WO2007108313A1 - アークイオンプレーティング方法及びこれに用いられるターゲット - Google Patents

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WO2007108313A1
WO2007108313A1 PCT/JP2007/054286 JP2007054286W WO2007108313A1 WO 2007108313 A1 WO2007108313 A1 WO 2007108313A1 JP 2007054286 W JP2007054286 W JP 2007054286W WO 2007108313 A1 WO2007108313 A1 WO 2007108313A1
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longitudinal direction
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longitudinal
arc ion
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Hirofumi Fujii
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Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho
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Definitions

  • the present invention relates to an arc ion plating method used for forming a hard film on a cutting tool or a machine part (sliding part) in order to improve wear resistance, and a target used in this method.
  • Arc ion plating is known as a method for forming a film on a workpiece.
  • vacuum arc discharge is performed in a vacuum atmosphere using a target made of a material to be evaporated for film formation as a cathode. This discharge evaporates and ionizes the target material.
  • the ionized target material ions are guided to the object to be processed and form a film on the surface.
  • a reactive coating that introduces a reactive gas into a vacuum chamber, for example, a target made of Cr is used.
  • a CrN film is formed by introducing N gas
  • Patent Document 1 discloses an arc ion plating method (vacuum using a cylindrical rod target in which both longitudinal ends are formed thicker than the central side. Arc vapor deposition method) is disclosed.
  • This conventional arc ion plating method will be described with reference to FIGS.
  • Fig. 7 is a schematic configuration diagram of a conventional apparatus for carrying out the arc plating method
  • Fig. 8 is a front view of the rod target in Fig. 7
  • Fig. 9 is a front sectional view of the rod target
  • Fig. 10 is a rod target. It is a figure for demonstrating this manufacturing method.
  • a rod target 52 and a workpiece (workpiece) 53 are arranged in a vacuum chamber 51 in a state where longitudinal centerlines are parallel or substantially parallel to each other.
  • the rod target 52 has a cylindrical shape with a step in the middle, and is arranged in a standing posture extending upward and downward in the center of the chamber 51.
  • a rotary table 55 is provided below the vacuum chamber 51, and the rotary table 55 is supported so as to be rotatable about a vertical axis that substantially coincides with the axis of the rod target 52.
  • a workpiece 53 extending in the vertical direction is placed on the rotary table 55 in a standing posture via a holding member 56, and the workpiece 53 is attached to the rod target 52 as the rotary table 55 rotates. Revolves around the periphery and rotates around the vertical axis with the holding member 56.
  • a magnet 54 is provided in the rod target 52 so as to be movable up and down.
  • the apparatus includes an arc power source 57 having a positive electrode and a negative electrode.
  • the negative electrode is connected to the upper end of the rod target 52, and the positive electrode is connected to the vacuum chamber 51. That is, the rod target 52 is set as a cathode and the vacuum chamber 51 is set as an anode.
  • the rod target 52 has both ends in the longitudinal direction thicker than the center side. That is, both ends in the longitudinal direction of the rod target 52 are large diameter portions (thick portions) 521 and 521, and the central portion is a small diameter portion (thin portion) 522.
  • the rod target 52 is manufactured using a HIP process in which a powder of a target material is pressed by a HIP (hot isostatic pressing) method. Specifically, as shown in FIG. 10, the rod target 52 includes a step of individually forming the large diameter portions 521 and 521 and the small diameter portion 522 into a simple cylindrical shape using the HIP process. The large-diameter portions 521 and 521 and the small-diameter portion 522 are manufactured by a method including assembling them so as to be integrated.
  • the target 52 and the workpiece 53 are arranged with their longitudinal centerlines parallel or substantially parallel to each other, and the target is formed by vacuum arc discharge using the target 52 as a cathode. Material ions are guided to the workpiece 53 and form a film on the surface.
  • a target having both ends in the longitudinal direction consisting of large diameter portions 521 and 521 and a central portion which is a small diameter portion 522 is used, and the arc spot position on the target surface is controlled by raising and lowering the magnet 54. .
  • This control advances film formation on the workpiece 53 while making the consumption rate of the large diameter portions 521, 521 larger than the consumption rate of the small diameter portion 522. It makes it possible to obtain a uniform film thickness distribution within ⁇ 5%.
  • the target consumption rate (target material evaporation) is If it is uniform, a region where a uniform film thickness can be obtained in the workpiece 53 is limited to a range around the center of the workpiece. Therefore, in order to obtain a uniform film thickness over substantially the entire length of the workpiece, it is necessary to increase the consumption rate at both ends of the target.
  • both end portions in the longitudinal direction are more than the center portion side corresponding to the distribution of the consumption rate required for obtaining the uniform film thickness as described above.
  • a thick rod target 52 is used.
  • the rod target 52 having such a shape is less wasteful of the target material, which has higher utilization efficiency than the cylindrical target without a step.
  • the conventional arc ion plating method described above has a drawback that the manufacturing efficiency of the rod target 52 is poor. Specifically, the rod target 52 is constrained to a special shape in which both ends in the longitudinal direction are thicker than the center side. This complicates the manufacturing process of the rod target 52. In addition, further target cost reduction is required.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-107750 (Figs. 1 to 3, Fig. 9)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-301266 (Fig. 1)
  • an object of the present invention is to obtain a uniform film thickness distribution over substantially the entire length of the object to be processed, and to improve the yield of the target material and reduce the manufacturing cost of the target as compared with the prior art. It is an object of the present invention to provide an arc ion plating method and a target for the same.
  • consumption of both longitudinal ends of the target is performed.
  • the arc spot position on the target surface is controlled so that the speed (the amount of evaporation per unit time) is faster than the consumption speed at the center of the target. This control makes it possible to obtain a uniform film thickness distribution over substantially the entire length of the workpiece.
  • the target is arranged such that at least both ends in the longitudinal direction and the other central part can be divided, and the consumption rate is increased as described above.
  • the film formation to change is performed.
  • only the both ends in the longitudinal direction where the consumption speed is high are replaced until at least the center of the target reaches the consumption limit.
  • Such partial replacement allows each of the parts that can be separated from each other to constitute the target to be used up to the wear limit. This makes it possible to improve the yield of the target material by reducing the amount of the target material used with respect to the target effective consumption amount regardless of the shape of the target. This makes it possible to reduce the manufacturing cost and the price of the target and to reduce the cost of the film-formed product.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an arc ion plating apparatus for performing an arc ion plating method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the target in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a target replacement procedure according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a target replacement procedure according to the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a target replacement procedure according to the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining another example of the target according to the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an apparatus for performing a conventional arc ion plating method.
  • FIG. 8 is a front view of the rod target in FIG.
  • FIG. 9 is a front sectional view of the rod target.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a method of manufacturing a rod target.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an arc ion plating apparatus for performing an arc ion plating method according to an embodiment of the present invention.
  • this apparatus includes a vacuum chamber 1, and an object to be processed (work) 2 and a target 3 are arranged in the vacuum chamber 1.
  • the target 3 has a cylindrical shape and is disposed in a central portion in the vacuum channel 1 in an upright posture extending in the vertical direction.
