JP2002105629A - 連結可能な工作物キャリヤを備える真空装置 - Google Patents
連結可能な工作物キャリヤを備える真空装置Info
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Abstract
工作物の短時間処理を可能にする。 【解決手段】 工作物処理のための真空装置が、低ボル
トアーク放電配置を中央に、かつ装入開口部3cを側面
に備える、排気可能な処理室1cを有する。工作物キャ
リヤと装置側の受容装置との間の連結装置は、受容装置
からの/への簡便な持ち上げないし載置による、処理さ
るべき工作物とキャリヤとの簡単な装入および取り外し
を可能にする。好ましくは、工作物キャリヤが処理室の
中央軸の周りに回転可能なように配置される。
Description
放電配置がその中央軸に配置された排気可能な処理室
と、処理室の側壁に装着された少なくとも一つの被覆ソ
ースと、さらに工作物が、場合によってはさらなる工作
物保持器に載せられてその上に据え付けられる工作物キ
ャリヤとを備える、工作物処理のための真空装置に関す
るものである。
ロセスにおいて、真空被覆の前および/または後に、洗
浄および/または加熱段階があることが知られている。
そのような段階は特に、布設層に優れた付着強度を付与
するために必要である。これは特に、工作物、特に工具
や機械的に高負荷の部材が摩耗に強い硬質材層で被覆さ
るべき場合に重要である。そのような層は、例えば穴あ
け器、フライスや変形工具のような工具、ないし歯車、
噴射用ノズル、タペット、カム軸のような部材、ならび
にその他、高速移動する部材、または高負荷がかかる部
材において、極めて高い機械的負荷および研磨負荷にさ
らされる。したがって、基板層との極めて優れた付着
は、有効かつ経済的利用の前提となる。そのような工作
物に有効な前処理方法は加熱、特に電子衝撃による加熱
であり、またイオンエッチングないしスパッタエッチン
グによるエッチングである。例えば、プラズマ放電から
のイオン衝撃による加熱はDE 33 30 144に
よって周知のものとなった。プラズマ放電経路はまた、
例えばアルゴンイオンのような重い不活性ガスを発生さ
せるためにも使用可能であるが、この場合、不活性気体
はプラズマから工作物ないし基板へと加速され、DE
28 33 876に記載されているように、上記工作
物ないし基板をスパッタエッチングする。スパッタエッ
チングの他に知られているのは、さらに活性ガスを用い
てプラズマ放電を促進し、工作物を反応化学エッチング
するという方法であるが、この反応エッチングとスパッ
タエッチングとの混合形態もまた可能である。上述の方
法では、補助手段として処理室がしばしば、好ましくは
ヘルムホルツのコイル対のような電子磁石コイル配置に
よって包囲されるが、これによってプラズマにさらに影
響を与えることが可能となり、例えばプラズマ密度の上
昇、ないしプラズマ包囲の集中等が可能となり、それに
よってより強いイオン衝撃が生じ、あるいはプラズマ処
理中にコイル電流を例えば変化させることによって、装
置内のプラズマ分布を制御すること等が可能である。
は、その後の被覆が基板に上手く付着するよう、工作物
表面を整えることである。上記配置においてプラズマ発
生させるには、装置の中央軸に配置された低ボルトアー
ク放電が使用されるが、その際工作物は一定の距離をお
いてこのアークの周りに、シリンダー表面に沿って配置
される。続いて加熱蒸着または陰極スパッタ、あるいは
アーク蒸着のように、それらの混合形態で被覆が行われ
る。その場合、それぞれのプロセスに従って、被覆中
の、それぞれの基板バイアスによってさらなるイオン衝
撃が生じるが、これはイオンめっき(ion plat
ing)として知られている。
で低ボルトアーク放電から大きなイオン流を引き出すこ
とが可能であり、したがって工作物を傷めずに処理可能
である点である。被覆さるべき部材は物理的に、低ボル
トアークに点火するため装置中央に装着された装置の周
りに移動配置される必要があるが、そのためには機械的
構造が比較的複雑になる。したがって今日、被覆さるべ
き部材は、装置軸を中心として回転対称に配置され、ま
