CN105555995B - 成膜装置以及成膜方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种成膜装置以及成膜方法。此成膜装置具备包含电极部21及靶材料22的溅镀电极23。作为直流电源41，使用能够以相对于靶材料22的表面积成为每平方厘米25瓦特以上的施加电力的方式对溅镀电极23施加直流电压。腔室10经由开闭阀39而与涡轮分子泵37连接。作为该涡轮分子泵37，使用最大排气速度为每秒300公升以上。

Description

成膜装置以及成膜方法
技术领域
本发明涉及一种成膜装置，尤其涉及一种对树脂制造的工件(work)执行利用溅镀(sputtering)的成膜的成膜装置以及成膜方法。
背景技术
例如，汽车头灯(head lamp)的反射器(reflector)或仪表类使用经射出成型的树脂制品。而且，对于所述树脂制品，为了进行镜面抛光或使其具有金属质感，而借由以铝(aluminum)等金属为靶(target)的溅镀进行成膜。
另外，在借由溅镀进行成膜后，为了防止金属膜的氧化，而借由等离子体(plasma)化学蒸气沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)执行氧化硅(silicon)保护膜等的成膜。即，借由溅镀而成膜后的工件被搬送至另一成膜装置，在该成膜装置的腔室(chamber)内利用六甲基二硅氧烷(Hexamethyldisiloxane，HMDSO)等单体气体(monomer gas)而进行等离子体CVD，借此在利用溅镀的成膜后的表面进行保护膜的成膜。
亦提出有在同一腔室内执行利用溅镀的成膜与复合成膜或聚合成膜的装置。在专利文献1中，揭示有将溅镀用电极与复合成膜或聚合成膜用电极配置于仅隔开规定距离的位置的成膜装置。在该成膜装置中，最初，将工件与溅镀电极对向配置，并且将惰性气体导入至腔室内后，对溅镀电极施加直流而执行利用溅镀的成膜。其次，使工件移动而将工件与复合成膜或聚合成膜用电极对向配置，并且将HMDSO等单体气体导入腔室内后，对复合成膜或聚合成膜用电极施加高频电压，执行复合成膜或聚合成膜。在该专利文献1所记载的成膜装置中，具有在未使用的靶上配置挡板(shutter)的构成。
[先前技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2011-58048号公报
发明内容
[发明欲解决的课题]
在对此种树脂制造的工件进行成膜时，较佳为对自射出成形机以固定的间隔送出的工件以与射出成形机的工件的生产周期(cycle)连动的形式进行成膜。然而，在先前的成膜装置中，为了执行较佳的成膜，而必须将成膜开始前的腔室内的压力减压至10-3Pa(帕斯卡(pascal))左右，故而减压需要长时间。
因此，先前，必须暂时仅存储(stock)一定量的借由射出成型机而射出成型的工件后，在另一工厂中执行利用溅镀或等离子体CVD的成膜。在此种情形时，为了执行高品质的成膜，而必须充分地进行真空排气来去除附着在工件表面的水分等吸附气体。因此，先前将多个工件一起设置于腔室内，利用如油扩散泵、涡轮分子泵(turbo molecular pump)、低温泵(cryopump)等超高真空泵对腔室内充分地进行真空排气而去除水分等吸附气体后，进行成膜作业。因此，不仅需要大型的装置，还需要长时间的处理。
本发明是为了解决上述问题而完成，其目的在于提供一种可在短时间内对树脂制造的工件完成成膜处理的成膜装置以及成膜方法。
[解决课题的手段]
第一发明所述的发明是对树脂制造的工件执行利用溅镀的成膜的成膜装置，其特征在于包括：腔室，收纳工件；减压单元，将上述腔室内减压至0.1帕斯卡以上且小于1.0帕斯卡的压力；惰性气体供给部，对上述腔室内供给惰性气体；溅镀电极，具备靶材料，且配设于上述腔室内；及直流电源，以相对于上述靶材料的表面积成为每平方厘米(squarecentimeter)25瓦特(watt)以上的施加电力的方式，对上述溅镀电极施加直流电压。
第二发明所述的发明如第一发明所述的发明，其进而包括气体供给部，该气体供给部对上述腔室内供给露点为摄氏零度以下的气体。