  • a rotating table 4 for mounting an object to be processed is provided in the lower part of the vacuum chamber 1, and a plurality of objects to be processed (workpieces) 2 are mounted on the rotating table 4.
  • each workpiece 2 has a cylindrical shape extending vertically in the vertical direction.
  • the workpiece to be treated by the present invention is not limited to a cylindrical one.
  • the object to be treated may be a thing in which a large number of small items such as cutting tools are arranged, a rod-like thing, or a plate-like thing.
  • the workpiece 2 has a longitudinal dimension that is relatively close to the longitudinal dimension (height dimension) of the target 3, and is relatively long with respect to the target 3 as the turntable 4 rotates. In the state where the direction center line is parallel or almost parallel, the revolution of the rotary table 4 revolves around the target 3 and rotates around the vertical axis.
  • a DC noise power source (not shown) for applying a negative bias voltage to the workpiece 2 is connected to the workpiece 2.
  • the vacuum chamber 1 is provided with a gas introduction port la for introducing a process gas and a vacuum exhaust port lb communicating with a vacuum exhaust system.
  • the apparatus further includes an arc power supply 7 having a cathode and an anode, the cathode is connected to the upper end portion of the target 3, and the anode is connected to the vacuum chamber 1. Therefore, in this apparatus, the target 3 is set as a cathode, and the vacuum chamber 1 is set as an anode having a ground potential.
  • An arc ignition mechanism 8 having a trigger pin is connected to the anode side of the arc power source 7 via a resistor, and instantaneous contact between the trigger pin and the outer peripheral surface of the target 3 causes vacuum arc discharge.
  • the arc spot (discharge spot) of this vacuum arc discharge circulates on the outer peripheral surface of the target 3.
  • this apparatus includes a permanent magnet 5 provided in the target 3 so as to be movable up and down, and a magnet lifting device 6 that lifts and lowers the permanent magnet 5.
  • the position of the arc spot on the outer peripheral surface is controlled. This control makes it possible to change the distribution of the consumption rate (evaporation amount per unit time) in the longitudinal direction of the target 3.
  • the position control of the arc spot can be performed by means other than the permanent magnet, for example, an electromagnetic coil.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the target in FIG.
  • the cylindrical target 3 includes an upper target 31 constituting the upper end portion of the target, and a lower target 32 having the same dimensions as the upper target 31 and constituting the lower end portion of the target. And a central target 33 constituting a central portion disposed between them, and can be divided into three parts, and these parts are interconnected by connecting rings 10 and 10. To be integrated. That is, the upper target 31 and the lower target 32 and the central target 33 are connected to each other so as to be separable.
  • an upper flange 11 is attached to the top plate of the vacuum chamber 1 via an annular insulating member 16, and a bottomed hollow shaft 13 extending in the vertical direction is attached to the upper flange 11, Cooling water is introduced into the inside of the bottomed hollow shaft 13.
  • a male screw is formed on the outer peripheral surface of the lower end of the bottomed hollow shaft 13, and a target mounting nut 14 is attached to the male screw, and a lower flange 12 is disposed on the nut 14.
  • the target 3 integrated by the connecting rings 10 and 10 is fixed to the upper flange 11 by the lower flange 12 and the nut 14 while being fitted to the outside of the bottomed hollow shaft 13.
  • the bottomed hollow shaft 13 to which the upper flange 11 is attached serves as both a cooling water supply path for cooling the target 3 and an arc current feeding path.
  • the cooling water introduced into the bottomed hollow shaft 13 passes through a hole provided at the lower end of the bottomed hollow shaft 13 and passes through the cooling water drainage channel in the target 3 around the bottomed hollow shaft 13. 15, flows upward in the cooling water discharge passage 15 and is led out from the target 3.
  • the permanent magnet 5 (not shown in FIG. 2) shown in FIG. 1 is provided in the cooling water drainage channel 15 of the target 3 so as to be movable up and down.
  • the upper flange 11 is connected to a power cable 17 that communicates with the cathode side of the arc power source 7 and flows an arc current.
  • the target 3 and the workpiece 2 that are relatively close to each other in the longitudinal direction are placed in the vacuum chamber 1 in a state where the longitudinal centerlines are parallel or substantially parallel to each other. Be placed.
  • the target 3 is formed by vacuum arc discharge.
  • the target material ions generated by evaporation and ionization are guided to the workpiece 2 to form a film on the surface.
  • the arc spot position on the outer peripheral surface of the target is controlled by raising and lowering the permanent magnet 5 along the cooling water drainage channel 15 in the target 3.
  • the upper and lower targets Set the consumption rate of 31 and 32 (evaporation per unit time) to a higher rate than the consumption rate of the central target 33 (for example, twice the rate). Formation of a film on the workpiece 2 with such control makes it possible to obtain a uniform film thickness distribution over substantially the entire length of the cylindrical workpiece 2.
  • This film formation is performed on a plurality of workpieces 2 per batch.
  • N is a specific natural number
  • the upper target 31 and the lower target 32 which are faster in consumption than the central target 33, reach the exhaustion limit before the central target 33.
  • the one that has reached its wear limit is replaced with an unused one.
  • the consumption speed of the upper and lower targets 31, 32 is not limited to twice the consumption speed of the central target 33, and may be another integer multiple such as three times or four times. . Also, the upper and lower targets 31, 32 need not be replaced at the same time. However, appropriate processing conditions (for example, so that the replacement time due to the wear limit of the central target 33 with a slow wear rate overlaps with the replacement time due to the wear limit of the upper and lower targets 31, 32 with the fast wear speed replaced earlier)
  • the wear limit (thickness) of each of the upper and lower targets 31, 32 and the central target 33, the length ratio of the upper and lower targets 31, 32 and the central target 33, the upper and lower targets 31 , 32 consumption rate and the central target 33 consumption rate) are adjusted, it becomes easier to manage the target and improve target utilization efficiency.
  • FIGS. 3 to 5 are diagrams for explaining the target replacement procedure according to the present invention.
  • the target consisting of the upper target 31 'and the lower target 32' that have reached the wear limit by the processing for the N batches and the central target 33 'that has been consumed for the N batches, as shown in FIG.
  • the nut 14 is removed from the bottomed hollow shaft 13 by being removed from the bottomed hollow shaft 13. Thereafter, the target is disassembled as shown in FIG.
  • unused (new) upper and lower targets 31, 32 are connected to the central target 33 'in place of the upper and lower targets 31', 32 'that have reached the wear limit.
  • Target 3 ' including the upper and lower targets 31, 32 in use is newly constructed.
  • the target 3 ′ is fixed to the upper flange 11 while being fitted on the outside of the bottomed hollow shaft 13.
  • a portion of the upper target 31 near the central target 33 '(a lower end portion of the upper target 31) has the upper target 31 in a connection position between the upper target 31 and the central target 33'.
  • a tapered portion is formed so that the diameter and the diameter of the central target 33 ′ are the same. This taper portion is for surely preventing the arc spot from being extinguished due to the difference between the diameters when the arc spot moves between the targets 31, 33 ′, and is not necessarily formed. Is not required.
  • a portion of the lower target 32 near the central target 33 ' has the lower target 32 at the connecting position of the lower target 32 and the central target 33'.
