JPH093634A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金型、軸等の部材の基板に均一な薄膜が容易
に形成出来る薄膜形成装置を得ることを目的とする。 【構成】 真空槽１内に配置された薄膜形成材料供給手
段１０、１１を回転台１３に載せ、真空槽１の上方に支
持された基板１６に向けて放出させながら回転台１３を
回転することにより、基板１６の所定の部分に薄膜を形
成する。また、凹凸の大きなものに対しては、回転台１
３を回転しながら、薄膜形成材料供給手段１０、１１を
円周方向、上下方向に移動可能できる。 【効果】 面積の大きな基材、あるいは凹凸の大きな基
材に対しても、基板を回転しないで均一な薄膜が形成で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】金型等の部材の表面に金属薄膜を
形成する薄膜形成装置、特に大面積の部材に薄膜を形成
する薄膜形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から金型、工具、あるいは軸部材等
の摺動部材の表面に、窒化チタン（ＴｉＮ）等の硬質の
薄膜を形成して耐摩耗性、耐熱性等を向上させる方法が
とられている。硬質の薄膜を形成する方法としては、例
えば、特開平５ー４３７８６号公報に示された図１０に
示されたものがある。図１０において、１は真空槽、２
は真空槽１の内部を真空引きする真空排気手段、３は薄
膜形成材料を溶融し蒸発させる蒸発槽、４は溶融された
薄膜形成材料、５は薄膜形成材料の加熱手段、６は蒸発
槽３から放出された薄膜材料のクラスタをイオン化する
イオン化手段であり、薄膜材料供給手段１０は、蒸発槽
３、薄膜形成材料４、加熱手段５、イオン化手段６で構
成されている。８は反応ガス供給源、９は吸気されたガ
スをイオン化するガスイオン化手段であり、ガスイオン
発生手段１１は、反応ガス供給源８、ガスイオン化手段
９、で構成されている。１６は薄膜を形成する部材の基
板であり、真空槽１内の上方に支持される。

【０００３】このように構成された薄膜形成装置では、
例えば薄膜材料として窒化チタン（ＴｉＮ）を形成する
場合には、溶融槽３内にチタン（Ｔｉ）を加熱手段５に
よって加熱して蒸発させ、チタン蒸気はイオン化手段６
によってクラスタイオンとなり、加速電極７によって加
速されて真空槽１内に放出されて、一部は周囲の窒素ガ
スイオンと結合して窒化チタン（ＴｉＮ）となり、一部
はクラスタイオンのまま基板１６の表面に衝突侵入し、
一方、窒素ガスもガスイオン発生手段１１の部分でイオ
ン化し、加速されて基板表面に衝突侵入し、基板表面に
強固な窒素（ＴｉＮ）の薄膜を形成する。

【０００４】上記従来の構成は、薄膜形成材料供給手段
１０及びガスイオン発生手段１１は真空槽１内の所定の
位置に固定されており、基板１６の大きさによっては所
要部分の全面に照射することができないので、薄膜形成
材料供給手段１０及びガスイオン発生手段１１の位置を
途中でずらせることが必要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の薄
膜形成装置では、薄膜材料の蒸発槽３は固定されてお
り、イオン化された薄膜形成材料は、基板１６の一定の
部分に向けて照射されるので基板の面積が大きい場合、
あるいは照射する面に凹凸が大きい場合等は所要部分全
面に均一に薄膜を形成することができないという問題点
があった。また、基板を回転して照射すると、照射面は
ある程度の大きさまで照射することができるが、基板の
重量が重い場合、あるいは面が極端に大きい場合は回転
することが困難であるという問題点もあった。

【０００６】この発明は上記問題点を解消するためにな
されたものであり、基板に凹凸が大きい場合、基板面が
大きい場合、あるいは大型で重量も重い場合においても
薄膜は均一に付着し、所要厚さの薄膜が付着できる薄膜
形成装置を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
わる薄膜形成装置は、真空槽内の上部に配置された基板
に向けて、薄膜形成材料を放出する薄膜形成材料供給手
段を、真空槽内の下部に配置された外部より回転可能な
回転台の上に配置したものである。

【０００８】この発明の請求項２に係わる薄膜形成装置
は、真空槽内の上部に配置された基板に向けて、薄膜形
成材料を放出する薄膜形成材料供給手段を、電子ビーム
加熱またはイオンクラスタビームによる薄膜材料蒸発手
段及びガスイオン発生手段として、真空槽内の回転可能
な回転台の上に配置したものである。

【０００９】この発明の請求項３に係わる薄膜形成装置
は、回転台上に配置された薄膜材料蒸発手段及びガスイ
オン発生手段に電力を供給する電力供給機構を備えたも
のである。

