[发明专利]真空成膜装置

说明书

技术领域

本发明涉及可实现通过在真空状态下对许多基材施加电压而在基材的表面形成薄膜的真空成膜方法（例如，包括离子电镀（ion plating）（包括AIP法）、溅射法、等离子体CVD法以及它们的组合）的真空成膜装置。

背景技术

1980年代以后，以提高切削工具的寿命为目的，通过AIP（Arc Ion Plating：电弧离子镀）法或溅射法等真空成膜方法在基材形成TiN、TiAlN等硬质皮膜。此外，近年来，以提高表面的耐磨损性和耐烧伤性为目的，在活塞环（piston ring）和汽车的发动机构件等金属的机械构件中广泛地进行CrN、DLC（Diamond-Like-Carbon：类金刚石碳）等的耐磨损性镀覆（coating）。

进行这样的真空成膜的装置以一次均匀地处理大量的基材（构件）为目的，将基材搭载在旋转的台（table）上（根据需要，使用夹具等），一边在各基材施加以等离子体产生或膜质调整为目的的电压一边形成皮膜。

例如，专利文献1公开了具备等离子体产生部、多尖点（multi cusp）磁场产生部、保持旋转部的成膜装置。等离子体产生部使配置有成为成膜对象的基材的真空腔室内产生等离子体。多尖点磁场产生部形成将由等离子体产生部产生的等离子体束缚在基材的周边的空间（束缚空间）的多尖点磁场。保持旋转部保持基材并且以束缚空间的中心附近为中心轴进行旋转。在该成膜装置中，所有的基材经由载置该基材的台与电源的一方的电极连接而施加偏置电压。这些基材通过与电源的另一方的电极连接而将接地电位的真空腔室作为异性极产生辉光放电，由此，生成等离子体。然后，原料气体被该等离子体分解而在基材表面上形成皮膜。

此外，专利文献2公开了通过等离子体CVD法在被处理物（基材）的表面形成膜被的等离子体CVD装置。该等离子体CVD装置具备真空腔室、等离子体产生部、反射部、原料气体导入部。在真空腔室的内部配置有上述被处理物。等离子体产生部使真空腔室内产生等离子体。反射部以与等离子体产生部相向的方式设置在真空腔室内，使等离子体朝向该等离子体产生部反射。该反射部的使等离子体反射的部分由金属制绒（wool）形成。原料气体导入部向真空腔室内导入成为膜被的材料的原料气体。在该等离子体CVD装置中，被处理物（形成皮膜的对象物）与DC电源连接而被施加偏置电压。然后，由等离子体枪在真空腔室的中央部产生的等离子体分解原料气体，此时，通过偏置电压施加在包围该等离子体的周围的被处理物，从而形成皮膜。

此外，专利文献3公开了具备真空腔室、公转台、基材固定器（holder）、溅射蒸发源以及偏置电源的物理性沉积装置。这些公转台、多个基材固定器以及溅射蒸发源配置在真空腔室内。公转台能在配置有基材固定器的设置面的中央以与该设置面正交的旋转轴为旋转中心进行旋转。多个基材固定器以包围所述旋转轴的方式配置在公转台的设置面上。各基材固定器以可自转方式分别设置在所述载置面上，保持基材。溅射蒸发源配置在与所述基材固定器相向的位置。偏置电源分别与所述各基材固定器连接。该偏置电源能对所述各基材固定器分别施加负的脉冲状的偏置电压。由此，在各基材固定器所保持的基材施加相同的电压。此外，专利文献1还公开了在与基材固定器相向的位置配置有电弧蒸发源的结构。偏置电源为1台，在各基材固定器施加相同电压。

此外，专利文献4公开了AIP装置。在该AIP装置中，AIP法的圆筒状电弧蒸发源被置于圆筒状的腔室内的中心（沿腔室的中心轴），搭载于旋转台的多个基材以在周方向上包围该圆筒状电弧蒸发源的方式配置。该AIP装置以在圆筒状电弧蒸发源中生成的蒸气从腔室的中心朝向径方向外侧供给的方式构成。圆筒状电弧蒸发源与电弧电源的负极连接，在其表面生成弧斑（arc spot）而使皮膜原材料蒸发。电弧蒸发源需要成对工作的阳极。因此，在该AIP装置中，因为搭载在旋转台的基材在其周方向上包围圆筒状电弧蒸发源，所以，作为有效地工作的阳极，（1）在圆筒状电弧蒸发源的周边配置有多个棒状的阳极，或（2）在圆筒状电弧蒸发源的两端部附近配置有环状的阳极。

在上述的专利文献1公开的成膜装置中存在以下的问题。

在专利文献1公开的成膜装置中，皮膜还附着在成膜对象的基材以外的部分，例如真空腔室内壁等。真空腔室的内壁不像基材那样每次都更换。因此，成膜处理越持续，堆积在真空腔室侧的绝缘皮膜就堆积得越厚。而且，随着该堆积的皮膜的膜厚增大，真空腔室内壁的电阻会增大，存在以该内壁为一方的电极而产生的等离子体的生成变得不稳定或者操业条件偏离最佳的条件的情况。