  • a tapered portion is formed so that the diameter and the diameter of the central target 33 ′ are the same. This tapered portion is also for surely preventing the arc spot from being extinguished due to the difference between the diameters when the arc spot moves between the targets 32 and 33 ′. do not do.
  • the film formation is repeated for the same number N batches as the previous time, so that the central target 33 'reaches the wear limit, and at the same time, the upper and lower targets 31 previously replaced (the previous time) are replaced. , 32 also reaches the wear limit.
  • the overall target power is updated to an unused new target 3 as shown in Figure 2.
  • the replacement frequency of both ends in the longitudinal direction until the entire target is replaced with a new target For example, while the central part is exchanged once, both end parts may be exchanged twice, or may be exchanged three or more times.
  • the upper target 31, the lower target 32, and the central target 33 which can be divided into the target 3, can all be used up to the wear limit.
  • the amount of target material used is reduced with respect to the target effective consumption and the step of target material.
  • the yield can be improved.
  • the shape of the target is not particularly limited, for example, by setting the shape of the target so that the cross-sectional shape dimension orthogonal to the longitudinal direction is uniform over the entire length of the target, the manufacturing cost of the target 3 can be reduced. Reduction can be achieved, and the cost of target 3 can be reduced. This effect is particularly remarkable when HIP molding is used in the production of the target 3.
  • the target material for the HIP processing Multiple types of capsules with different capsule diameters must be prepared, but the process and equipment are simplified in the production of a target with a uniform diameter throughout the longitudinal direction.
  • the central portion (33) of the target may be divided into a plurality of parts as necessary. This division is effective when the target is very long (for example, when the total length of the target is 600 mm or more).
  • the position control of the arc spot for changing the wear rate between the longitudinal ends (31, 32) and the central portion (33) of the target is as described above. It is not limited to that based on the position control of the permanent magnet 5.
  • the position control of the arc spot can also be executed by other known methods, for example, a method by anode position control or a method by adjusting node current balance.
  • the shape of the target used in the arc ion plating method of the present invention when not in use is not particularly limited.
  • this shape may be a prismatic shape or a flat plate shape as shown in FIG.
  • this target is not limited to the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the target over the entire length of the target. The diameter of both ends is slightly larger than the diameter of the central portion when not in use.
  • an arrangement step of arranging a target and an object to be processed in a vacuum chamber, and target material ions are formed by evaporating the target by vacuum arc discharge.
  • Forming a film by introducing the target material ions to the object to be processed and forming a film.
  • the consumption rate evaporation amount per unit time
  • the target The arc spot position on the target surface is controlled so as to be faster than the wear rate at the center of the target. This control makes it possible to obtain a uniform film thickness distribution over substantially the entire length of the workpiece.
  • the arc ion plating method of the present invention at least a target that can be divided at both ends in the longitudinal direction and the other central portion is arranged as the target, and the consumption rate is reduced as described above.
  • the film formation to change is performed.
  • only the both ends in the longitudinal direction where the consumption speed is high are replaced until at least the center of the target reaches the consumption limit.
  • Such partial replacement allows each of the parts that can be separated from each other to constitute the target to be used up to the wear limit. This makes it possible to improve the yield of the target material by reducing the amount of the target material used with respect to the target effective consumption amount regardless of the shape of the target. This makes it possible to reduce the manufacturing cost and the price of the target and to reduce the cost of the film-formed product.
  • the workpiece and a target having a longitudinal dimension substantially the same as the longitudinal dimension of the workpiece are the longitudinal dimension of the workpiece and the longitudinal dimension of the target. Are opposed to each other in a substantially parallel posture.
  • the arrangement step it is more preferable to arrange a target having a cross-sectional shape dimension in a direction orthogonal to the longitudinal direction that is substantially the same over the entire length of the target.
  • a target is easy to manufacture and can reduce its cost.
  • the both ends in the longitudinal direction and the center portion are used as the both ends in the longitudinal direction.
  • a taper taper portion in which the diameters of both end portions in the longitudinal direction at the respective connecting positions and the diameter of the central portion are formed may be connected to the central portion. This taper portion prevents arc extinguishing of the arc spot due to the difference between the diameters at both end portions in the longitudinal direction and the diameter at the central portion at each connection position.
  • a splittable target is arranged in three portions, ie, both ends in the longitudinal direction and the central portion, and in the film forming step, the central portion is replaced when the central portion reaches the wear limit.
  • Time and both ends in the longitudinal direction already exchanged before the exchange time of this central part It is more preferable to form a film while adjusting the consumption rate at both ends in the longitudinal direction and the consumption rate at the center so that the replacement times at both ends in the longitudinal direction that reach the consumption limit overlap.
  • the overlap of the replacement timing of the central portion and the replacement timing of the both ends in the longitudinal direction makes it possible to replace the central portion at the same time as the both ends in the longitudinal direction, thereby facilitating target management. To do.
  • the workpiece 2 has a cylindrical shape and has an outer diameter: ⁇ 90 mm and a length L: 500 mm.
  • the target 3 of the embodiment has a total length of 700 mm and has a cylindrical shape.
  • the upper and lower targets 3 1 and 32 are composed of both ends.
  • the target of the comparative example has a cylindrical shape with a total length of 700 mm and has a step, both ends: outer diameter ⁇ 130 mm, inner diameter ⁇ 50 mm, length 150 mm, central portion: outer diameter ⁇ 104.4 mm, inner diameter ⁇ 50 mm , Length 400mm, wear limit force S outer diameter ⁇ 70.
  • the lifting speed of the permanent magnet 5 is 5 OmmZs in the 50 mm region at both ends of the stroke. It is set to lOOmmZs in the other central area.
  • the consumption speed of the upper and lower targets 31, 32 (both ends in the comparative example) is set to twice the consumption speed of the central target 33 (central part in the comparative example).
  • vacuum arc discharge at an arc current of 1000 A was performed while the N gas flow rate was controlled.
  • the upper and lower targets 31, 32 reach the wear limit in 108 batches, and this Only the upper and lower targets 31, 32 that have reached the wear limit are replaced with unused ones. Subsequently, the CrN film is formed, and in the next 108 batches, the central target 33 reaches the wear limit, and at the same time, the upper and lower targets 31, 32 exchanged first reach the wear limit. In other words, the entire target 3 reaches the wear limit.
  • Table 1 The results are shown in Table 1.
  • Target material consumption (a) 6032 11308
  • the target material yield compared to the comparative example is less target material usage (a) than the target effective consumption (b). Can be improved.
  • the strength of the HIP molding during target production Since the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the get may be the same over the entire length of the target, the manufacturing cost of the target 3 can be reduced, and the cost of the film-formed product can be reduced.

