JP2006083408A - 真空成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 円筒部材（正確には複数の扇型に湾曲された湾曲部材からなる略円筒の部材）の一部をターゲットとして使用した上で、この円筒部材を用いてプラズマ重合の機能を付加することを意図した真空成膜装置を提供する。
【解決手段】 真空成膜装置１００は、内部空間を有する導電性の真空槽１３と、前記内部空間１０に複数の扇型に湾曲された湾曲部材３１、３２を並べて配置することにより、略円筒形をなすように構成された枠体１５と、前記枠体１５に囲まれた内部に配置され、前記枠体１５の周方向に沿うように磁界を形成する磁界形成手段３３と、を備え、前記湾曲部材１５、１６のうちの少なくとも一つはスパッタリングに使用するターゲットであり、かつ前記ターゲットを除いた前記枠体の領域が、プラズマ重合に使用される装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、真空成膜装置に関し、特に略円筒形の中空枠体の内部に磁界形成手段を配置した真空成膜装置に関する。

車載用フロントランプやリアランプに用いるリフレクタの膜として、アルミ反射膜にヘキサメチルジロキシサン（以下、ＨＭＤＳという）による保護膜（ＳｉＯｘ膜）を積層した多層膜がプラスチック基板に形成される。

このような多層膜のプラスチック基板への形成では、従来からスパッタリング装置によるアルミ堆積とプラズマ重合装置によるＨＭＤＳ堆積が実行されている。このため、単一の真空槽によりスパッタリング処理とプラズマ重合処理の両方を行えれば、アルミ反射膜とＳｉＯｘ膜を連続的に成膜可能になり好適である。

しかし、標準的に幅広く使用される平板ターゲットスパッタリング装置の改良では、スパッタリングとプラズマ重合の機能を兼ね備えた成膜工程の効率化（例えば、タクトの短縮やターゲットの長寿命化）には一定の限界がある。このため、スパッタリング装置のターゲット構成を、例えば円筒にするような抜本的な見直しが、リフレクタ用成膜工程の効率化の観点から不可欠であると、本願発明者等は判断している。

ところで、円筒ターゲットによるスパッタリング装置の開発例として、互いに材料を違えた複数の円筒ターゲットを並べ、その円筒ターゲットの内部に磁石を配置させ、これにより隣接する円筒ターゲット間に発生するマグネトロン磁場により円筒ターゲットをスパッタするスパッタリング装置がある（特許文献１参照）。

また、回転可能な円筒ターゲットの内部に揺動式の磁石を配置して、これにより円筒ターゲットの外周面の各部を均等にスパッタすることを可能にしたスパッタリング装置がある（特許文献２参照）。

また、仕切板により分割された真空槽の分割空間の各々に、種類を違えたガスを導入することにより円筒ターゲットが回転しながら、このターゲット表面がこれらのガスに順々に曝され、これにより、一方の分割空間ではスパッタ生成物を基板に被膜させ、他方の分割空間ではターゲット表面をクリーニングさせることを可能にしたスパッタリング装置がある（特許文献３参照）。

更に、円筒ターゲットを異種組成からなる２つの領域に区分した上で、これを適宜の角度に回転させることにより、こうした組成材料の各々を任意に含む合金膜を形成することを可能にしたスパッタリング装置がある（特許文献４参照）。
特開平３−１０４８６４号公報 特開平１１−２９８６６号公報 特開平５−２６３２２５号公報 特開２００３−１８３８２３号公報

しかし特許文献１〜４の何れにも、円筒部材の一部をターゲットとして使用した上で、この円筒部材を用いてプラズマ重合の機能を果たさせようとする技術思想は示されていない。

また、特許文献１〜４の何れも、幅方向に湾曲しかつ軸方向に延びるターゲットの湾曲面の幅方向に沿うように磁界を形成する際に、そのターゲットの軸端における磁界の状態に起因したターゲットエロージョン不均一に対し適切な対処をなされてなく、こうしたエロージョン不均一性の課題を着目すらしていない。

また、特許文献１〜４の何れも、隣接して配置された一対の円筒部材に内在する磁界形成手段の磁界の相互作用によって基板に堆積する粒子の堆積分布を調整する技術を開示していない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、円筒部材（正確には複数の扇型に湾曲された湾曲部材からなる略円筒の部材）の一部を、スパッタリングターゲットとして使った上で、この円筒部材を用いてプラズマ重合の機能を付加することを意図した真空成膜装置を提供することを目的とする。