第三发明所述的发明如第一发明所述的发明，其中上述减压单元具有最大排气速度为每秒300公升(liter)以上的涡轮分子泵。
第四发明所述的发明如第一发明至第三发明中任一项所述的发明，其进而包括：CVD电极，配设于上述腔室内；高频电源，对上述CVD电极施加高频电压；原料气体供给部，对上述腔室内供给原料气体；以及挡板，可在借由与上述溅镀电极抵接而覆盖上述靶材料的抵接位置、与离开上述溅镀电极的退避位置之间移动。
第五发明所述的发明是对树脂制造的工件执行利用溅镀的成膜的成膜方法，其特征在于包括：搬入步骤，将经射出成型的树脂制造的工件自射出成形机搬入腔室内；减压步骤，将上述腔室内减压至0.1帕斯卡以上且小于1.0帕斯卡的压力；惰性气体供给步骤，对上述腔室内供给惰性气体；直流电压施加步骤，对于具备靶材料且配设于上述腔室内的溅镀电极，以相对于上述靶材料的表面积成为每平方厘米25瓦特以上的施加电力的方式，对上述溅镀电极施加直流电压；通风步骤，将上述腔室内通风至成为大气压；及搬出步骤，将成膜完成后的工件自上述腔室内搬出。
第六发明所述的发明如第五发明所述的发明，其中在上述通风步骤中，对上述腔室内供给露点为摄氏零度以下的气体。
第七发明所述的发明如第五发明所述的发明，其中在上述减压步骤中，以每秒300公升以上的排气速度自上述腔室内进行排气。
第八发明所述的发明如第五发明至第七发明中任一项所述的发明，其中在上述直流电压施加步骤后且上述通风步骤前，进而包括：挡板配置步骤，借由挡板而覆盖上述靶材料；原料气体供给步骤，对上述腔室内供给原料气体；以及高频施加步骤，对配设于上述腔室内的CVD电极施加高频电压。
[发明的效果]
根据第一发明及第五发明所述的发明，在将成膜开始前的腔室内的压力设为0.1帕斯卡以上且小于1.0帕斯卡左右的情形时，亦可执行较佳的成膜。因此，可缩短成膜所需的时间，从而可对自射出成形机以固定的间隔送出的工件以与射出成形机的工件的生产周期连动的形式进行成膜。
根据第二发明及第六发明所述的发明，可减少空气中所包含的水分附着于腔室内的情况，从而可缩短下次成膜处理时的真空排气时间。
根据第三发明及第七发明所述的发明，可使装置整体小型化并以更短时间执行真空排气，借此可缩短成膜所需的时间。
根据第四发明及第八发明所述的发明，可在同一腔室内以短时间连续地执行利用溅镀的成膜与利用等离子体CVD的成膜。
附图说明
图1是本发明的成膜装置的正视概要图。
图2是表示本发明的成膜装置的主要部分的侧视概要图。
图3是表示利用挡板升降机构进行的挡板51的升降动作的侧视概要图。
图4是表示利用挡板升降机构进行的挡板51的升降动作的侧视概要图。
图5是表示利用挡板升降机构进行的挡板51的升降动作的侧视概要图。
图6是表示利用挡板升降机构进行的挡板51的升降动作的侧视概要图。
图7是表示利用挡板支撑机构进行的挡板51的支撑动作的局部放大图。
图8是表示利用挡板支撑机构进行的挡板51的支撑动作的局部放大图。
图9是表示利用挡板支撑机构进行的挡板51的支撑动作的局部放大图。
【主要元件符号说明】
10：腔室 11：本体
12：开闭部 13：工件载置部
14：填料 18：L型金属件
19：接地部 21：电极部
22：靶材料 23：溅镀电极
24：CVD电极 31、34、39、48、49、81：开闭阀
32、35、82：流量调整阀 33：惰性气体的供给部
36：原料气体的供给部 37：涡轮分子泵
38：辅助泵 41：直流电源
45：高频电源 46：匹配箱
51：挡板 52：支撑部
53、61：气缸 54：活塞杆
59：凹部 62：滑销
83：干燥空气的供给部 d：距离
W：工件
具体实施方式
以下，基于图式对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明的成膜装置的正视概要图，图2是表示其主要部分的侧视概要图。