Abstract

被処理物の略全長にわたって均一な膜厚分布を得ることができるとともに、ターゲット材料歩留まりの向上とターゲットの製造コストの低減を図ることができるアークイオンプレーティング方法とそのターゲットを提供することを目的とする。そのため、真空チャンバ1内に、少なくとも長手方向両端部31,32とそれ以外の中央部33とに分割可能なターゲット3が被処理物とともに配置される。皮膜形成時には、長手方向両端部31,32の消耗速度を中央部33の消耗速度よりも高くするようにターゲット表面のアークスポット位置が制御され、ターゲット3の中央部33が消耗限界に達するまでは、長手方向両端部31,32の少なくとも一方が消耗限界に達した時点でその端部のみを交換して皮膜形成が続けられる。

Description

明 細 書
アークイオンプレーティング方法及びこれに用いられるターゲット 技術分野
[0001] 本発明は、耐摩耗性向上のために切削工具、機械部品 (摺動部品)への硬質皮膜 の形成に用いるアークイオンプレーティング方法及びこの方法に使用するターゲット に関するものである。
背景技術
[0002] 被処理物上に皮膜を形成するための方法としてアークイオンプレーティングが知ら れている。このアークイオンプレーティングでは、真空雰囲気中にて、皮膜形成用の 蒸発されるべき材料よりなるターゲットを陰極とした真空アーク放電が行われる。この 放電は、前記ターゲット物質を蒸発させるとともにイオンィ匕する。このイオンィ匕したタ 一ゲット物質イオンは被処理物に導かれてその表面上に皮膜を形成する。このァー クイオンプレーティングを用いて金属の窒化物や金属の炭化物よりなる硬質皮膜を 形成するためには、真空チャンバ内に反応ガスを導入する反応性コーティング、例え ば、 Crよりなるターゲットに対して Nガスを導入することにより CrN皮膜を形成すると
2
いうような反応性コーティングが行われる。
[0003] 従来、このアークイオンプレーティングの一例として、特許文献 1には、長手方向両 端部が中央部側よりも太く形成されて ヽる円筒状のロッドターゲットを用いるアークィ オンプレーティング方法 (真空アーク蒸着方法)が開示されている。この従来のアーク イオンプレーティング方法を図 7〜図 10を用いて説明する。図 7は従来のアークィォ ンプレーティング方法を実施するための装置の概略構成図、図 8は図 7におけるロッ ドターゲットの正面図、図 9は同ロッドターゲットの正面断面図、図 10はロッドターゲッ トの製造方法を説明するための図である。
[0004] 図 7において、真空チャンバ 51内にロッドターゲット 52と被処理物(ワーク) 53とが 互いに長手方向中心線が平行又はほぼ平行となる状態で配置されている。前記ロッ ドターゲット 52は、途中に段差をもつ円筒状をなし、チャンバ 51の中央部に上下方 向に延びる起立姿勢で配置されて!、る。 [0005] 真空チャンバ 51の下部には回転テーブル 55が設けられ、この回転テーブル 55は 、ロッドターゲット 52の軸心と略一致する縦軸廻りに回転自在に支持されている。この 回転テーブル 55上に上下方向に延びる被処理物 53が保持部材 56を介して起立姿 勢で載置され、この被処理物 53は、回転テーブル 55の回転に伴って、ロッドターゲ ット 52の周囲を公転するとともに、保持部材 56とともに縦軸廻りに自転する。前記ロッ ドターゲット 52内には磁石 54が昇降自在に設けられている。
[0006] この装置は、さら〖こ、陽極と陰極をもつアーク電源 57を備え、その陰極が前記ロッド ターゲット 52の上端に接続され、陽極が前記真空チャンバ 51に接続される。つまり、 前記ロッドターゲット 52が陰極に設定され、前記真空チャンバ 51が陽極に設定され る。
[0007] 前記ロッドターゲット 52は、図 8及び図 9に示すように、長手方向両端部が中央部側 よりも太い形状をもつ。つまり、このロッドターゲット 52の長手方向両端部は大径部( 太い部分) 521, 521であり、中央部は小径部(細い部分) 522である。
[0008] このロッドターゲット 52の製作には、ターゲット物質の粉末を HIP (熱間等方加圧) 法で加圧する HIP処理が用いられる。具体的に、前記ロッドターゲット 52は、図 10に 示すように、前記 HIP処理を用いて前記大径部 521, 521及び前記小径部 522をそ れぞれ個別に単純円筒形状に成形する工程と、これら大径部 521, 521と小径部 52 2とが一体になるように組み立てる工程とを含む方法により製作される。
[0009] この従来のアークイオンプレーティング方法では、ターゲット 52と被処理物 53とが 互いに長手方向中心線が平行又はほぼ平行となる状態で配置され、ターゲット 52を 陰極とする真空アーク放電によってターゲット物質イオンが被処理物 53に導かれて その表面に皮膜を形成する。前記ターゲット 52には、大径部 521, 521からなる長手 方向両端部と小径部 522である中央部とを有するものが用いられるとともに、磁石 54 の昇降によってターゲット表面のアークスポット位置が制御される。この制御は、大径 部 521, 521の消耗速度を小径部 522の消耗速度より大きくしながら被処理物 53で の皮膜形成を進行させ、これにより、被処理物 53の略全長にわたって膜厚のバラッ キが ± 5%以内の均一な膜厚分布を得ることを可能にする。
[0010] もし、ターゲット長手方向にわたってターゲット消耗速度 (ターゲット材料蒸発量)が 均一であると、被処理物 53において均一な膜厚が得られる領域は被処理物中央付 近の範囲に限られてしまう。よって、被処理物の略全長にわたって均一な膜厚を得る ためには、ターゲット両端部での消耗速度を増やすことが必要である。
[0011] 従って、この従来のアークイオンプレーティング方法では、前記のような均一な膜厚 を得るために必要とされる消耗速度の分布に対応して、長手方向両端部が中央部側 よりも太く形成されているロッドターゲット 52が用いられる。このような形状のロッドター ゲット 52は、段差のない円筒状のターゲットに比べて利用効率が高ぐターゲット材 料の無駄が少ない。
[0012] し力し前述した従来のアークイオンプレーティング方法では、前記ロッドターゲット 5 2の製造効率が悪いという欠点がある。具体的に、このロッドターゲット 52は、その長 手方向両端部が中央部側よりも太い特殊な形状に制約されてしまう。このことは、ロッ ドターゲット 52の製造工程を複雑にする。また、さらなるターゲットのコスト低減が要請 されている。
特許文献 1 :特開 2004— 107750号公報(図 1〜図 3,図 9)
特許文献 2 :特開 2003— 301266号公報(図 1)
発明の開示
[0013] そこで本発明の目的は、被処理物の略全長にわたって均一な膜厚分布を得ること ができるとともに、従来技術に比べてターゲット材料歩留まりの向上とターゲットの製 造コストの低減を図ることができるようにした、アークイオンプレーティング方法及びそ のターゲットを提供することにある。
