如く、本実施形態に係る成膜品の製造方法は、
第一回転軸（回転軸２０）を中心として公転可能、かつターゲット６（スパッタリングターゲット）に対して傾斜した第二回転軸（ワーク保持部６０）を中心として自転可能となるようにワークＷを保持するワーク保持工程Ｓ１と、
前記第一回転軸を中心とする公転、及び前記第二回転軸を中心とする自転を行いながら、前記ターゲット６を用いて、前記ワークＷに対して成膜を行う成膜工程Ｓ４と、
を含むものである。

このように構成することにより、ワークＷに形成される薄膜のムラの発生を抑制することができる。例えば本実施形態のように、ワーク保持部６０を、ターゲット６に対して傾斜した軸線を中心として回転（自転）可能とすることで、ワークＷの側面だけでなく、上面にも成膜処理を施しやすくすることができる。これによって形成される薄膜のムラの発生を抑制することができ、ひいては薄膜（コーティング）の密着性や均質性の向上を図ることができる。

また、前記ワーク保持工程Ｓ１において、前記ワークＷは、前記ターゲット６に対向した状態における前記ターゲット６に対する傾斜角度αが一定となるように保持されるものである。

このように構成することにより、複数のワーク保持部６０には、回転ホイール４０の径方向外側に配置されたターゲット６に対して一定の角度で傾斜した状態で成膜処理が施されることになる。これによって、ワークＷの処理面の角度による依存性（傾斜角度αの変化によるムラ等の不具合）が発生するのを抑制することができる。

また、前記成膜工程Ｓ４は、高周波スパッタリングを用いて前記ワークＷに対して成膜を行うものである。

このように構成することにより、成膜する膜の膜質を改善することができる。

また、前記成膜工程Ｓ４は、反応性スパッタリングを用いて前記ワークに対して成膜を行うものである。

このように構成することにより、反応性ガスとターゲット６の構成物質との生成物質（例えば、酸化物や窒化物等）を薄膜として形成することができる。

また、前記ワーク保持工程Ｓ１は、前記ワークＷとして加工用の工具を用いるものである。

このように構成することにより、複雑な形状を有した加工用の工具にも、好適に成膜処理を施すことができる。

また、前記成膜工程Ｓ４は、前記ワークＷに対してＡｌＣｒＮ、ＡｌＮ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣｒＮ、Ａｌ_２Ｏ_３のうちの少なくとも１つを含む、単層又は複数積層からなる膜を形成するものである。

このように構成することにより、ワークＷに対して硬質膜を形成し、耐磨耗性、耐熱性等を向上させることができる。

また、前記成膜工程Ｓ４は、前記第一回転軸を中心とする公転によって前記ワークＷが前記ターゲット６に対向している状態において、前記ワークＷを前記第二回転軸を中心として連続的に自転させるものである。

このように構成することにより、薄膜（コーティング）の均質性の向上を図ることができる。

また、本実施形態に係るスパッタリング装置１は、
回転軸２０と、
前記回転軸２０の側方に配置されたターゲット６（スパッタリングターゲット）と、
前記回転軸２０を中心として回転可能な回転ホイール４０（回転部）と、
ワークＷを保持可能であり、前記回転軸２０を中心とする円周上に並ぶように配置され、前記ターゲット６に対して傾斜した軸線を中心として回転可能となるように前記回転ホイール４０に設けられた複数のワーク保持部６０と、
前記回転軸２０を中心とする円盤状に形成されると共に、複数の前記ワーク保持部６０と接触するように配置され、前記回転ホイール４０の回転に伴って前記ワーク保持部６０を回転させる固定円盤７０（回転駆動部）と、
を具備するものである。

このように構成することにより、ワーク保持部６０を回転させながら、ワークＷに対してターゲット６を用いて成膜処理を施すことで、ワークＷに形成される薄膜のムラの発生を抑制することができる。例えば本実施形態のように、ワーク保持部６０を、ターゲット６に対して傾斜した軸線を中心として回転（自転）可能とすることで、ワークＷの側面だけでなく、上面にも成膜処理を施しやすくすることができる。これによって形成される薄膜のムラの発生を抑制することができ、ひいては薄膜（コーティング）の密着性や均質性の向上を図ることができる。