【００１０】この発明の請求項４に係わる薄膜形成装置
は、回転台の回転軸に設けられたガス回転供給機構より
回転軸内を貫通してガスイオン発生手段に至る流路を形
成して反応ガスをガスイオン発生手段に供給するように
したものである。

【００１１】この発明の請求項５に係わる薄膜形成装置
は、回転台に冷媒流路を形成し、回転軸に設けられた冷
媒回転供給機構より回転軸内を貫通して回転台の冷媒流
路に至る流路に冷媒を流して回転台を冷却するようにし
たものである。

【００１２】この発明の請求項６に係わる薄膜形成装置
は、バイアス電源により、真空槽内の上部に設けられた
基板支持部材に負のバイアス電圧を印加したものであ
る。

【００１３】この発明の請求項７に係わる薄膜形成装置
は、回転台に設置された薄膜形成材料供給手段を装置運
転中に回転台の外周方向の任意の位置に移動可能に構成
したものである。

【００１４】この発明の請求項８に係わる薄膜形成装置
は、回転台に設置された薄膜形成材料供給手段の基板に
照射する角度を任意の角度に調整可能に構成したもので
ある。

【００１５】この発明の請求項９に係わる薄膜形成装置
は、回転台に設置された薄膜形成材料供給手段は、外周
方向及び上下方向の任意の位置に調整可能に構成したも
のである。

【００１６】

【作用】この発明の請求項１においては、真空槽内の下
部に配置された回転台上に、薄膜形成材料供給手段を設
置し、回転しながら真空槽上部に固定された基板に薄膜
形成材料を照射するようにしたので、基板を回転しなく
ても所要部分に薄膜が容易に形成できる。

【００１７】この発明の請求項２においては、真空槽内
の下部に配置された薄膜形成材料供給手段を、電子ビー
ム加熱またはイオンクラスタビームによる薄膜材料供給
手段及びガスイオン発生手段として、真空槽内の回転可
能な回転台の上に配置したもので、所望の均一な薄膜が
容易に形成できる。

【００１８】この発明の請求項３においては、回転台上
に配置された薄膜形成材料供給手段及びガスイオン発生
手段に電力を供給する電力供給機構を備えたものとした
ので、薄膜形成材料供給手段は、回転台の回転中におい
ても、安定して動作させることができ、基板に均一な薄
膜が容易に形成できる。

【００１９】この発明の請求項４においては、回転台の
回転軸に設けられたガス回転供給機構より回転軸内を貫
通してガスイオン供給源に至たる流路を形成して反応ガ
スをガスイオン発生手段に供給するようにしたので、ガ
スイオン発生手段を回転台の回転中においても安定して
動作させることが出来る。

【００２０】この発明の請求項５においては、回転台に
冷媒流路を形成し、回転軸に設けられた冷媒回転供給機
構より回転軸内を貫通して回転台の冷媒流路に至る流路
に冷媒を流して回転台を冷却するようにしたので、高温
に加熱されている薄膜形成材料供給手段によって回転台
が加熱されても温度上昇が押さえられて安定して動作さ
せることが出来る。

【００２１】この発明の請求項６においては、バイアス
電源により、真空槽内の上部に設けられた基板支持部材
に負のバイアス電圧を印加したので、真空槽中に放出さ
れた金属イオン、窒素ガスイオンは基板に向けてバイア
ス電圧により加速されて吸着するので侵入深さの深い強
固な薄膜が形成される。

【００２２】この発明の請求項７においては、回転台に
設置された薄膜形成材料供給手段を装置運転中に回転台
の外周方向の任意の位置に移動可能に構成したので、基
板に対して、真空槽を開口することなく広範囲に照射す
ることが出来る。

【００２３】この発明の請求項８においては、回転台に
設置された薄膜形成材料供給手段の基板に照射する角度
を任意の角度に調整可能に構成したので、基板に対して
真空槽を開口することなく広範囲に照射することが出来
る。

【００２４】この発明の請求項９においては、回転台に
設置された薄膜形成材料供給手段は、外周方向及び上下
方向の任意の位置に調整可能に構成したので、回転台の
回転中に、薄膜形成材料供給手段の位置を最適位置にし
て均一な薄膜が効率よく形成できる。