[0014] この目的を達成するため、本発明のアークイオンプレーティング方法では、真空チ ヤンバ内にターゲットと被処理物とを配置する配置工程と、前記ターゲットを真空ァー ク放電によって蒸発'イオンィ匕することによりターゲット物質イオンを生成し、このター ゲット物質イオンを前記被処理物に導いて皮膜形成を行う皮膜形成工程とが含まれ 、この皮膜形成工程では、ターゲットの長手方向両端部の消耗速度 (単位時間当たり の蒸発量)を該ターゲットの中央部の消耗速度より速くするようなターゲット表面のァ ークスポット位置の制御が行われる。この制御は、被処理物の略全長にわたって均一 な膜厚分布を得ることを可能にする。 [0015] さらに、本発明のアークイオンプレーティング方法では、前記ターゲットとして、少な くとも長手方向両端部とそれ以外の中央部とが分割可能なものが配置されて、前記 のように消耗速度を変化させる皮膜形成が行われる。その際に、ターゲットの少なくと も中央部が消耗限界に達するまでは、消耗速度の速い前記長手方向両端部のみが 交換される。このような部分的な交換は、前記ターゲットを構成する互いに分割可能 な各部分がいずれも消耗限界まで使用されることを可能にする。このことは、前記タ 一ゲットの形状にかかわらず、ターゲット有効消耗量に対するターゲット材料使用量 を少なくしてターゲット材料の歩留まりを向上させることを可能にする。これにより、タ 一ゲットの製造コストの低減及び低価格化、ひ 、ては皮膜形成品の低価格ィ匕を図る ことが可能になる。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]本発明の一実施形態によるアークイオンプレーティング方法を実施するための アークイオンプレーティング装置を示す概略構成図である。
[図 2]図 1におけるターゲットを説明するための断面図である。
[図 3]本発明に係るターゲットの交換手順を説明するための図である。
[図 4]本発明に係るターゲットの交換手順を説明するための図である。
[図 5]本発明に係るターゲットの交換手順を説明するための図である。
[図 6]本発明に係るターゲットの別の例を説明するための図である。
[図 7]従来のアークイオンプレーティング方法を実施するための装置の概略構成図で ある。
[図 8]図 7におけるロッドターゲットの正面図である。
[図 9]同ロッドターゲットの正面断面図である。
[図 10]ロッドターゲットの製造方法を説明するための図である。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 図 1は本発明の一実施形態によるアークイオンプレーティング方法を実施するため のアークイオンプレーティング装置を示す概略構成図である。
[0018] 図 1に示すように、この装置は真空チャンバ 1を備え、この真空チャンバ 1内に被処 理物(ワーク) 2とターゲット 3とが配置される。 [0019] 前記ターゲット 3は、円筒状をなし、上下方向に延びる起立姿勢で前記真空チャン ノ 1内の中央部に配置されて 、る。真空チャンバ 1内の下部に被処理物搭載用の回 転テーブル 4が設けられ、この回転テーブル 4上に複数個の被処理物(ワーク) 2が搭 載される。各被処理物 2は、本実施形態では、上下方向に垂直に延びる円筒状をな す。しかし、本発明の対象となる被処理物は円筒状のものに限られない。この被処理 物は、切削工具のような小物を多数並べたようなもの、棒状のもの、板状のものであ つてもよい。
[0020] 前記被処理物 2は、前記ターゲット 3の長手方向寸法 (高さ寸法)と比較的近い長手 寸法を有し、前記回転テーブル 4の回転に伴い、前記ターゲット 3に対して互いに長 手方向中心線が平行又はほぼ平行となる状態にて、回転テーブル 4の回転に伴って ターゲット 3の周囲を公転するとともに、縦軸廻りに自転する。この被処理物 2には、こ の被処理物 2に負のバイアス電圧を印加するための図示しな 、直流ノィァス電源が 接続される。
[0021] 前記真空チャンバ 1には、プロセスガス導入用のガス導入口 laと、真空排気系に連 絡する真空排気口 lbとが設けられて 、る。
[0022] この装置は、さらに、陰極及び陽極を有するアーク電源 7を備え、その陰極が前記 ターゲット 3の上端側部分に接続され、陽極が前記真空チャンバ 1に接続される。従 つて、この装置では、前記ターゲット 3が陰極に設定され、前記真空チャンバ 1がァー ス電位の陽極に設定される。前記アーク電源 7の陽極側には、トリガピンを有するァ ーク点火機構 8が抵抗を介して接続され、このトリガピンと前記ターゲット 3の外周面と の瞬間的な接触が真空アーク放電を生じさせる。
[0023] この真空アーク放電のアークスポット(放電スポット)は、前記ターゲット 3の外周面上 をかけめぐる。具体的に、この装置は、前記ターゲット 3内に昇降自在に設けられる永 久磁石 5と、この永久磁石 5を昇降させる磁石昇降装置 6とを備え、前記永久磁石 5 の昇降によって前記ターゲット 3の外周面上での前記アークスポットの位置の制御が 行われる。この制御は、前記ターゲット 3の長手方向についての消耗速度(単位時間 当たりの蒸発量)の分布を変化させることを可能にする。このアークスポットの位置制 御は、永久磁石以外の手段、例えば電磁コイルによっても行われ得る。 [0024] 図 2は図 1におけるターゲットを説明するための断面図である。
[0025] 図 2に示すように、前記円筒状のターゲット 3は、ターゲット上端部を構成する上タ 一ゲット 31と、この上ターゲット 31と同一寸法であってターゲット下端部を構成する下 ターゲット 32と、その間に配置される中央部を構成する中央ターゲット 33とを有し、こ れら 3つの部分に分割可能であるとともに、これらの部分が連結リング 10, 10によつ て相互連結されることにより一体化される。つまり、前記上ターゲット 31及び前記下タ 一ゲット 32と、前記中央ターゲット 33とは、互いに切離し可能に連結される。
[0026] 一方、真空チャンバ 1の天板には円環状の絶縁部材 16を介して上フランジ 11が取 り付けられ、この上フランジ 11には上下方向に延びる有底中空シャフト 13が取り付け られ、この有底中空シャフト 13の内部に冷却水が導かれる。この有底中空シャフト 13 の下端部外周面には雄ねじが形成され、この雄ねじにターゲット取付け用のナット 14 が装着されるとともに、このナット 14の上に下フランジ 12が配置される。前記連結リン グ 10, 10によって一体ィ匕されたターゲット 3は、有底中空シャフト 13の外側に嵌めら れた状態で、前記下フランジ 12及び前記ナット 14により上フランジ 11に固定される。
[0027] 前記上フランジ 11が取り付けられた前記有底中空シャフト 13は、ターゲット 3を冷却 するための冷却水の供給路とアーク電流の給電経路を兼ねている。この有底中空シ ャフト 13内に導かれた冷却水は、有底中空シャフト 13の下端部に設けられた孔を通 つて、この有底中空シャフト 13の周囲のターゲット 3内の冷却水排水路 15に流出し、 この冷却水排出路 15内を上向きに流れてターゲット 3内から導出される。前記図 1に 示される永久磁石 5 (図 2では図示省略)は、前記ターゲット 3の冷却水排水路 15内 に昇降自在に設けられている。
[0028] 前記上フランジ 11には、アーク電源 7の陰極側に連絡してアーク電流を流すパヮ 一ケーブル 17が接続されている。
[0029] 次に、前記アークイオンプレーティング装置を用いて行われる本実施形態のアーク イオンプレーティング方法にっ 、て説明する。
[0030] 本実施形態によるアークイオンプレーティング方法では、真空チャンバ 1内に、長手 方向寸法が比較的近いターゲット 3と被処理物 2とが互いに長手方向中心線が平行 又はほぼ平行となる状態で配置される。前記ターゲット 3は、真空アーク放電によって 蒸発'イオン化され、これにより生成されたターゲット物質イオンが被処理物 2に導か れてその表面に皮膜を形成する。この皮膜形成の際、ターゲット 3内の冷却水排水路 15に沿う永久磁石 5の昇降によりターゲット外周面上でのアークスポット位置の制御 が行われる。永久磁石 5の昇降速度を、アークスポットが上 ·下ターゲット 31, 32上に ある時よりもアークスポットが中央ターゲット 33上にある時の方が速くなるようにするこ とにより、上'下ターゲット 31, 32の消耗速度 (単位時間当たりの蒸発量)を中央ター ゲット 33の消耗速度より高い速度 (例えば 2倍の速度)にする。このような制御を伴う 被処理物 2への皮膜の形成は、円筒状の被処理物 2の略全長にわたって均一な膜 厚分布を得ることを可能にする。