また、本実施形態に係る成膜品の製造方法は、前記スパッタリング装置１を用いて成膜品を製造するものである。

このように構成することにより、形成される薄膜のムラの発生を抑制することができ、ひいては薄膜（コーティング）の密着性や均質性の向上を図ることができる。

また、本実施形態に係るワーク保持部回転ユニット３は、
回転軸２０と、
前記回転軸２０を中心として回転可能な回転ホイール４０（回転部）と、
ワークＷを保持可能であり、前記回転軸２０を中心とする円周上に並ぶように配置され、前記回転軸２０の軸線に対して傾斜した軸線を中心として回転可能となるように、前記回転ホイール４０に設けられた複数のワーク保持部６０と、
前記回転軸２０を中心とする円盤状に形成されると共に、複数の前記ワーク保持部６０と接触するように配置され、前記回転ホイール４０の回転に伴って前記ワーク保持部６０を回転させる固定円盤７０（回転駆動部）と、
を具備するものである。

このように構成することにより、ワーク保持部６０を回転させながら、ワークＷに対して成膜処理を施すことで、ワークＷに形成される薄膜のムラの発生を抑制することができる。例えば本実施形態のように、ワーク保持部６０を、回転軸２０に対して傾斜した軸線を中心として回転（自転）可能とすることで、ワークＷの側面だけでなく、上面にも成膜処理を施しやすくすることができる。これによって形成される薄膜のムラの発生を抑制することができ、ひいては薄膜（コーティング）の密着性や均質性の向上を図ることができる。

特に本実施形態では、複数のワーク保持部６０と接触する円盤状の固定円盤７０によって、複数のワーク保持部６０を回転（自転）させる構成としている。このような構成では、複数のワーク保持部６０は回転ホイール４０の径方向外側に向かって一定の角度で傾斜した姿勢を保ったまま自転及び公転することになる。すなわち、複数のワーク保持部６０には、回転ホイール４０の径方向外側に配置されたターゲット６に対して一定の角度で傾斜した状態で成膜処理が施されることになる。これによって、ワークＷの処理面の角度による依存性（傾斜角度αの変化によるムラ等の不具合）が発生するのを抑制することができる。

また、前記回転軸２０は、モータ４（動力源）からの動力を用いて回転可能となるように形成され、
前記回転ホイール４０は、前記回転軸２０と一体的に回転可能となるように前記回転軸２０に設けられ、
前記固定円盤７０は、前記回転軸２０に対して相対的に回転可能に設けられ、
前記固定円盤７０の回転を規制する規制部８０をさらに具備するものである。

このように構成することにより、固定円盤７０を固定（回転を規制）することで、回転ホイール４０と固定円盤７０が相対的に回転することになり、この相対回転によってワーク保持部６０を回転（自転）させることができる。また、規制部８０によって固定円盤７０の回転を規制することで、固定円盤７０が回転軸２０と共に回転するのを防止することができ、安定した速度（一定の速度）でワーク保持部６０を回転させることができる。

また、前記回転ホイール４０、前記回転ホイール４０に設けられる前記ワーク保持部６０、及び前記ワーク保持部６０を回転させる前記固定円盤７０は、前記回転軸２０の軸線方向に沿って複数設けられるものである。

このように構成することにより、多数のワークＷを一度に回転させることができ、成膜処理の効率の向上を図ることができる。

また、前記ワーク保持部６０は、
前記ワークＷを保持すると共に、前記回転ホイール４０に回転可能に支持される回転支持部６１と、
前記回転支持部６１に固定され、前記固定円盤７０と接触するように配置される被回転駆動部６２と、
を具備するものである。