此外，本发明的成膜装置是对树脂制造的工件执行利用溅镀的成膜与利用等离子体CVD的成膜，尤其，在利用溅镀进行成膜时，使成膜开始前的腔室内的压力成为0.1帕斯卡以上且小于1.0帕斯卡的中度真空而欲缩短成膜所需的时间。本发明是基于本发明的发明者所发现的如下情况而成，即，尤其在对树脂制造的工件执行成膜的情形时，以相对于靶材料的表面积成为每平方厘米25瓦特以上的施加电力的方式，对溅镀电极施加直流电压，借此使成膜开始前的腔室内的压力成为0.1帕斯卡以上且小于1.0帕斯卡的中度真空，在该情形时亦可执行较佳的成膜。
该成膜装置具备包含本体11及开闭部12的腔室10。开闭部12可在搬入搬出位置与闭锁位置之间移动，该搬入搬出位置供搬入经该射出成型的树脂制造的工件W；该闭锁位置构成在开闭部12与本体11之间经由填料(packing)14而密闭的腔室10。在开闭部12移动至搬入搬出位置的状态下，在腔室10的侧面，形成供相对于腔室10搬入及搬出工件W的开口部。另外，以通过形成于开闭部12的通过孔的方式配设有用以载置工件W的工件载置部13。该工件载置部13能够以载置有工件W的状态相对于开闭部12相对地移动。
另外，该成膜装置具备包含电极部21及靶材料22的溅镀电极23。该溅镀电极23经由省略图示的绝缘构件而安装于腔室10中的本体11。此外，构成腔室10的本体11借由接地部19而接地(earth)。该溅镀电极23连接于直流电源41。
此外，作为该直流电源41，使用能以相对于靶材料22的表面积成为每平方厘米25瓦特以上的施加电力的方式，对溅镀电极23施加直流电压。即，该直流电源41施加相对于靶材料22的表面积为每平方厘米25瓦特以上来作为对溅镀电极23的施加电力。
进而，该成膜装置具备CVD电极24。该CVD电极24与溅镀电极23同样地，经由省略图示的绝缘构件而安装于腔室10中的本体11。另外，该CVD电极24与匹配箱(matching box)46及高频电源45连接。
此外，作为上述高频电源45，可使用例如产生数十MHz(百万赫(megahertz))左右的高频的电源。此处，本说明书中所述的高频是指20kHz(千赫(kilohertz))以上的频率。
构成腔室10的本体11经由开闭阀31及流量调整阀32而与氩气等惰性气体的供给部33连接。另外，构成腔室10的本体11经由开闭阀34及流量调整阀35而与HMDSO或六甲基二硅氮烷(hexamethyldisilazane，HMDS)等原料气体的供给部36连接。另外，构成腔室10的本体11经由开闭阀81及流量调整阀82而与干燥空气的供给部83连接。进而，构成腔室10的本体11经由开闭阀39而与涡轮分子泵37连接，该涡轮分子泵37经由开闭阀48而与辅助泵38连接。进而，该辅助泵38经由开闭阀49而亦与构成腔室10的本体11连接。
此外，作为上述涡轮分子泵37，使用最大排气速度为每秒300公升以上。在利用涡轮分子泵37的情形时，可获得大排气速度，且可使泵本身小型化。因此，可使成膜装置本身小型化。
另外，作为自上述干燥空气的供给部83供给的干燥空气，使用露点为摄氏零度以下。此外，除使用干燥空气以外，亦可使用露点为摄氏零度以下的惰性气体。
另外，该成膜装置具备挡板51，该挡板51可在借由与溅镀电极23抵接而覆盖靶材料22的抵接位置、与腔室10的底部附近的退避位置之间升降。该挡板51为金属等的传导体，且包含作为非磁性体的材料。作为挡板51的材质，例如可采用铝。
如图2所示，挡板51在借由气缸(aircylinder)53的活塞杆(cylinder rod)54而自下方被支撑的状态下，借由该气缸53的驱动，自退避位置朝向抵接位置上升。然后，该挡板51在抵接位置，是由相对于腔室10中的本体11借由L型金属件18而固定的气缸61中的活塞杆前端的滑销(slide pin)62(参照图7～图9)而支撑。气缸53借由自下方支撑挡板51，而作为使该挡板51自退避位置朝向抵接位置上升的挡板升降机构发挥功能，气缸61作为在抵接位置支撑挡板51的挡板支撑机构而发挥功能。
以下，对挡板51的升降动作进行说明。图3～图6是表示利用挡板升降机构进行的挡板51的升降动作的侧视概要图。另外，图7～图9是表示利用挡板支撑机构进行的挡板51的支撑动作的局部放大图。