[0031] この皮膜形成は、 1バッチ当り複数個の被処理物 2に対して行われる。この皮膜形 成が Nバッチ (Nは特定の自然数)繰り返されると、中央ターゲット 33に比べて消耗速 度が速い上ターゲット 31及び下ターゲット 32が当該中央ターゲット 33よりも先に消耗 限界に達する。この時点で、その消耗限界に達したものと未使用のものとの交換が行 われる。
[0032] 前記上 ·下ターゲット 31, 32の消耗速度は、中央ターゲット 33の消耗速度の 2倍の 速度に限られず、例えば 3倍や 4倍などの他の整数倍の速度であってもよい。また、 上'下ターゲット 31, 32の交換時期は必ずしも同時でなくてもよい。しかし、消耗速度 の遅い中央ターゲット 33の消耗限界による交換時期と、先に交換される消耗速度の 速い上 ·下ターゲット 31, 32の消耗限界による交換時期が重なるように、適当な処理 条件 (例えば前記上 ·下ターゲット 31, 32および前記中央ターゲット 33の各消耗限 界量(肉厚)、前記上,下ターゲット 31, 32と前記中央ターゲット 33との長さ比率、前 記上 ·下ターゲット 31, 32の消耗速度及び前記中央ターゲット 33の消耗速度)が調 節されると、ターゲットの管理が容易になり、ターゲット利用効率が向上する。
[0033] 図 3〜図 5は本発明に係るターゲットの交換手順を説明するための図である。
[0034] 前記 Nバッチ分の処理により消耗限界に達した上ターゲット 31 '及び下ターゲット 3 2'と当該 Nバッチ分だけ消耗した中央ターゲット 33'とからなるターゲットは、図 3に 示すように、有底中空シャフト 13からのナット 14の取り外しによって当該有底中空シ ャフト 13から抜き取られる。その後、図 4に示すように、前記ターゲットは分解され、さ らに、消耗限界に達した上 ·下ターゲット 31 ' , 32'に代えて未使用(新規)の上 '下タ 一ゲット 31, 32が前記中央ターゲット 33'に連結されることにより、当該未使用の上 · 下ターゲット 31, 32を含むターゲット 3'が新たに構築される。このターゲット 3'は、図 5に示すように、有底中空シャフト 13の外側に嵌められた状態で上フランジ 11に固 定される。
[0035] 前記上ターゲット 31のうち前記中央ターゲット 33'寄りの部位(上ターゲット 31の下 端部)には、前記上ターゲット 31と前記中央ターゲット 33'との連結位置における当 該上ターゲット 31の直径と当該中央ターゲット 33'の直径とを同一にするような先細り 状のテーパ部が形成されている。このテーパ部は、前記アークスポットが前記ターゲ ット 31, 33'間を移行する際に前記直径同士の差に起因するアークスポットの消弧を 確実に防止するためのものであり、必ずしもその形成を要しない。
[0036] 同様に、下ターゲット 32の中央ターゲット 33'寄りの部位(下ターゲット 32の上端部 )には、前記下ターゲット 32と前記中央ターゲット 33'との連結位置における当該下タ 一ゲット 32の直径と当該中央ターゲット 33'の直径とを同一にするような先細り状の テーパ部が形成されている。このテーパ部も、前記アークスポットが前記ターゲット 32 , 33'間を移行する際に前記直径同士の差に起因するアークスポットの消弧を確実 に防止するためのものであり、必ずしもその形成を要しない。
[0037] 引き続き、前回と同じ数の Nバッチだけ皮膜形成が繰り返されることにより、前記中 央ターゲット 33'が消耗限界に達すると同時に、先に (前回)交換された上 ·下ターゲ ット 31, 32も消耗限界に達する。この時点で、ターゲット全体力 図 2に示されるよう な未使用の新規なターゲット 3に更新される。このようにターゲット全体が新規なター ゲットに交換されるまでの長手方向両端部の交換頻度については、特に限定されな い。例えば、その中央部が 1回交換される間に、両端部が 2回交換されてもよいし、 3 回以上交換されてもよい。
[0038] 以上示した方法では、ターゲット 3を構成する分割可能な部分である上ターゲット 3 1、下ターゲット 32、及び中央ターゲット 33が、いずれも消耗限界まで使用されること が可能なので、前記特開 2004— 107750号公報に開示される従来技術に比べて、 ターゲット有効消耗量に対するターゲット材料使用量の削減及びターゲット材料の歩 留まりの向上を図ることができる。し力も、ターゲットの形状は特に制約されないことか ら、例えば当該ターゲットの形状をその長手方向に直交する断面形状寸法がターゲ ット全長にわたって均一な形状に設定することにより、ターゲット 3の製造コストの低減 を図ることができ、ターゲット 3のコストを下げることができる。この効果は、前記ターゲ ット 3の製造に HIP成形が用いられる場合に特に顕著である。例えば、前記従来技術 のように長手方向両端部が中央部側よりも太 、形状のロッドターゲットを用いる方法 において、このロッドターゲットを HIP処理を用いて成形する場合、その HIP処理の ためのターゲット材料収容カプセルとしてカプセル径が異なるものを複数種類用意し なければならないが、長手方向全域にわたって直径が均一なターゲットの製造では その工程及び設備が簡略化される。
[0039] 本発明のアークイオンプレーティング方法では、必要に応じてターゲットの中央部( 33)が複数個に分割されてもよい。この分割は、ターゲットが非常に長尺である場合( 例えばターゲットの全長が 600mm以上である場合)に有効である。
[0040] 本発明のアークイオンプレーティング方法において、ターゲットの長手方向両端部( 31, 32)と中央部(33)との消耗速度を変化させるためのアークスポットの位置制御 は、前記のような永久磁石 5の位置制御によるものに限られない。当該アークスポット の位置制御は、それ以外の公知の方法、例えばアノードの位置制御による方法ゃァ ノード電流バランスの調節による方法によっても実行され得る。
[0041] 本発明のアークイオンプレーティング方法に用いられるターゲットの未使用時の形 状は特に制約されない。この形状は、前記のような円筒形状の他、角柱形状や、図 6 に示すような平板形状でもよい。また、このターゲットは、その長手方向に直交する断 面の形状がターゲット全長にわたって同一のものに限られず、未使用時から両端部 の直径が中央部の直径よりも若干大き 、形状のものであってもよ!/、。
[0042] 以上示したアークイオンプレーティング方法では、真空チャンバ内にターゲットと被 処理物とを配置する配置工程と、前記ターゲットを真空アーク放電によって蒸発'ィォ ン化することによりターゲット物質イオンを生成し、このターゲット物質イオンを前記被 処理物に導いて皮膜形成を行う皮膜形成工程とが含まれ、この皮膜形成工程では、 ターゲットの長手方向両端部の消耗速度 (単位時間当たりの蒸発量)を該ターゲット の中央部の消耗速度より速くするようなターゲット表面のアークスポット位置の制御が 行われる。この制御は、被処理物の略全長にわたって均一な膜厚分布を得ることを 可能にする。
[0043] さらに、本発明のアークイオンプレーティング方法では、前記ターゲットとして、少な くとも長手方向両端部とそれ以外の中央部とが分割可能なものが配置されて、前記 のように消耗速度を変化させる皮膜形成が行われる。その際に、ターゲットの少なくと も中央部が消耗限界に達するまでは、消耗速度の速い前記長手方向両端部のみが 交換される。このような部分的な交換は、前記ターゲットを構成する互いに分割可能 な各部分がいずれも消耗限界まで使用されることを可能にする。このことは、前記タ 一ゲットの形状にかかわらず、ターゲット有効消耗量に対するターゲット材料使用量 を少なくしてターゲット材料の歩留まりを向上させることを可能にする。これにより、タ 一ゲットの製造コストの低減及び低価格化、ひ 、ては皮膜形成品の低価格ィ匕を図る ことが可能になる。