【００２５】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明による一実施例の構成図であ
る。図において、１は真空槽、２は真空排気手段、１０
は薄膜材料蒸発手段であり、従来例と同じく薄膜形成材
料を過熱する手段及びイオン化する手段を有している。
１１はガスイオン発生手段であり、図示しないガス供給
手段により供給されたガスをイオン化して真空槽１内に
放出するようになっている。１３は回転台であり、下方
に回転軸１４が取り付けられ、真空槽１の下部を貫通し
ている。１５は回転台１３の回転軸１４が真空槽１の下
部を貫通する部分が回転しても真空槽の真空度を維持す
る真空保持機構、１６は薄膜が形成される基板、１７は
基板１６を支持する基板支持部材、１８は回転台１３を
駆動する回転駆動機構、１９は基板に負のバイアス電圧
を印加するバイアス電源である。

【００２６】この構成においては、真空槽１の内部が所
定の真空度に真空引きされ、回転台を回転しながら、薄
膜材料蒸発手段１０は、薄膜を形成する金属例えばチタ
ンを加熱手段により加熱し、イオン化手段によりイオン
化して基板１６に向けて放出し、ガスイオン発生手段１
１では反応ガス例えば窒素ガスを注入して、イオン化し
て真空槽１内に放出する。真空槽１内においては、金属
チタンイオン及び窒素ガスイオンの一部は結合して窒化
チタンとなって基板に照射され、大部分は金属チタンイ
オン及び窒素ガスイオンのまま基板１６に照射される。
回転台１３上の薄膜材料蒸発手段１０、およびガスイオ
ン源１１は基板１６の周囲を回転しながら基板に向けて
金属チタンイオン、窒素ガスイオンを放出し、基板に印
加されているバイアス電圧により、それぞれのイオンは
基板１６に吸引されて加速し、高速度で基板１６表面に
衝突侵入し、金属チタンと窒素ガス結合して強固な窒化
チタン薄膜を形成する。

【００２７】以上のように、この実施例１．では、薄膜
材料蒸発手段１０、およびガスイオン発生手段１１は基
板１６の周囲を回転しながら基板に向けて薄膜形成材料
を照射するものであり、基板１６の必要な薄膜形成の面
積が大きい場合においても、均一な薄膜を形成すること
が出来る。

【００２８】実施例２．実施例２．の構成を図２に示
す。この実施例２．は実施例１．の図１に示す構成の回
転軸部分に、真空槽１内の薄膜材料蒸発手段１０、ガス
イオン発生手段１１を動作させる電力を供給する電力供
給手段を設けたものである。図２において真空槽１の内
部の構成は図１と同一であるので説明は省略する。

【００２９】図２に示す電力供給手段の詳細を図３、図
４に示す。２４は外周を接触部２４ａとし、内径部に真
空槽１内の装置に接続された接続リード２４ｂを接続し
た接触リング、２５は複数の接触リング２４の間に間挿
された絶縁部材であり、接触リング２４、絶縁部材２５
は必要個数が積層されて回転軸下部に取り付けられてい
る。２６は接触リング２４の外周に接触して電力を供給
する接触子である。

【００３０】このように構成された薄膜形成装置は、真
空槽１内の回転台上に設けられた薄膜材料蒸発手段１
０、ガスイオン発生手段１１に容易に電力が供給され、
安定した運転が出来る。

【００３１】実施例３．実施例３．の構成を図５に示
す。この構成は、実施例２の図３に示す構成に反応ガス
の供給口のガス回転供給機構３０を設けたものである。
図５において真空槽１内の構成及び電力供給手段につい
ては、図３の構成と同一であるので説明は省略する。反
応ガス供給口のガス回転供給機構３０部分の詳細を図
６、図７に示す。２７は可動リングであり、内径部から
ガスイオン源１１に連通させた接続管２７ａが取り付け
られ、回転軸の電力供給手段の下部に取り付けられてい
る。可動リング２７の外周部にパッキン２９を介して固
定リング２８が嵌め込まれた可動リング２７、接続管２
７ａ、固定リング２８、パッキン２９でガス回転供給機
構３０が構成されている。固定リング２８の外周に反応
ガスを導入する配管が反応ガス供給口との間に取り付け
られている。このように構成された実施例３．は回転台
が回転中においても反応ガスを自由に供給出来る。

【００３２】実施例４．実施例４．の構成を図８に示
す。この構成は、実施例１．〜実施例３．の構成とほぼ
同じであり、回転台の内部に冷媒の通路を設け、回転台
が過度に加熱されることに対して温度上昇しないように
したものである。回転台３３は冷媒が流通可能に中空に
構成され、回転軸部の下方に、実施例３．のガス回転供
給機構３０と同じ構造の冷媒回転供給機構４０を取り付
け、回転台３３に冷媒を循環させるようにしたものであ
る。図８において、３３は回転台であり、中空状に構成
され、冷媒流路３３ａが形成されている。回転軸下方に
可動リング３７、固定リング３８、パッキン３９、接続
管３７ａで構成される冷媒回転供給機構４０が取り付け
られている。冷媒供給口には冷媒配管３８ａ、３８ｂが
接続され、内径部には接続管３７ａ、３７ｂにより冷媒
回転供給機構４０の可動リング３７と回転台の内径部を
接続して、冷媒が回転台に流通可能に構成されている。