たそれ自体が好ましくは回転木馬(カリューゼル)状の
個々の工作物キャリヤに回転運動するように装着された
工作部物保持器に固定されることが多い。さらに、様々
なプロセス段階を実施するために、中央に配置された陽
極および個々の工作物保持器ないし工作物キャリヤに異
なる電位を与え、かつこれらを互いに、さらには質量電
位におかれた装置に対して電気的に絶縁せねばならな
い。必要とあれば温度センサやその他の計測装置のため
に、さらにその他の電気引込み線が設けられ得る。上述
のように機械的かつ電気的条件が複雑であるため、同時
に多数の、あるいは個々に相応の重量のある部材を被覆
するための工業施設では、工作物保持器ないし回転木馬
状の工作物キャリヤが回転運動可能なように、しかしな
がら簡単には解除され得ないように、装置ないし装置基
底部と接合された。しかしながら側面開口部からの装入
および取り出しは、特に低ボルトアーク放電配置が中央
位置に取付けられているため、困難である。したがっ
て、大工業に使用される際には、装置基底部をその上に
据え付けられた工作物キャリヤと共に液圧によって、ま
たは主軸駆動装置によって沈降させることが可能な配置
が選択された。さらに考えられる形態では、受容器が上
方に持ち上げられる。両者に共通するのは、搬出入開口
部として形成された装置基底部ないし受容器のための全
ての供給管(例えば冷却水や電気)を費用のかかる可動
部として設けられねばならないという問題点である。さ
らに、必要とされる構造の高さ、およびそのような装置
の装入および積み下ろしの際の長い停止時間は不経済で
ある。
5,709,784では特に大工業大量生産に適した装
置が公開された。そこでは、この規模(被覆幅1000
mm以上)の低ボルトアーク放電配置を備えるPVD装
置に初めて、簡単な正面装入および取り出し部が設けら
れた。さらに、少なくとも一つの低ボルトアーク放電配
置が、その直線方向が可動工作物キャリヤと平行に、受
容器の側面に装着された。しかしながら中央被覆空間の
外側における非対称配置は、低ボルトアーク放電配置が
中央に配置された場合と比較すると、幾何学的条件が制
限されるため取り扱い上有利ではない。
の課題は、現行技術における上述の欠点を回避し、さら
に真空処理装置における工作物の短時間処理を可能に
し、特に装置の停止時間を短縮し、簡易な構造およびよ
り高い経済性を提供することである。
リヤが、動力および媒体結合連結装置によって処理室基
底部の受容装置と解除可能なように接続され、かつ被覆
室がその側面に、特に好ましくは正面側に、断面が工作
物キャリヤのそれより大きい閉鎖可能な開口部を有する
ことによって、したがって工作物キャリヤが、場合によ
ってはさらなる工作物保持器に取付けられた工作物と共
に取り外され、真空装置から取り出され得ることによっ
て、達成される。
とによって、そのような放電装置の対称配置の利点を全
て備えた処理室中央軸からの、エッチングないしイオン
強化被覆が可能となる。さらに、場合によっては磁気プ
ラズマ焦点合わせの対称性により利点が得られる。工作
物キャリヤと受容装置との連結が解除可能であることに
より、好ましくは特に処理室側面の開口部を介して、工
作物キャリヤの迅速な装入および取り出しが可能であ
る。
結合ガイドおよび接続装置が設けられるが、これらの装
置は真空装置の受容装置における対応する部材と一致す
る。取り外しの際には、真空装置内の工作物キャリヤ
が、例えば適切なリフト装置によって持ち上げられて、
連結解除される。逆に装入の際には、処理室の受容装置
上に工作物キャリヤが下ろされることによって、動力お
よび媒体結合接続が成立する。ある好ましい実施形態で
は、受容装置の対応する窪み、好ましくは穿孔に係合す
るガイドピン、好ましくは自動心出しアーバによる、解
除可能な連結のためのガイドおよび接続装置が実現され
る。さらなる例では、アーバが工作物キャリヤまたは受
容装置に取付け可能であり、あるいはその両者が組み合
わされる。さらに、ガイドピンの非対称配置によって、
工作物キャリヤと受容装置との位置対応が明確となる。
ャリヤは処理室の中央軸の周りを回転可能である。この
発明は、現行技術に対応し、場合によっては、それぞれ
