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Pvd处理装置以及pvd处理方法

发布时间:2019-12-02

  [0002] 以提高切削工具的耐磨耗性以及提高机械部件的滑动接触面的滑动接触特性为 目的,通过物理蒸镀(PVD)法,对成为切削工具以及机械部件的基材(成膜对象物)进行成 膜,具体而言,进行TiN、TiAIN、CrN等皮膜的形成。作为使用于此种成膜的装置,已知有电 弧离子镀(AIP)装置以及溅射装置等PVD处理装置。

  [0003] 作为此种PVD处理装置,已知有一种组合多个PVD方法来形成复合皮膜的装置。例 如已知有用电弧离子镀方法在基材(工件)的表面形成硬质皮膜,然后用溅射装置在硬质 皮膜上形成润滑皮膜的装置。由此,通过交替使用多种PVD方法,能够在基材的表面形成复 合皮膜。

  [0004] 例如,在专利文献1公开了一种PVD处理装置,其具备:收容溅射蒸发源和真空电 弧蒸发源双方的腔室;基板保持件;以及用于在使用所述两蒸发源中的其中一个时关闭另 一蒸发源的遮板,通过依次限制两蒸发源的使用或者同时使用两蒸发源,能够在基材形成 多种皮膜。在该PVD处理装置中,这些蒸发源以各蒸发源的靶材朝向相同方向的方式被排 列。所述基板保持件在所述基板从各蒸发源的靶材离开一定距离的位置保持该基板,且使 其旋转。通过该旋转,所述基板从正对其中一个靶材的位置向正对另一个靶材的位置移动, 据此,在双方的靶材的正面交替地进行成膜,来形成复合皮膜。

  [0005] 此外,在专利文献2公开了一种PVD处理装置,其具备:收容溅射蒸发源和真空电 弧蒸发源的真空腔室;以及被设置在所述真空腔室的内部的圆筒状的夹具,在该夹具的外 周面安装基材。在该装置中,通过使所述夹具公转(旋转),能够依次使用两蒸发源,据此, 能够在基材的表面形成多种薄膜。

  [0006] 上述的专利文献1和专利文献2的PVD处理装置中,在成膜对象为呈平板状的基 板的情况下,能够形成具有均等的膜厚的皮膜,但是难以对如钻子或芯片那样的圆筒状的 部件的外周面进行成膜。这是因为,在圆筒状的部件的外周面进行成膜时,需要使该部件即 基材自转,但是,专利文献1和专利文献2的PVD处理装置中,没有设置使基材自转的机构。 因此,专利文献1和专利文献2的PVD处理装置不能进行对所述部件的成膜。

  [0007] 此外,即使是上述的PVD处理装置,例如若在成膜过程中不仅进行基材的公转,而 且进行基材的自转,就能形成上述的复合皮膜。例如,通过在真空腔室内设置绕公转轴公转 的公转台、在公转台上设置绕平行于公转轴的自转轴自转的自转台、在该自转台搭载基材 并使其自转以及公转、以及在公转台的径外侧设置不同种类的蒸发源,从而能够在基材的 表面形成上述的复合皮膜。

  [0008] 然而,即使在使用具备上述的自转公转功能的装置等来使基材自转以及公转的情 况下,如果自转台相对于公转台的旋转比(齿轮比)未被设定为适合的数值,则存在不能获 得均质的复合皮膜的问题。例如,在公转台与自转台的旋转比被设定为适合的数值的情况 下,能够获得圆环状的皮膜以同心状层叠的剖面形状的复合皮膜,但是,如果公转台与自转 台的旋转比未被设定为适合的数值,则有可能形成具有不均质的结构的复合皮膜。具体而 言,在复合皮膜中包含圆环中周向的一部分欠缺的C字状的皮膜,或者产生圆环中只有周 向的一部分重合的皮膜。

  [0013] 本发明的目的在于提供一种通过使基材自转以及公转,在该基材的外周面形成良 好的复合皮膜的PVD处理装置以及PVD处理方法。

  [0014] 本发明提供一种PVD处理装置,用于对多个基材的表面进行成膜,其包括:真空腔 室,收容所述多个基材;公转台,被设置在所述真空腔室内,一边支撑所述多个基材一边使 这些基材绕公转轴公转;多个自转台,各自一边支撑所述多个基材中的一个,一边使该基材 在所述公转台上绕平行于所述公转轴的自转轴自转;多个靶材,采用互不相同的种类的成 膜物质形成,并且在所述公转台的径向外侧分别被配置在互相在周向上分离的多个位置; 以及台旋转机构,伴随所述公转台的旋转,使各自转台绕所述自转轴旋转。所述台旋转机构 在基材通过从所述多个靶材的各个中央向圆弧引出的两个切线之间的期间,使搭载该基材 的所述自转台相对于所述公转台以180°以上的角度自转,所述圆弧包络各所述自转台。