图3表示挡板51配置于溅镀电极23的下方、且构成腔室10的本体11的底部附近的退避位置的状态。在该状态下，挡板51借由附设于本体11的底部的支撑部52而被支撑。此时，气缸53的活塞杆54成为收纳于气缸53的本体内的收缩状态。
使挡板51自图3所示的退避位置移动至借由与溅镀电极23抵接而覆盖靶材料22的抵接位置时，最初，在借由气缸53的活塞杆54而支撑挡板51的状态下使活塞杆54伸长，由此，如图4所示，使挡板51上升至溅镀电极23的正下方的位置。在该状态下，如图7所示，溅镀电极23中的靶材料22的下表面与挡板51的正面成为仅隔开微小的距离d的状态。
此外，如图7所示，在挡板51的端缘，形成有具备锥(taper)面的凹部59。该凹部59在俯视时形成于矩形状的挡板51的四角的位置。另一方面，在与挡板51借由气缸53的作用而上升时的凹部59对向的位置，配设有上述气缸61。该气缸61借由L型金属件18而相对于腔室10中的本体11固定，该气缸61中的活塞杆前端的滑销62贯通本体11。而且，在该滑销62的前端，形成有具有与形成于挡板51的凹部59的锥面对应的形状的锥部。
其次，自图4及图7所示的状态，使气缸61中的活塞杆前端的滑销62朝向挡板51伸长。此时，最初，如图8所示，滑销62的前端部配置于与形成于挡板51的凹部59的上端部对向的位置。然后，借由自该状态进而使滑销62向挡板51侧移动，而滑销62的前端进入形成于挡板51的凹部59内。此时，借由凹部59的锥面、与滑销62的前端的锥部的作用，而伴随滑销62的前端向凹部59内的进入动作，使挡板51向上方移动。借此，如图5及图9所示，挡板51借由与溅镀电极23抵接而配置于覆盖靶材料22的抵接位置，并在该位置受到支撑。
然后，如图6所示，使气缸53的活塞杆54下降，使该活塞杆54成为收纳于气缸53的本体内的收缩状态。借此，在溅镀电极23及挡板51的下方形成可配置工件W的空间。
其次，对具有如上所述的构成的成膜装置的成膜动作进行说明。在借由该成膜装置执行成膜动作时，自射出成形机搬送经射出成型的工件W，将其搬送至腔室10内。此时，使开闭部12移动至搬入搬出位置后，如图1中假想线所示，将载置于工件载置部13的工件W配置于腔室10内的与溅镀电极23对向的位置。此时，如图1及图2中实线所示，挡板51配置于腔室10的底部附近的退避位置。
此外，在本实施方式中，自前段的射出成形机以一次射出(shot)来射出成型并排出四个工件W，将所述四个工件W一次性搬入成膜装置，进行成膜处理。借此，可有效率地执行成膜作业，另外，可防止水分等吸附气体附着于工件W。此外，在以一次射出自射出成形机排出两个与上述相同尺寸(size)的工件的情形时，组合两台射出成形机与一台成膜装置即可。另外，在以一次射出自射出成形机排出八个与上述相同尺寸的工件的情形时，组合一台射出成形机与两台成膜装置即可。即，根据自射出成形机排出的工件的数量或大小、周期时间(cycle time)，考虑射出成形机与成膜装置的组合即可。
其次，将开闭部12配置于闭锁位置，将腔室10内减压到0.1帕斯卡至小于1帕斯卡的中度真空。此时，由于使用最大排气速度为每秒300公升以上的涡轮分子泵37，因此能够以20秒左右的时间将腔室10内减压到0.1帕斯卡至小于1帕斯卡的中度真空。此外，视需要在借由涡轮分子泵37进行减压前，使用干式泵(dry pump)等辅助泵38，以高速进行减压至100帕斯卡左右。
其次，借由将开闭阀31打开，而自惰性气体的供给部33对腔室10内供给氩气等惰性气体，以使腔室10内的真空度成为0.5帕斯卡～3帕斯卡的方式，以惰性气体充满腔室10内。然后，自直流电源41对溅镀电极23赋予直流电压。借此，利用溅镀现象而在工件W的表面形成靶材料22的薄膜。
在该溅镀步骤中，以相对于溅镀电极23中的靶材料22的表面积，成为每平方厘米25瓦特以上的施加电力的方式，自直流电源41对溅镀电极23施加直流电压。借此，即便在腔室10内为中度真空的情形时，亦在树脂制造的工件W的表面较佳地成膜靶材料22的薄膜。例如，在对树脂制造的工件W执行利用铝的成膜的情形时等，可较佳地成膜具有高反射率且具有高密接性的薄膜。
此外，亦可在执行以上的溅镀步骤前，借由在工件W未配置于腔室内的状态下，执行与上述溅镀步骤相同的预溅镀(presputtering)步骤，而去除附着于溅镀电极23的水分及绝缘物等。