の使用目的に合致した工作物保持器をさらに備える、そ
の他の工作物キャリヤの使用を許容する。
は、工作物キャリヤのための受容装置を真空室中央軸に
おいて回転可能なように実施することである。もう一つ
の有利な特徴であるエンジン駆動によってまた、場合に
よっては、工作物キャリヤ上にこれもまたカリューゼル
として実施され得るさらなる工作物保持器に載せられ
た、処理を施されるべき工作物は被覆ソース/エッチン
グソースの側を通過させられ、均一な処理が可能とな
る。
端部に受容装置が装着され、かつその下方軸端部が雰囲
気領域内にある垂直な中空軸として形成されると、従来
の装置によって真空密の回転ダクトが実現され得る。そ
の場合有利なことに、エンジン駆動装置は整備のため手
が届きやすいように外側に取付け可能であり、かつ中空
軸を通して測定管、制御管および供給管(電流供給、バ
イアス電圧、測定管、冷却媒体)が処理室内に導かれ得
る。電気接続は、例えばすべり接触、スライダ接触、ば
ね接触またはコンセントによって成立し得る。
装置は、工作物キャリヤおよび工作物を備える処理室の
ための高速ガス冷却/加熱システムを有し、これによっ
て、ガス流入システムを介して処理室内にガスを流入さ
せ、装置内で活性循環させることができる。ガスを循環
させるには、好ましくは初期真空発生装置の部材を利用
することが可能である。ガスの熱を奪い、あるいは補給
するガス熱交換器が循環システムに取付けられると、工
作物への冷却/加熱効果が好ましくは、構造上容易に得
られる。熱交換機の逆冷却は水または空気にあてること
により行われ、加熱は例えば電気によって行われ得る。
ガスには、ヘリウム、窒素、化成ガス(窒素とわずかな
パーセンテージの水素)またはその他、現行技術におい
て知られているガスが使用される。圧力制御装置は、圧
力領域が基本的に100mbarから大気圧の間、好ま
しくは800mbarとなるよう調整する。
作物保持器、受容装置、または装置のその他適切な箇所
に、工作物保持器および受容装置の明確な装入および取
り外し位置を確定または維持できるようにする機械装置
または電気機械装置が設けられ得る。そのような位置の
調整は、原動機によって有利に制御可能である。これに
適しているのは、例えばエンドスイッチ、誘導近接スイ
ッチ、機械的ストッパーまたは類似の装置である。
電気接続は、さらなる実施形態によると、対応するよう
に受容装置と工作物保持器とに設けられ得る接触部を介
して成立し得る。これらの接続は好ましくはすべり接
触、スライド接触、ばね接触またはコンセントとして成
立し得る。ガイドおよび接続装置の実施形態に応じて、
媒体結合接続は点―点接触または点―軸対称環状表面接
触、あるいはその他の周知の実施形態で実現される。
装置の構成要素として、ただし装置からは電気的に絶縁
されて設けられる。受容装置の回転軸上に中央に取付け
られる陽極は極めて簡単な形状である。この陽極は、機
能が損なわれることなく、受容装置と共に回転するよう
に実現され得る。実施形態に応じて、陽極は工作物キャ
リヤのための受容装置の下方または上方に配置され得
る。上方に装着された位置では、陽極は受容装置平面に
おいて水平に分割可能なように形成可能であり、その上
方の解除可能な部材は陽極ヘッドとして取り外し可能で
ある。これは、整備および装置清掃の際に有利である。
水は、基本的に軸に平行な管を介して、下方部が中空シ
リンダーとして形成されるのが有利な陽極に供給され、
陽極ヘッド内の対応する組み込み機械部材によって分割
され、続いて陽極中空シリンダーまたは第二の基本的に
軸に平行な管を介して排出され得る。この際の導入およ
び排出は、陽極の雰囲気側の下方端部において回転運動
するよう固定された連結エレメントによって行われるの
が有利である。
まるか、あるいは少なくとも陽極ヘッドが工作物キャリ
ヤと共に装置から取り外されるかによってさらに、工作
物キャリヤの載置ないし持ち上げによって自動的に作動
する、冷却媒体の供給ないし排出のための連結装置が設
けられ得る。
処理室が、プラズマに影響を与えるためのヘルムホルツ
コイル対式の磁気コイルによって囲まれ得る。少なくと
も一つの、好ましくは下方の、直径の小さいコイルが、