[0044] 前記配置工程では、前記被処理物と、この被処理物の長手方向の寸法と略同一の 長手方向の寸法をもつターゲットとが、当該被処理物の長手寸法と当該ターゲットの 長手寸法とが略平行となる姿勢で相対向していることが好ましい。
[0045] 前記配置工程では、長手方向に直交する方向の断面形状寸法がターゲット全長に わたって略同一であるターゲットを配置すること力 より好ましい。このようなターゲット は製造が容易で、そのコストの低減を図ることが可能である。
[0046] その一方、前記皮膜形成工程では、前記ターゲットのうちその中央部を残して長手 方向両端部のみを交換する際に、当該長手方向両端部として、当該長手方向両端 部と前記中央部との各連結位置における当該長手方向両端部の直径と当該中央部 の直径とを同一にする先細りテーパ部が形成されたものを前記中央部に連結するよ うにしてもよい。このテーパ部は、前記各連結位置における長手方向両端部の直径と 中央部の直径との差に起因するアークスポットの消弧を防ぐ。
[0047] 前記配置工程では、長手方向両端部と中央部との 3つの部分に分割可能なターゲ ットを配置し、前記皮膜形成工程では、前記中央部が消耗限界に達する当該中央部 の交換時期と、この中央部の交換時期よりも前に既に交換された長手方向両端部が 消耗限界に達する当該長手方向両端部の交換時期とが重なるように、前記長手方 向両端部の消耗速度と前記中央部の消耗速度とを調節しながら皮膜形成を行うこと 力 より好ましい。このように前記中央部の交換時期と前記長手方向両端部の交換時 期とが重なることは、前記中央部を前記長手方向両端部と同時に交換することを可 能にし、ターゲットの管理を容易にする。
実施例
[0048] 前記図 1に示す装置を用いて、本発明の実施例と比較例(前記特開 2004— 1077 50号公報に示される従来技術)とによるアークイオンプレーティングが行われる。
[0049] 被処理物 2は円筒形であって、外径: φ 90mm,長さ L : 500mmである。実施例の ターゲット 3は、全長が 700mmで円筒形をなし、両端部を構成する上 ·下ターゲット 3 1, 32 :外径 φ 130mm,内径 φ 50mm,長さ 150mm、中央部を構成する中央ター ゲット 33 :外径 φ 130mm,内径 φ 50mm,長さ 400mmであり、消耗限界力外径 φ 70である。また、比較例のターゲットは、全長が 700mmで段差を持つ円筒形をなし 、両端部:外径 φ 130mm,内径 φ 50mm,長さ 150mm、中央部:外径 φ 104. 4m m,内径 φ 50mm,長さ 400mmであり、消耗限界力 S外径 φ 70である。
[0050] そして、被処理物 2の略全長にわたって膜厚のバラツキが ± 5%以内の均一な膜厚 分布を得るために、永久磁石 5の昇降速度は、ストローク両端の 50mmの領域では 5 OmmZsに設定され、それ以外の中央部の領域では lOOmmZsに設定される。つま り、上'下ターゲット 31, 32 (比較例では両端部)の消耗速度は、中央ターゲット 33 ( 比較例では中央部)の消耗速度の 2倍の速度に設定される。装置の規模にも影響さ れるものの、通常、この消耗速度比にて最も広範囲に均一な膜厚分布が得られること が実験を含む経験上力 わ力つて 、る。
[0051] 実施例及び比較例ではともに、 Cr力 なるターゲットが用いられ、真空チャンバ 1内 にプロセスガスとして Nガスが導入され、真空チャンバ 1内の圧力を 3Paに保持する
2
ように Nガス流量が制御されながら、アーク電流 1000Aでの真空アーク放電が行わ
2
れる。この方法により、 1バッチ当り、 15個の被処理物 2に対して膜厚 10 mの CrN 皮膜の成膜が行われる。
[0052] 本発明の実施例では、 108バッチで上 ·下ターゲット 31, 32が消耗限界に達し、こ の消耗限界に達した上 ·下ターゲット 31, 32のみが未使用のものと交換される。引き 続き CrN皮膜の形成が行われ、次の 108バッチにて、中央ターゲット 33が消耗限界 に達すると同時に、先に交換された上 ·下ターゲット 31, 32も消耗限界に達する。つ まり、ターゲット 3全体が消耗限界に達する。この結果を表 1に示す。
[表 1]
比較例 (従来技術) 本発明例
ターゲット構成
3ト I: —31
! 33- - \ \
I 一 I · ! ! , - 32 上記 1セットで従来ターゲット (左図)の 2本分に相当する 消耗速度比 両端部:中央部 2:1 寸 「「
寸 00卜 2:1
両端部 外径 X長さ mm 013O L1寸Ό C Ι5O 013OXL15O
中央部 外径 X長さ mm 0104 .4 1) 013OXL4OO
Xし 400
消耗限界外径 mm 070 070
内径 mm 50 50
O
ターゲット材料使用量 (a) 6032 11308
cm3
有効消耗量 (b) cm3 両端咅 両端部 1414X4
中央部 中央部 3770
合計 9426
(1本分では比較例 (※ )と 同じ)
ターゲット材料歩留り 78. 1%
(b/a)
*1消耗速度比が両端部:中央部 =2:1である場合、両端部と中央部が同時に
消耗限界に達するように算出したもの [(1302-702): (χ2-702)=2:1より]
表 1からわ力るように、本発明の実施例では、比較例 (前記従来技術)に比べて、タ 一ゲット有効消耗量 (b)に対するターゲット材料使用量 (a)が少なぐターゲット材料 歩留まりの向上を図ることができる。し力も、ターゲット製造時の HIP成形に際しター ゲットの長手方向に直交する断面形状寸法がターゲット全長にわたって同一でよい ため、ターゲット 3の製造コストの低減を図ることができ、皮膜形成品の低価格化を図 ることがでさる。

Claims

請求の範囲
[1] ターゲットを用いて被処理物の表面に皮膜を形成するためのアークイオンプレーテ イング方法であって、
真空チャンバ内に、少なくとも長手方向両端部とそれ以外の中央部とに分割可能 なターゲットと被処理物とを配置する配置工程と、
前記ターゲットを陰極とする真空アーク放電によってこのターゲットを構成する物質 を蒸発させるとともにイオン化し、このイオン化により生じたターゲット物質イオンを前 記被処理物に導くことにより皮膜形成を行う皮膜形成工程とを含み、
前記皮膜形成工程では、前記長手方向両端部の消耗速度が前記中央部の消耗 速度よりも高くなるように前記ターゲットの表面のアークスポット位置の制御をし、かつ 、前記ターゲットの中央部が消耗限界に達するまでは、前記長手方向両端部の少な くとも一方が消耗限界に達した時点でその端部のみを交換して引き続き皮膜形成を 行う。
[2] 請求項 1記載のアークイオンプレーティング方法であって、
前記配置工程では、前記被処理物と、この被処理物の長手方向の寸法と略同一の 長手方向の寸法をもつターゲットとを、当該被処理物の長手寸法と当該ターゲットの 長手寸法とが略平行となる姿勢で相対向させる。
[3] 請求項 1記載のアークイオンプレーティング方法であって、
前記配置工程では、長手方向に直交する方向の断面形状寸法がターゲット全長に わたって略同一であるターゲットを配置する。
[4] 請求項 3記載のアークイオンプレーティング方法であって、
前記皮膜形成工程では、前記ターゲットのうちその中央部を残して長手方向両端 部のみを交換する際に、当該長手方向両端部として、当該長手方向両端部と前記中 央部との各連結位置における当該長手方向両端部の直径と当該中央部の直径とを 同一にする先細りテーパ部が形成されたものを前記中央部に連結する。
[5] 請求項 1記載のアークイオンプレーティング方法であって、
前記配置工程では、長手方向両端部と中央部との 3つの部分に分割可能なターゲ ットを配置し、 前記皮膜形成工程では、前記中央部が消耗限界に達する当該中央部の交換時期 と、この中央部の交換時期よりも前に既に交換された長手方向両端部が消耗限界に 達する当該長手方向両端部の交換時期とが重なるように、皮膜形成を行う。