また本発明は、幅方向に湾曲しかつ軸方向に延びるターゲットの湾曲面の幅方向に沿うように磁界を形成する際に、そのターゲットの軸端における磁界の状態に起因したターゲットエロージョン不均一に対し適切に対処可能な真空成膜装置を提供することも目的とする。

また本発明は、隣接した配置された一対の中空枠体に内在する磁界形成手段の磁界の相互作用によって基板に堆積する粒子の堆積分布を調整する真空成膜装置を提供することも目的とする。

本発明に係る真空成膜装置は、内部空間を有する導電性の真空槽と、前記内部空間に配置され、幅方向に湾曲された湾曲面を有して軸方向に延びるターゲットと、前記湾曲面の幅方向に沿うように磁界を前記ターゲットに形成する磁界形成手段と、前記湾曲面の軸方向の中央部分を臨む開口を有して、前記湾曲面を前記開口の端面に対向させて配置された導電性のシールド板と、を備えており、前記ターゲットの軸方向端部に位置する前記湾曲面が前記シールド板によって覆われる装置である。なお、前記シールド板は望ましくは、前記ターゲットの軸方向両端部に位置する前記湾曲面を覆うものである。

より詳しくは、前記シールド板が前記湾曲面の湾曲形状に沿って曲げられ、これにより、前記ターゲットの軸方向端部に位置する前記湾曲面がシールド板によって覆われる。

こうした構成によれば、シールド板によってターゲットの軸方向端部に対応するこのターゲットの湾曲面が覆われ、ターゲットの軸端における磁界の状態に起因したターゲットエロージョンの不均一に対し適切に対処可能になる。

なお、前記ターゲットの形状は、扇型に湾曲された複数の湾曲部材からなる略円筒形であっても良い。

そうすると、ターゲットの寿命を最大限延長させることができる。

また、前記シールド板は、接地状態にある前記真空槽に接続されるアースシールド板であっても良い。

こうした構成により、放電のガス電離によるプラズマがアースシールド板の開口の端面で消滅して、アースシールド板近傍の異常放電が適切に抑制される。

ここで、前記ターゲットと前記磁界形成手段との間に配置されたプレートを備え、前記プレートに所定の電力が印加されることにより前記開口から突出した前記ターゲットの湾曲面近傍にプラズマが形成される。

また、前記ターゲットの湾曲面が、スパッタリングにより均一に剥ぎ取られるように制御して前記ターゲットの寿命を可能な限り稼ぐ目的で、前記ターゲットが、その軸方向を中心にして回転可能に構成されても良く、前記磁界形成手段が、前記ターゲットの回転と独立して、前記ターゲットの前記湾曲面の幅方向に沿って回転可能に構成されても良い。

本発明に係る真空成膜装置は、内部空間を有する導電性の真空槽と、前記内部空間に複数の扇型に湾曲された湾曲部材を並べて配置することにより、略円筒形をなすように構成された枠体と、前記枠体に囲まれた内部に配置され、前記枠体の周方向に沿うように磁界を形成する磁界形成手段と、を備えており、前記湾曲部材のうちの少なくとも一つはスパッタリングに使用するターゲットであり、かつ前記ターゲットに相当する湾曲部材を除いた前記枠体の領域が、プラズマ重合に使用される装置である。

こうした真空成膜装置によれば、複数の扇型に湾曲された湾曲部材からなる略円筒の部材のうちのひとつの湾曲部材を、スパッタリングターゲットとして使ったスパッタリング成膜が実行されると共に、その湾曲部材を除いた領域を使ってプラズマ重合成膜が実行される。

また、前記ターゲットの湾曲面が、スパッタリングにより均一に剥ぎ取られるように制御して前記ターゲットの寿命を可能な限り稼ぐ目的で、前記枠体が、その軸方向を中心にして回転可能に構成されても良く、前記磁界形成手段が、前記枠体の回転と独立して、前記枠体の周方向に沿って回転可能に構成されても良い。

また、前記枠体の外周面に磁界が確実に形成されるように、前記磁気形成手段は、複数の磁石と、前記磁石を保持して前記枠体の内周面にほぼ並行な扇型のヨーク部と、を備えて構成されても良い。

ここで、前記枠体と前記磁界形成手段との間に配置された円筒形のプレートを備え、前記プレートに所定の電力が印加されることにより前記枠体の外周面の近傍にプラズマが形成される。