装置規定部の外側に、駆動装置の中空軸と同心で取付け
られると、さらなる利点が得られる。すなわちこれによ
って、側面供給および取り出し開口部を受容室により柔
軟に配置することが可能となる。驚くべきことに、この
ように大きさを変えることによってプラズマへの影響が
干渉されることはまずない。さらなる実施形態による
と、コイルの直径をより小さく、巻数をより多くするこ
とができ、したがって磁場を調整するためのさらなる可
能性が得られる。また、下方コイルのための、個々に調
整される独立した電流/電圧供給も可能であろう。
この発明の説明がなされる。
される装置の概略図である。受容室1aの中央軸19に
はイオン化室4および陽極5が配置される。陽極は下方
から5aのように装置基底部を通って導入されるか、あ
るいは上方から、5a′に図示されたように装置内に導
入され得る。低ボルトアークを安定化させるためさら
に、装置には上部コイル6aおよび下部コイル7aが取
付けられる。回転載置された工作物保持器2は、装入開
口部3aとして形成された装置基底部上か、あるいは同
様に装入開口部3a上に取付けられた、ここでは図示さ
れない、同様に回転運動する工作物キャリヤ上に固定さ
れる。
示された装入および取り出しは、装入開口部3aの下方
への移動によってのみ実施され得る。その結果、装置構
造の高さが高くなり、それに応じたスペースが必要とさ
れ、かつ装入および取り出しが面倒で時間がかかる、と
いう欠点が生じる。同じことが、個々には図示されない
が、装入および取り出しのために受容室が上方に持ち上
げられる形態にもあてはまる。上記両形態には、装入開
口部3aとして形成された装置基底部ないし受容部1a
のための全ての供給管(冷却水および電気)をコストの
高い可動タイプとして設けねばならない、というさらな
る欠点がある。
口部3bを有する低ボルトアーク放電配置を備える真空
装置を示す。イオン化室4および陽極5bからなる、少
なくとも一つの低ボルトアーク放電配置はさらに、受容
室1bの側面に、工作物キャリヤ10上に可動装着され
た工作物保持器2に平行に取付けられる。
れた、イオン化室4と陽極5cとからなる低ボルトアー
ク放電装置、上部コイル6c、下部コイル7c、蒸化ソ
ース21、工作物キャリヤ10c、工作物保持器2、な
らびに前方からアクセスできる装入開口部3cを備え
る、この発明による真空処理装置の概略図である。真空
ポンプスタンド、ガス供給部、測定管、調整および制御
装置、ならびに操作エレメントのような、その他の周知
の装置構成要素はここでは図示されない。
かかわらず、受容室につながる真空密の移行部になる、
コストはかかるが容易に分離可能な媒体供給を確実にす
るために(工作物キャリヤにおける基板電圧、ならびに
必要とあれば様々な測定電圧、陽極における、ないし陽
極への陽極電圧および冷却水)、以下の図面について説
明される、この発明による様々な解決法が考えられた。
全ての実施形態に共通なのは、工作物キャリヤ10が、
ここには詳細には図示されないが既知の吊り上げ装置、
例えばフォークリフトによって、ベアリング23を備え
る基礎プレート24から簡単に持ち上げられ、その上に
固定された工作物保持器2ならびに被覆された工作物が
装置から取り出され得る、という点である。その際に
は、工作物キャリヤの下方縁部を十分な遊びをもって、
陽極5の上方縁部上に持ち上げるだけで十分である。し
たがって全体では、連結された被覆位置から2,3セン
チメートル、最大でも約1デシメートルまで持ち上げる
だけでよい。
的に容易に実現可能な構想を示す。ここでは陽極5d
が、基礎プレート24dの下側、ないし工作物キャリヤ
10dの下側に取付けられることによって、冷却水供給
管18および陽極電流供給管17dが偏心で設置され得
る。これには、中空軸11d内にその他の媒体管のため
のより大きな空間が残される、という利点がある。この
実施形態において重要なのは、低ボルトアークがここに
は図示されないイオン化室から陽極5dへと、できるだ
け干渉されずに燃焼できるように、基礎プレート24d
と/または工作物キャリヤ10dとを構成することであ
る。これは例えば、基礎プレート24dおよび/または
工作物キャリヤ10dにスポークを設けることによって