このように構成することにより、回転支持部６１及び被回転駆動部６２を別部材として形成することで、個々の部品の形状の複雑化を抑制することができる。

また、前記回転支持部６１は、軸受部材６１ｃを介して前記回転ホイール４０に回転可能に支持されるものである。

このように構成することにより、ワーク保持部６０を滑らかに回転させることができる。これによって、ワーク保持部６０の回転に必要な駆動力の削減を図ることができる。

また、前記回転支持部６１は、下部が前記回転ホイール４０に挿通されると共に、上部が前記回転ホイール４０から上方に向かって突出するように配置され、
前記被回転駆動部６２は、前記回転ホイール４０の上方において前記回転支持部６１に設けられるものである。

このように構成することにより、ワーク保持部６０を回転（自転）させるための機構（被回転駆動部６２）を比較的高い位置（回転ホイール４０の上方）に配置することができ、この機構のメンテナンス性の向上を図ることができる。

また、本実施形態に係るスパッタリング装置１（真空処理装置）は、上記ワーク保持部回転ユニット３を具備するものである。

このように構成することにより、ワーク保持部６０を回転させながら、ワークＷに対して成膜処理を施すことで、ワークＷに形成される薄膜のムラの発生を抑制することができる。

なお、本実施形態に係る回転ホイール４０は、回転部の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る固定円盤７０は、回転駆動部の実施の一形態である。
また、本実施形態に係るターゲット６は、スパッタリングターゲットの実施の一形態である。
また、本実施形態に係るモータ４は、動力源の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る回転軸２０及びワーク保持部６０は、第一回転軸及び第二回転軸の実施の一形態である。
また、本実施形態に係るスパッタリング装置１は、真空処理装置の実施の一形態である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想の範囲内で適宜の変更が可能である。

例えば、本実施形態では、ワークＷの一例として加工用の工具（切削加工、研削加工、研磨等の機械加工用の工具）を例示したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、成膜の対象となるワークＷは、任意に選択することができる。例えば、ワークＷのその他の例としては、パンチ部品（打ち抜きのための刃）、ダイキャスト用の金型の部品、カッターの刃など、種々の物品が想定される。

また、ワークＷの形状は限定するものではなく、任意の形状のものを用いることができる。例えば、一方向に長く延びた棒状、柱状、角柱状の部材だけでなく、複雑な立体的形状を有する部材でもよい。また、複雑な表面形状を有する部材（例えば、工具の刃先等）をワークＷとすることも可能である。

また、本実施形態では、ワークＷを回転軸２０やターゲット６に対して傾斜した状態で保持しているが、この傾斜の角度及び方向は任意に変更することができる。例えば、回転ホイール４０を、貫通孔４３ｂの傾斜角度が異なる別の回転ホイール４０と交換することで、ワーク保持部６０の傾斜角度α（ひいては、ワークＷの傾斜角度α）を変更することができる。また、回転ホイール４０に限らず、その他の部材（例えば、取付部材５０）を交換することでも、ワークＷの傾斜角度αを変更することが可能である。

また、本実施形態では、回転ホイール４０、回転ホイール４０に設けられたワーク保持部６０、及びワーク保持部６０に対応する固定円盤７０が、上下に２つ並んで（２段に）配置された様子を図示して説明したが、この回転ホイール４０等の個数は限定するものではない。すなわち、この回転ホイール４０等を、スパッタリング装置１に１つだけ設けることや、３つ以上設けることも可能である。

なお、本実施形態では、この回転ホイール４０等が、側方から見て上下に隣接する他の回転ホイール４０等と重複しないように配置されている。例えば図４に示すように、下方（下の段）に設けられた回転ホイール４０、ワーク保持部６０及び固定円盤７０は、上方（上の段）に設けられた回転ホイール４０等よりも下方に位置するように配置されている。このように、両者を側方から見て重複しないように配置することで、側方からのメンテナンス性を向上させることができる。

また、本実施形態では、ワーク保持部回転ユニット３の周囲にターゲット６及びヒータ７を配置する構成を例示したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、さらにイオンガンを設けて、前処理を行う（例えば、ワークＷ表面の酸化物をアルゴンイオンを打ち付けて除去する等）ことも可能である。また、ワークＷの種類等に応じて、ヒータ７を用いることなく成膜処理を行うことも可能である。

また、本実施形態では、動力源の一例としてモータ４を例示したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、その他の動力源（エンジン、アクチュエータ等）を用いることも可能である。