本発明に係る真空成膜装置は、内部空間を有する導電性の真空槽と、互いに間隔を隔てて並ぶように前記内部空間に配置された円筒状の第１および第２の中空枠体と、前記第１の中空枠体および第２の中空枠体の各々の内部に配置させ、前記第１の中空枠体の周方向に沿うように第１の磁界を形成する第１の磁界形成手段および前記第２の中空枠体の周方向に沿うように第２の磁界を形成する第２の磁界形成手段と、前記第１および第２の磁界に基づき前記第１および第２の中空枠体から放出された粒子を堆積させる堆積面を前記内部空間に曝して配置された基板と、を備えており、前記第１および前記第２の磁界形成手段を前記間隔に近づけて前記第１および第２の磁界を相互作用させることにより前記堆積面における前記粒子の堆積分布が調整される装置である。

こうした真空成膜装置によれば、例えば、ワークの取り付け不具合によるワークの堆積面の粒子堆積不均一性を相殺するように、磁界の相互干渉によってワークに堆積面に堆積する粒子の堆積分布を意図的に可変できるようになる。

前記第１および第２の中空枠体の各々は、スパッタリングに使用され、互いに組成を違えた第１および第２のターゲットを有しており、前記第１および第２の磁界に基づきスパッタリングによって前記第１および第２のターゲットから放出する粒子により前記堆積面に合金膜が堆積されるように構成しても良い。

前記第１の中空枠体と前記第１の磁界形成手段との間に配置された円筒状の第１のプレートと、前記第２の中空枠体と前記第２の磁界形成手段との間に配置された円筒状の第２のプレートと、を備えており、前記第１のプレートと前記第２のプレートとが交互に、陽極と陰極として使用されるように構成しても良い。

本発明によれば、円筒部材（正確には複数の扇型に湾曲された湾曲部材からなる略円筒の部材）の一部をスパッタリングターゲットとして使った上で、この円筒部材を用いてプラズマ重合の機能を付加することを意図した真空成膜装置が得られる。

また本発明によれば、幅方向に湾曲しかつ軸方向に延びるターゲットの湾曲面の幅方向に沿うように磁界を形成する際に、そのターゲットの軸端における磁界の状態に起因したターゲットエロージョン不均一に対し適切に対処可能な真空成膜装置も得られる。

また本発明によれば、隣接して配置された一対の中空枠体に内在する磁界形成手段の磁界の相互作用によって基板に堆積する粒子の堆積分布を調整する真空成膜装置も得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１および図２は何れも、実施の形態１による真空成膜装置の断面図であり、より詳しくは、図１は、真空槽内部に配置された円筒の中空枠体を輪切りにした断面図であり、図２は、その中空枠体の軸方向に沿った断面図である。また図３は、中空枠体とアースシールド板との配置の関係を、中空枠体の中心軸に沿った方向に見た平面視図である。

真空成膜装置１００は主として、所定のガス雰囲気に保つ内部空間１０を減圧可能にする導電性の容器１１と下蓋１２からなる真空槽１３と、この内部空間１０の内部に間隔１４を隔てて並ぶように配置された一対の円筒状の第１および第２の中空枠体１５、１６と、第１および第２の中空枠体１５、１６の軸方向中央部分を臨む開口１７を形成した導電性のアースシールド板１８（シールド板）と、第１および第２の中空枠体１５、１６を回転するための駆動力を発生するサーボモータ１９と、このサーボモータ１９の駆動力を第１および第２の中空枠体１５、１６に伝達するためのタイミングベルト２０と、サーボモータ１９の軸に連結され、タイミングベルト２０をかけるための第１のプーリー２１と、第１および第２の中空枠体１５、１６に連結され、タイミングベルト２０をかけるための一対の第２のプーリー２２と、第１および第２の中空枠体１５、１６の各々に内蔵された磁界形成手段３３（後ほど説明）を、これらの第１および第２の中空枠体１５、１６の回転と独立して、第１および第２の中空枠体１５、１６の内周面に沿って周方向に回転させる一対の駆動装置（図示せず）と、によって構成されている。

なお図１では、第１および第２の中空枠体１５、１６がタイミングベルト２０により同一方向（両者とも時計回りまたは反時計回り）に回転する例を示しているが、これに限るものではなく、例えば、第１の中空枠体１５を時計回りに回転させ、第２の中空枠体１６を反時計回りに回転させるというように、両者を互いに別々に回転するように構成しても可能である。

なお、第１および第２の中空枠体１５、１６を回転できれば、後ほど詳しく述べるように、スパッタリングターゲットの湾曲面が、スパッタリングによって均一に剥ぎ取られるように制御してターゲットの寿命を可能な限り稼ぐことができる。