可能である。低ボルトアークに晒されるそのような組み
込み部材がエッチングによって過度に損なわれるのを妨
げるため、これらの部材は、バイアス電位から絶縁され
質量電位におかれた板金で保護されるのが有利である。
が基本的に平行に、工作物キャリヤ10の基礎表面に、
またはいくらかその上方に取付けられるため、陽極5と
イオン化室4との間において、視覚的に遮るもののない
視界の接続が成立する。これによって、プラズマプロセ
スにおいては普通の、異なる電位の組み込み部材間の暗
黒部間隔に注意すると、干渉二次プラズマが形成される
ことなく、安定した低ボルトプラズマが点火され、かつ
維持され得る。
を介して陽極電流供給17eが行われるが、この実施例
は、工作物キャリヤ用のその他の測定管が全く必要とさ
れない場合に有利である。
される。ここでは、基板バイアス供給16および陽極電
流供給17fが雰囲気側において、好ましくは中空軸1
1fないし陽極5fへのすべり接触25gによって行わ
れる。中空軸11f内を導かれ、かつ共に動く、少なく
とも一つの測定エレメント供給管8f,gの測定は、雰
囲気側において、それぞれ必要に応じて設けられるいく
つかのスライド接触(図示されず)を介して行われる。
基礎プレート24fから工作物キャリヤへの信号伝達は
少なくとも一つのコンセントを介して行われ、その際の
微細な位置決めは好ましくは、例えば相互に被さった錐
面によって心出しされたベアリング23fを介して行わ
れる。
解除可能な、受容装置の基礎プレートへの工作物キャリ
ヤの連結によって初めて、中央に配置された低ボルトア
ーク放電装置が設けられたPVD(物理的蒸着)被覆装
置に、正面装入開口部を設けることが可能である。これ
によって、装置室の容積が同じか、または同様のその他
の装置に比して、明らかに低い構造が得られる。これに
よって可能となった極めて迅速な装入および取り出しは
特に、そのような装置の生産性に有利に働く。例えば二
つ以上の複数の工作物キャリヤが使用されると、被覆さ
れた工作物を有する工作物キャリヤは、被覆されていな
い工作物を有する工作物キャリヤと迅速に交換可能であ
る。したがって、工作物保持器の装着は、被覆プロセス
の間に行われ得る。
ことによって得られる、さらなる本質的利点は、必要と
あれば被覆プロセスの間でも、特にエッチングから被覆
工程に移行する際に、さらなるイオン化が可能である点
である。これは、特に反応ガスを用いて実施されるスパ
ッタプロセスにおいてしばしば有利であることが証明さ
れた。例えばそれによってまた、様々な層構造を有する
特定のナノ積層構造の布設が可能となる。
初めて、アーク被覆においてもまたそのような被覆プロ
セス、ないし低ボルトアークエッチングと被覆工程との
間の流れるような移行を実現することが可能である。さ
らに必要とあれば、そのように配置された低ボルトアー
ク放電装置によって、工作物をプロセス温度まで加熱し
得る。
て、プロセスを中断せずにスパッタプロセスおよびアー
ク被覆プロセスを分離して順番にまたは、取り混ぜて行
い、同時に中央低ボルトアークプラズマによるプラズマ
前処理ないしプラズマ強化を組み入れることができる。
放電配置を備える真空装置を示す。
配置を備える真空装置を示す。
る図である。
を示す図である。
を示す図である。
とめた図である。
室、2 工作物保持器、3a 装入開口部、3b 取り
出し開口部、3c 装入開口部、4 イオン化室、5,
5b,5c,5d 陽極、6a 上部コイル、7a,7
c 下部コイル、8 測定管、10c,10d 工作物
キャリヤ、11d,11f 中空軸、16 基板バイア
ス、17d 陽極電流供給管、18 冷却媒体、19
中央軸、21 蒸化ソース、23f ベアリング、24
d,24f 基礎プレート、25e,25g すべり接
触、26 スライド接触。
Claims (14)
- 【請求項1】 中央軸(19)に低ボルトアーク放電配
置が配置される排気可能な処理室(1)と、処理室の側
壁に装着された少なくとも一つの被覆ソース(21)
と、さらに場合によってはさらに工作物保持器(2)に
載った工作物がその上に据え付けられる工作物キャリヤ
(10)とを備える、工作物処理のための真空装置であ