請求項 1記載のアークイオンプレーティング方法に使用されるターゲットであって、 長手方向両端部と、その間に配置され、前記長手方向両端部とそれぞれ切離し可 能に連結される中央部とを有する。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100213054A1 (en) * 2009-02-24 2010-08-26 Industrial Technology Research Institute Vacuum coating apparatus with mutiple anodes and film coating method using the same
WO2016185714A1 (ja) * 2015-05-19 2016-11-24 株式会社アルバック マグネトロンスパッタリング装置用の回転式カソードユニット

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101886248B (zh) * 2009-05-15 2013-08-21 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 溅镀式镀膜装置
US20120193227A1 (en) * 2011-02-02 2012-08-02 Tryon Brian S Magnet array for a physical vapor deposition system
US20120193226A1 (en) * 2011-02-02 2012-08-02 Beers Russell A Physical vapor deposition system
US20120193217A1 (en) * 2011-02-02 2012-08-02 Tryon Brian S Segmented post cathode
CN103031524B (zh) * 2012-12-14 2014-11-05 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种离子沉积实现ito靶材背面金属化的方法
JP5941016B2 (ja) * 2013-05-27 2016-06-29 株式会社神戸製鋼所 成膜装置およびそれを用いた成膜方法
SG11201606347XA (en) 2014-03-18 2016-09-29 Canon Anelva Corp Deposition apparatus
CN111542645B (zh) * 2017-12-27 2022-07-26 佳能安内华股份有限公司 成膜方法及成膜装置
KR102145945B1 (ko) 2018-11-30 2020-08-21 한국생산기술연구원 다성분계 코팅막 복합 증착장치
US11283982B2 (en) 2019-07-07 2022-03-22 Selfie Snapper, Inc. Selfie camera
US20210203245A1 (en) * 2019-12-31 2021-07-01 Selfie Snapper, Inc. Electroadhesion device with voltage control module
USD939607S1 (en) 2020-07-10 2021-12-28 Selfie Snapper, Inc. Selfie camera
KR102509946B1 (ko) * 2022-07-11 2023-03-14 국형원 아크이온 증착장치
KR102509947B1 (ko) * 2022-07-20 2023-03-14 국형원 아크이온 증착장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60181268A (ja) * 1984-02-29 1985-09-14 Hitachi Ltd スパツタリングタ−ゲツト
JP2003301266A (ja) 2002-04-11 2003-10-24 Kobe Steel Ltd アークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源
JP2004107750A (ja) 2002-09-19 2004-04-08 Kobe Steel Ltd アーク蒸発源用のロッドターゲット、その製造方法及びアーク蒸着装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0658634B1 (en) * 1993-12-17 1999-03-10 KABUSHIKI KAISHA KOBE SEIKO SHO also known as Kobe Steel Ltd. Vacuum arc deposition apparatus
CZ293777B6 (cs) * 1999-03-24 2004-07-14 Shm, S. R. O. Otěruvzdorný povlak
US6436252B1 (en) * 2000-04-07 2002-08-20 Surface Engineered Products Corp. Method and apparatus for magnetron sputtering

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60181268A (ja) * 1984-02-29 1985-09-14 Hitachi Ltd スパツタリングタ−ゲツト
JP2003301266A (ja) 2002-04-11 2003-10-24 Kobe Steel Ltd アークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源
JP2004107750A (ja) 2002-09-19 2004-04-08 Kobe Steel Ltd アーク蒸発源用のロッドターゲット、その製造方法及びアーク蒸着装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1997932A4

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100213054A1 (en) * 2009-02-24 2010-08-26 Industrial Technology Research Institute Vacuum coating apparatus with mutiple anodes and film coating method using the same
US8663441B2 (en) * 2009-02-24 2014-03-04 Industrial Technology Research Institute Vacuum coating apparatus with mutiple anodes and film coating method using the same
WO2016185714A1 (ja) * 2015-05-19 2016-11-24 株式会社アルバック マグネトロンスパッタリング装置用の回転式カソードユニット
JPWO2016185714A1 (ja) * 2015-05-19 2017-11-02 株式会社アルバック マグネトロンスパッタリング装置用の回転式カソードユニット
KR20180006977A (ko) * 2015-05-19 2018-01-19 가부시키가이샤 알박 마그네트론 스퍼터링 장치용 회전식 캐소드 유닛
KR102053286B1 (ko) 2015-05-19 2019-12-06 가부시키가이샤 알박 마그네트론 스퍼터링 장치용 회전식 캐소드 유닛

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