またここで、下蓋１２には、例えばプラスチックを金型により成型したワーク２３が、堆積面２３ａを内部空間１０に曝すように配置されており、このワーク２３の堆積面２３ａにスパッタ粒子やプラズマ重合反応による堆積膜が形成される。

また、この下蓋１２に環状のインシュレータ２４を介して容器１１が配設され、Ｏリング２５によって内部空間１０を密閉した状態で下蓋１２とインシュレータ２４と容器１１とが、ボルト等の固定手段２９により互いに接続されている。

また、容器１１と下蓋１２によって囲まれた内部空間１０を、上方内部空間１０ａと下方内部空間１０ｂに上下方向に２分割する導電性のアースシールド板１８が、異常放電を抑制する目的で配置されている。

より詳しくは、アースシールド板１８は、図１および図３から理解されるとおり、例えば平板を扇型に湾曲した導電性の第１の湾曲部材３１（第２の湾曲部材３２も同じ；後ほど説明）の湾曲面の中央部分に臨む開口１７を通して、この湾曲面を開口１７の端面１７ａに対向させるように開口１７から下方内部空間１０ｂに向けて突出させると共に、第１の湾曲部材３１の幅よりも狭い開口１７を第１の湾曲部材３１の湾曲面に近接させた形態で配置されている。

そして、このアースシールド板１８は、接地状態の容器１１（真空槽１３）に接続されると共に、第１の湾曲部材３１と絶縁を保った状態でアースシールド板１８の開口１７が、第１の湾曲部材３１の表面に充分に近接するように配置されている。

こうすると、仮に第１の湾曲部材３１に高電力が印加されても、アースシールド板１８と第１の湾曲部材３１の間で放電は発生しなくなる。このため、放電のガス電離による発生するプラズマがアースシールド板１８の開口１７の端面１７ａ（開口１４の周囲）で消滅して、アースシールド板１８の近傍における異常放電が適切に抑制される。

こうして導電性のバッキングプレート３０（後ほど説明）を介して第１の湾曲部材３１に１０ＫＨｚから３５０ＫＨｚ程度の中周波電力が印加されると、第１の湾曲部材３１と真空槽１３との間に放電を生じせしめ、ガス（例えば、Ａｒガス）の電離作用によるガスイオンと電子からなるプラズマが下方内部空間１０ｂに適切に形成されると共に、アースシールド板１８によりプラズマを下方内部空間１０ｂに閉じ込めることができ、プラズマ形成が適切に維持される。

更に、このアースシールド板１８によって第１の湾曲部材３１の長手方向（軸方向）両端部の湾曲面が覆われ、これにより、後ほど詳しく述べるように、第１の湾曲部材３１（但し、この第１の扇型枠体３１がスパッタリングターゲットの場合）の軸端における磁界の状態に起因したターゲットエロージョン不均一に対し適切に対処できる。

また、上方内部空間１０ａにおける容器１１の側壁部には、ガス供給源（図示せず）に連通するガス導入ポート２６が３箇所設けられ、下方内部空間１０ｂにおける容器１１の側壁部には、排気装置（図示せず）に連通するガス排気ポート２７が１箇所設けられている。こうして、ガス導入ポート２６から所定のガスが上方内部空間１０ａに向けて導入された後、このガスは、アースシールド板１８の開口１７の端面１７ａと第１および第２の中空枠体１５、１６の表面との間の隙間を通って下方内部空間１０ｂに流れ込み、最終的にはガス排気ポート２７からこの容器１１の外部に排気される。

なお、ガス導入ポート２６が上方内部空間１０ａに設けられていることから、下方内部空間１０ｂよりも上方内部空間１０ａの圧力が高くなって、これにより、下方内部空間１０ｂで生成したスパッタ粒子が上方内部空間１０ａに侵入しにくくなってスパッタ粒子に起因した上方内部空間１０ａの汚染が適切に抑制できる。

容器１１の内部空間１０に導入するガス種として、アルミ膜をスパッタリング成膜する際にはＡｒガスが使用され、ＳｉＯｘ膜をプラズマ重合成膜する際にはＡｒガスとＨＭＤＳガスからなる混合ガスが使用される。勿論、ＴｉＮのような機能材料を反応性スパッタによって成膜する際には窒素ガスを付加する必要がある。

以下、図１および図２を参照して第１および第２の中空枠体１５、１６の構成を詳しく説明する。

なお、第１および第２の中空枠体１５、１６は何れも同じ構成を有しており、ここでは、第１の中空枠体１５の構成を説明して、第２の中空枠体１６の構成の説明を割愛する。

図１に示すように、第１の中空枠体１５を輪切りにした構成は主として、金属製（例えば、銅製）の円筒状のバッキングプレート３０と、このバッキングプレート３０の外周面に配置され、扇型に湾曲された第１および第２の湾曲部材３１、３２と、を有している。