って、工作物キャリヤ(10)が動力および媒体結合連
結装置によって、処理室基底部の受容装置と解除可能な
ように接続され、かつ処理室はその側面に、好ましくは
正面側に取付けられた、断面が工作物キャリヤ(10)
のそれより大きい閉鎖可能な開口部を有するので、工作
物キャリヤは、場合によってはさらなる工作物保持器
(2)に据え付けられた工作物と共に取り外され、真空
装置から取り出し可能であることを特徴とする、真空装
置。 - 【請求項2】 連結装置が特に、工作物キャリヤおよび
受容装置の動力連結ガイド装置および接続装置からな
り、好ましくは、工作物キャリヤ(10)ではガイドピ
ントして、特に有利なのは自動心出しアーバとして形成
され、さらに受容装置では前記ガイドピンに対応する窪
みとして、特に有利なのは穿孔として形成されるので、
工作物キャリヤが適切なリフト装置で持ち上げられると
連結が分離され、工作物キャリヤが受容装置上に下ろさ
れると、解除可能な接続が成立することを特徴とする、
請求項1に記載の真空装置。 - 【請求項3】 工作物キャリヤが処理室(1)の中央軸
(19)の周りに回転可能なように配置されることを特
徴とする、請求項1または2に記載の真空装置。 - 【請求項4】 工作物キャリヤ(10)のための受容装
置が処理室(1)の中央軸(19)において回転可能な
ように配置されることを特徴とする、請求項1から3の
いずれかに記載の真空装置。 - 【請求項5】 回転可能な受容装置が基本的に、排気可
能な処理室の外側にエンジン駆動装置を備える垂直な中
空軸(11)として形成され、かつ、好ましくは陽極電
流供給(17)、基板バイアス(16)、冷却媒体(1
8)および測定管(8)である媒体の導通装置を有する
ことを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の
真空装置。 - 【請求項6】 処理装置内における工作物保持器の装入
位置および取り出し位置を確定する手段、好ましくはエ
ンドスイッチ、誘導近接スイッチ、機械式ストッパーま
たは同類の機械式または電気機械式装置を備えることを
特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の真空装
置。 - 【請求項7】 解除可能な連結の電気接続装置がすべり
接触(25)、スライド接触(26)、ばね接触または
コンセントからなることを特徴とする、請求項1から6
のいずれかに記載の真空装置。 - 【請求項8】 真空装置が、工作物キャリヤおよび工作
物を備える処理室のための、ガス流入システム、ガス循
環装置およびガス熱交換器を備える急速冷却/加熱シス
テムを有することを特徴とする、請求項1から7のいず
れかに記載の真空装置。 - 【請求項9】 ガス急冷/加熱システムが、基本的に1
00mbarから大気圧までの圧力領域のための、好ま
しくは800mbarでの圧力調整装置を備え、かつガ
スにはヘリウム、窒素または化成ガスが使用されること
を特徴とする、請求項8に記載の真空装置。 - 【請求項10】 低ボルトアーク放電配置の陽極が、回
転可能な受容装置の中央に装着されることを特徴とす
る、請求項1から8のいずれかに記載の真空装置。 - 【請求項11】 陽極(5)が受容装置平面において水
平方向に分割可能であり、上部解除部材は陽極ヘッドと
して取り外し可能であることを特徴とする、請求項10
に記載の真空装置。 - 【請求項12】 処理室におけるプラズマ影響のため
に、永久磁石のような磁場発生器が、好ましくは磁石コ
イル(6,7)、さらに好ましくはヘルムホルツ式コイ
ルが取付けられることを特徴とする、請求項1から8の
いずれかに記載の真空装置。 - 【請求項13】 ヘルムホルツ式コイル対の一方のコイ
ル(7c)の直径が、他方(6c)のそれより小さく、
かつ処理室の下方中央に、処理室中央軸を中心に配向配
置されることを特徴とする、請求項12に記載の真空装
置。 - 【請求項14】 前記コイルはその巻数が異なり、好ま
しくは直径が小さい方が巻数が多いことを特徴とする、
請求項13に記載の真空装置。
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