また、ワーク保持部６０の回転（公転及び自転）の速度（回転数）は、適宜設定することができる。例えば、ワーク保持部６０が回転軸２０を中心とする回転（公転）によってターゲット６の正面を通過する間（ターゲット６と対向している間）に、このワーク保持部６０が少なくとも１回転（３６０°）以上自転するように設定している。これによって、ターゲット６からの成膜材料を、ワークＷの全域に付着させることができ、薄膜の密着性や均質性をより向上させることができる。

１ スパッタリング装置
４ モータ
６ ターゲット
２０ 回転軸
４０ 回転ホイール
６０ ワーク保持部
６１ 回転支持部
６２ 被回転駆動部
７０ 固定円盤
８０ 規制部

Claims (9)

1. 第一回転軸を中心として公転可能、かつ前記第一回転軸に対して傾斜した第二回転軸を中心として自転可能となるようにワークを保持するワーク保持工程と、
   前記第一回転軸を中心とする公転、及び前記第二回転軸を中心とする自転を行いながら、前記ワークに対して前記第一回転軸を中心とする径方向外側に位置するように配置されたスパッタリングターゲットを用いて、前記ワークに対して成膜を行う成膜工程と、
   を含み、
   前記ワーク保持工程において、前記ワークは、前記第一回転軸に沿う方向に分けられた複数の段のそれぞれにおいて、一端側を保持されるとともに、他端側が前記第一回転軸を中心とする径方向外側を常に向くように配置され、前記複数の段のそれぞれに設けられた前記ワークは、前記第一回転軸を中心とする同一半径の円周上に配置される、
   成膜品の製造方法。
2. 前記ワーク保持工程において、前記ワークは、前記スパッタリングターゲットに対向した状態における前記スパッタリングターゲットに対する傾斜角度が一定となるように保持される、
   請求項１に記載の成膜品の製造方法。
3. 前記成膜工程は、高周波スパッタリングを用いて前記ワークに対して成膜を行う、
   請求項１または請求項２に記載の成膜品の製造方法。
4. 前記成膜工程は、反応性スパッタリングを用いて前記ワークに対して成膜を行う、
   請求項１または請求項２に記載の成膜品の製造方法。
5. 前記ワーク保持工程は、前記ワークとして加工用の工具を用いる、
   請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の成膜品の製造方法。
6. 前記成膜工程は、前記ワークに対してＡｌＣｒＮ、ＡｌＮ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣｒＮ、Ａｌ_２Ｏ_３のうちの少なくとも１つを含む、単層又は複数積層からなる膜を形成する、
   請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の成膜品の製造方法。
7. 前記成膜工程は、前記第一回転軸を中心とする公転によって前記ワークが前記スパッタリングターゲットに対向している状態において、前記ワークを前記第二回転軸を中心として連続的に自転させる、
   請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の成膜品の製造方法。
8. 回転軸と、
   前記回転軸の側方に配置されたスパッタリングターゲットと、
   前記回転軸を中心として回転可能な回転部と、
   前記回転部に設けられ、ワークを保持可能であり、前記回転軸を中心とする円周上に並ぶように配置され、前記回転軸に対して傾斜した軸線を中心として回転可能であり、前記軸線に沿う方向における前記ワークの一端側を保持すると共に、前記ワークの他端側が前記回転軸を中心とする径方向外側を常に向くように保持可能な複数のワーク保持部と、
   前記回転軸を中心とする円盤状に形成されると共に、回転しないように固定されて複数の前記ワーク保持部と接触するように配置され、前記回転部の回転に伴って前記ワーク保持部を回転させる回転駆動部と、
   を具備し、
   前記回転部、前記複数のワーク保持部、及び前記回転駆動部は、前記回転軸に沿う方向に分けられた複数の段に設けられると共に、前記複数の段のそれぞれに設けられた前記ワーク保持部は、前記回転軸を中心とする同一半径の円周上に配置される、
   スパッタリング装置。
9. 請求項８に記載のスパッタリング装置を用いて成膜品を製造する、成膜品の製造方法。

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