【００３３】このように構成して回転台に冷媒を流通さ
せると、高温度になる薄膜材料蒸発手段１０、ガスイオ
ン発生手段１１が直接回転台の上に載っていても、回転
台が高温になることはなく、安定した運転が出来る。

【００３４】実施例５．実施例５．の構成を図９に示
す。実施例５．は実施例３．の薄膜材料蒸発手段１０及
びガスイオン発生手段１１のそれぞれについて、回転台
１３の円周方向、及び上下方向に移動可能な移動装置を
付加したものである。図９において、４３は薄膜形成材
料供給手段の薄膜材料蒸発手段１０、ガスイオン発生手
段１１をそれぞれ円周方向に移動する円周方向移動手
段、４４は薄膜材料蒸発手段１０、ガスイオン源１１を
それぞれ上下方向に移動する上下方向移動手段である。
４５は薄膜材料蒸発手段１０、ガスイオン発生手段１１
の照射方向を調整する放出方向調整装置である。その他
の構成は図５の実施例と同じであり説明は省略する。

【００３５】このように構成すると、薄膜材料蒸発手段
１０及びガスイオン発生手段１１のそれぞれについて基
板１６に対して円周方向及び上下方向に移動できるの
で、基板１６の大きさ、形状に合わせて円周方向、上下
方向に回転しながら移動すると、基板１６の薄膜形成面
の形状が複雑なものであっても膜厚の均一な薄膜を容易
に形成できる。特に凹凸の大きな基板の場合は、薄膜材
料蒸発手段１０を上方に移動し、放出方向調整装置４５
により放出方向を調整することで基板に斜め方向から照
射することができ、基板の側面、内面にも均一に薄膜を
形成することが出来る。基板１６の位置によっては、放
出方向の調整のみで最適位置を設定する場合もある。

【００３６】

【発明の効果】この発明の請求項１に係わる薄膜形成装
置は、真空槽内の下部に配置された回転台上に、薄膜形
成材料供給手段を設置し、回転しながら真空槽上部に固
定された基板に薄膜形成材料を照射するようにしたの
で、基板を回転しなくても所要部分に均一な薄膜が容易
に形成できる。

【００３７】この発明の請求項２に係わる薄膜形成装置
は、真空槽内の下部に配置された薄膜形成材料供給手段
を、電子ビーム加熱またはイオンクラスタビームによる
薄膜材料供給手段及びガスイオン発生装置として、真空
槽内の回転可能な回転台の上に配置したので、所要部分
に均一な薄膜が容易に形成できる。

【００３８】この発明の請求項３に係わる薄膜形成装置
は、回転台上に配置された薄膜形成材料供給手段に電力
を供給する電力供給機構を備えたものとしたので、薄膜
形成材料供給手段は、回転台の回転中においても、安定
して動作させることができ、基板に均一な薄膜が容易に
形成できる。

【００３９】この発明の請求項４に係わる薄膜形成装置
は、回転台の回転軸に設けられたガス回転供給機構より
ガスイオン発生手段に反応用ガスを供給するようにした
ので、イオン供給源を回転台の回転中においても安定し
て動作させることが出来る。

【００４０】この発明の請求項５に係わる薄膜形成装置
は、回転台に冷媒流路を形成し、回転軸に設けられた冷
媒回転供給機構より回転台の冷媒流路に至る流路に冷媒
を流して回転台を冷却するようにしたので、高温に加熱
されている薄膜形成材料供給手段によって回転台が加熱
されても温度上昇が押さえられて安定して動作させるこ
とが出来る。

【００４１】この発明の請求項６に係わる薄膜形成装置
は、バイアス電源により、真空槽内の上部に設けられた
基板支持部材に負のバイアス電圧を印加したので、真空
槽中に放出された金属イオン、窒素ガスイオンは基板に
向けてバイアス電圧により加速されて吸着するので侵入
深さの深い強固な薄膜が形成出来る。

【００４２】この発明の請求項７に係わる薄膜形成装置
は、回転台に設置された薄膜形成材料供給手段を装置運
転中に回転台の外周方向の任意の位置に移動可能に構成
したので、真空槽を開口することなく広範囲に照射する
ことが出来る。