若借由以上步骤完成利用溅镀的成膜，则继续执行利用等离子体聚合的成膜。该等离子体聚合为等离子体CVD(Chemical Vapor Deposition)的一种。在执行等离子体聚合的情形时，如图1中实线所示，将载置于工件载置部13的工件W配置于腔室10内的与CVD电极24对向的位置。另外，如图1及图2中假想线所示，将挡板51配置于借由与溅镀电极23抵接而覆盖靶材料22的抵接位置。在该状态下，如图9所示，挡板51借由气缸61中的滑销62而被支撑。另外，如图6所示，气缸53的活塞杆54成为收纳于气缸53的本体内的收缩状态。
在该状态下，借由将开闭阀34打开，而自原料气体的供给部36对腔室10内供给原料气体，以使腔室10内的真空度成为0.1帕斯卡～10帕斯卡的方式，以原料气体充满腔室10内。然后，借由自高频电源45经由匹配箱46对CVD电极24赋予高频电压，而执行利用等离子体聚合的成膜。借此，借由等离子体聚合反应而使原料气体的薄膜沉积于工件W的表面。
若完成利用等离子体聚合的成膜，则将腔室10内进行通风。此时，借由将开闭阀81打开，而自干燥空气的供给部83对腔室10内供给干燥空气，借此，借由干燥空气而将腔室10内进行通风。借此，可防止空气中所包含的水分附着于腔室内，从而可缩短下次成膜处理时的真空排气时间。
然后，将开闭部12配置于搬入搬出位置后，使工件载置部13移动，将载置于工件载置部13上的成膜完成后的工件W自腔室10内搬出而结束一个周期的处理。
此外，在上述实施方式中，对将本发明应用于在同一腔室10内连续地执行利用溅镀的成膜与利用等离子体CVD的成膜的成膜装置的情形进行了说明，但亦可将本发明应用于仅执行利用溅镀的成膜的成膜装置。

Claims (6)

1.一种成膜装置，其对树脂制造的工件执行利用溅镀的成膜，其特征在于包括：
腔室，收纳工件；
减压单元，将上述腔室内减压至0.1帕斯卡以上且小于1.0帕斯卡的压力；
惰性气体供给部，对上述腔室内供给惰性气体；
溅镀电极，包括靶材料，且配设于上述腔室内；
直流电源，以相对于上述靶材料的表面积成为每平方厘米25瓦特以上的施加电力的方式，对上述溅镀电极施加直流电压；
化学蒸气沉积电极，配设于上述腔室内；
高频电源，对上述化学蒸气沉积电极施加高频电压；
原料气体供给部，对上述腔室内供给原料气体；以及
挡板，可在借由与上述溅镀电极抵接而覆盖上述靶材料的抵接位置、与离开上述溅镀电极的退避位置之间移动。
2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：进而包括气体供给部，上述气体供给部对上述腔室内供给露点为摄氏零度以下的气体。
3.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
上述减压单元具有最大排气速度为每秒300公升以上的涡轮分子泵。
4.一种成膜方法，其对树脂制造的工件执行利用溅镀的成膜，其特征在于包括：
搬入步骤，将经射出成型的树脂制造的工件自射出成形机搬入腔室内；
减压步骤，将上述腔室内减压至0.1帕斯卡以上且小于1.0帕斯卡的压力；
惰性气体供给步骤，对上述腔室内供给惰性气体；
直流电压施加步骤，对于包括靶材料且配设于上述腔室内的溅镀电极，以相对于上述靶材料的表面积成为每平方厘米25瓦特以上的施加电力的方式，对上述溅镀电极施加直流电压；
挡板配置步骤，借由挡板而覆盖上述靶材料；
原料气体供给步骤，对上述腔室内供给原料气体；
高频施加步骤，对配设于上述腔室内的化学蒸气沉积电极施加高频电压；
通风步骤，将上述腔室内通风至成为大气压；以及
搬出步骤，将成膜完成后的工件自上述腔室内搬出。
5.根据权利要求4所述的成膜方法，其特征在于：
在上述通风步骤中，对上述腔室内供给露点为摄氏零度以下的气体。
6.根据权利要求4所述的成膜方法，其特征在于：
在上述减压步骤中，以每秒300公升以上的排气速度自上述腔室内进行排气。
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