  [0015] 而且,本发明提供一种PVD处理方法,用于对多个基材的表面进行成膜,该方法包 含以下步骤:准备PVD处理装置,该PVD处理装置包括:真空腔室,收容所述多个基材;公转 台,被设置在所述真空腔室内,一边支撑所述多个基材一边使这些基材绕公转轴公转;以及 多个靶材,采用互不相同的种类的成膜物质形成,并且在所述公转台的径向外侧分别被配 置在互相在周向上分离的多个位置;在所述基材通过从所述多个靶材的各个中央向圆弧引 出的两个切线之间的期间,使该基材绕平行于所述公转台的所述公转轴的自转轴而相对于 该公转台以180°以上的角度自转并进行PVD处理,所述圆弧包络各所述基材的外周面。

  [0017] 图2A是表示所述PVD处理装置的各自转台不自转的情况下的基材的成膜状态的 俯视图。

  [0018] 图2B是表示所述各自转台自转的情况下的基材的成膜状态的俯视图。

  [0019] 图3A是表示本发明的实施例以及比较例中使用的PVD处理装置的主要部分的外 观的立体图。

  [0025] 图6A是表示在本发明的实施例中形成在基材的外周面上的复合皮膜的剖面俯视 图。

  [0026] 图6B是表示以往例中形成在基材的外周面上的复合皮膜的剖面俯视图。

  [0027] 图7是表示本发明的实施例中形成在基材的外周面上的复合皮膜、即其一部分皮 膜的周向的一部分互相重合的复合皮膜的剖面俯视图。

  [0028] 参照附图,说明本发明的实施方式的PVD处理装置1。本实施方式的PVD处理装置 1是使用两种以上的PVD法,或者在同一种PVD法中交替或同时使用两种以上的靶材,在基 材W的表面上形成复合皮膜的装置。在以下的实施方式所涉及的PVD处理装置1中,例如 在PVD法中使用电弧离子镀法和溅射法双方形成复合皮膜。

  [0029] 图1是表示所述实施方式所涉及的PVD处理装置1的俯视图。该PVD处理装置1 具备线。所述线 包围处理室,该处理室能够使用未图示的真空栗等排气至达到真空或极低压力。所述公转 台3、所述多个自转台4、所述多个靶材5以及所述台旋转机构6被收容在所述线 -边支撑多个基材W-边使所述各基材W公转。所述多个自转台4 一边支撑 多个基材W-边使该基材W在所述公转台3上自转。所述各靶材5采用互不相同的种类的 成膜物质形成,在所述公转台3的径向外侧分别被配置在互相在周向上分离的位置。所述 台旋转机构6以规定的齿轮比使所述公转台3和所述自转台4分别旋转。

  [0030] 如图1所示,所述公转台3是一边支撑所述多个基材W-边绕公转轴7旋转,从而 能够使所述各基材W绕该公转轴7公转的圆板状的部件,在图例中,所述公转轴7被设定为 在所述线内沿上下方向延伸的轴。所述各自转台4在该公转台3的外缘附近被配 置在互相在周向上分离的多个(图例中为8个)位置,且分别支撑所述基材W。所述台旋转 机构6被设置在所述公转台3的下方,使该公转台3绕上述的公转轴7以例如图1的箭头 所示从上方观察按顺时针方向回转,从而使所述各基材W绕所述公转轴7沿所述方向公转。 [0031] 所述各自转台4是外径小于所述公转台3的外径的圆板状的部件,具有能够搭载 所述基材W的上表面。各自转台4通过所述台旋转机构6以绕平行于公转轴7的自转轴8 自转的方式被驱动。搭载于各自转台4的所述基材W例如是钻子或芯片等那样具备沿周向 呈圆弧状弯曲的外周面的物品,在该弯曲的外周面上形成皮膜。本实施方式所涉及的基材 W为圆筒体物品,但是成为本发明所涉及的成膜的对象的基材并不限定于圆筒体。例如,前 端尖的圆锥状的部件、或者包含多个圆板状的部件的基材组合且这些部件互相层叠而作为 整体呈圆筒状的外形的基材也包含在本发明中所说的基材中

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