【００４３】この発明の請求項８に係わる薄膜形成装置
は、回転台に設置された薄膜形成材料供給手段の基板に
照射する角度を任意の角度に調整可能に構成したので、
基板に対して真空槽を開口することなく広範囲に照射す
ることが出来る。

【００４４】この発明の請求項９に係わる薄膜形成装置
は、回転台に設置された薄膜形成材料供給手段は、外周
方向及び上下方向の任意の位置に調整可能に構成したの
で、回転台の回転中に、薄膜形成材料供給手段の位置を
最適位置にして均一な薄膜が効率よく形成出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１．の構成を示す断面図で
ある。

【図２】 この発明の実施例２．の構成を示す断面図で
ある。

【図３】 電力供給手段の集電部分の部分断面図であ
る。

【図４】 電力供給手段の部分断面図である。

【図５】 この発明の実施例３．の構成を示す断面図で
ある。

【図６】 反応ガスの供給口の回転供給機構部の部品断
面図である。

【図７】 反応ガスの供給口の回転供給機構部の部分断
面図である。

【図８】 この発明の実施例４．の構成を示す断面図で
ある。

【図９】 この発明の実施例５．の構成を示す断面図で
ある。

【図１０】 従来の薄膜形成装置の構成を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 真空槽、２ 真空排気手段、１０ 薄膜材料蒸発手
段、１１ ガスイオン発生手段、１３ 回転台、１４
回転軸、１５ 真空保持機構、１６ 基板、１７ 基板
支持部材、１８ 回転駆動機構、１９ バイアス電源、
２４ 集電リング、２５ 絶縁部材、２６ 接触子、２
７ 可動リング、２８ 固定リング、２９ パッキン、
３０ ガス回転供給機構、３３ 回転台、３３ａ 冷媒
通路、３７ 可動リング、３８ 固定リング、３８ａ
冷媒配管、３８ｂ 冷媒配管、３９ パッキン、４０
冷媒回転供給機構、４３ 円周方向移動装置、４４ 上
下方向移動装置、４５ 放出方向調整装置。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空槽、該真空槽内上部に設けられた基
   板支持部材、上記真空槽内下方に設けられ、真空槽の下
   面を貫通して外部より回転駆動する円筒軸を有する回転
   台、回転軸貫通部の密封構造を保持する真空保持機構、
   上記回転台を回転駆動する回転駆動機構、上記回転台上
   に、回転台の中心より偏心して設置された少なくとも１
   槽の薄膜形成材料供給手段、上記真空槽を所定の真空度
   に排気する真空排気手段及び蒸発金属と反応する反応ガ
   スを供給するガス注入口を備えた薄膜形成装置。
2. 【請求項２】 薄膜形成材料供給手段は、電子ビーム加
   熱またはイオンクラスタビーム方式の薄膜材料蒸発手段
   及び、反応ガスをイオン化するガスイオン発生手段であ
   ることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
3. 【請求項３】 上記回転台は、回転台の回転中において
   も、薄膜材料蒸発手段及び、ガスイオン発生手段に電力
   を供給する電力供給機構を備えたことを特徴とする請求
   項１記載の薄膜形成装置。
4. 【請求項４】 蒸発金属と反応する反応ガスを供給する
   ガス注入口は、回転台の回転軸部に設けられたガス回転
   供給機構より回転軸内を貫通して、ガスイオン発生手段
   に直接供給されるように連通していることを特徴とする
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の薄膜形成装
   置。
5. 【請求項５】 回転台の内部に冷媒が流通可能に冷媒通
   路が形成され、この冷媒通路に回転台の回転軸部に設け
   られた冷媒回転供給機構より冷媒が供給されるように冷
   媒通路が形成されていることを特徴とする請求項１乃至
   請求項４のいずれかに記載の薄膜形成装置。
6. 【請求項６】 真空槽上部に設けられた基板支持部材に
   バイアス電圧を印加するバイアス電源を備えたことを特
   徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の薄膜
   形成装置。
7. 【請求項７】 回転台に設置された薄膜形成材料供給手
   段は、装置運転中に回転台の外周方向の任意の位置に移
   動可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至
   請求項６のいずれかに記載の薄膜形成装置。
8. 【請求項８】 薄膜形成材料供給手段は、基板への入射
   方向が任意の方向に調整可能に構成されていることを特
   徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の薄膜
   形成装置。
9. 【請求項９】 薄膜形成材料供給手段は、回転台の円周
   方向及び上下方向の任意の位置に調整可能に構成されて
   いることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか
   に記載の薄膜形成装置。