そして、このバッキングプレート３０の内部に磁界形成手段３３が、バッキングプレート３０の内周面に沿って配置されている。

バッキングプレート３０は、図１に示すように所定のケーブルを介して中周波（ＭＦ）電源２８に接続され、これにより、バッキングプレート３０にプラズマ形成用の中周波電力が印加される。

また、このバッキングプレート３０は、図２に示すように、磁界形成手段３３等を冷却する冷却水４３を溜める水溜部材としての役割も兼ねている。なお、この冷却水４３の通流については後ほど説明する。

第１および第２の湾曲部材３１、３２は共に、幅方向に湾曲される湾曲面を有して、その軸方向に略均一な湾曲面の曲率を持って延びている。そして、第１および第２の湾曲部材３１、３２を組み合わせた形態は、バッキングプレート３０の外周面のほぼ全域を覆うような略円筒形の枠体をなし、第１および第２の湾曲部材３１、３２の外形は共に、円筒をその軸方向にほぼ半割にした形状である。もっとも、湾曲部材の形状はこれに限るものではなく、例えば、円筒形を４分割した形状であっても良い。

第１の湾曲部材３１は、スパッタリング装置に使用されるターゲットであっても良く、例えば、アルミニウムをスパッタする際には第１の湾曲部材３１はアルミ製のターゲットである。

一方、スパッタリングターゲットとしての湾曲部材を除いた略円筒形の枠体の領域をプラズマ重合に使用することが可能であり、第２の湾曲部材３２は例えば、プラズマ重合成膜に用いる、スパッタされ難いステンレス金属板又はセラミック板であっても良い。

磁界形成手段３３は、第１および第２の湾曲部材３１、３２の外周面に磁界（漏れ磁束）が確実に形成されるように、複数の磁石３４と、これらの磁石３４の一側面を密着させてこれらを保持すると共に、バッキングプレート３０と同心状に、略円筒形の枠体の内周面にほぼ並行に湾曲される扇型のヨーク部３５と、によって構成されている。

なお、磁界形成手段３３も、第１の中空枠体１５（第１の湾曲部材３１）と同様に、スパッタリングターゲットの湾曲面がスパッタリングにより均一に剥ぎ取られるように制御してこのターゲットの寿命を可能な限り稼ぐ目的で、適宜の駆動装置（図示せず）により第１の中空枠体１５（第１の湾曲部材３１）の回転と独立して、第１の中空枠体１５の内周面（より正確にはバッキングプレート３０の内周面）に沿って周方向に回転可能に構成されている。

もっとも磁界形成手段３３の回転範囲は、下方内部空間１０ｂにおけるプラズマ形成領域に限られ、磁界形成手段３３は、図１の実線と細い２点鎖線とで示すように、アースシールド板１８の開口１７から突出した第１の湾曲部材３１に相当する領域をバッキングプレート３０の内周面に沿って揺動するように構成されている。

磁界形成手段３３を構成する磁石３４は、より詳細には、図１および図２並びに図４（ａ）から理解されるとおり、Ｓ極側を扇型のヨーク部３５の周方向のほぼ中央側に、かつＮ極側をバッキングプレート３０側にして、バッキングプレート３０の軸方向に並行に延びるように、ヨーク部３５の中央に取り付けられた第１の棒状磁石３４ａと、Ｎ極側をヨーク部３５の周方向一方端側に、かつＳ極側をバッキングプレート３０側にして、バッキングプレート３０の軸方向に並行に延びるように、ヨーク部３５の周方向一方端に取り付けられた第２の棒状磁石３４ｂと、Ｎ極側をヨーク部３５の周方向他方端側に、かつＳ極側をバッキングプレート３０側にして、バッキングプレート３０の軸方向に並行に延びるように、ヨーク部３５の周方向他方端に取り付けられた第３の棒状磁石３４ｃと、第１、第２および第３の棒状磁石３４ａ、３４ｂ、３４ｃの軸方向一方端を互いに磁気回路として繋ぐように湾曲して延び、こられの一方端に取り付けられた第１の扇型磁石３４ｄと、第１、第２および第３の棒状磁石３４ａ、３４ｂ、３４ｃの軸方向他方端を互いに磁気回路として繋ぐように湾曲して延び、こられの他方端に取り付けられた第２の扇型磁石３４ｅと、によって構成されている。

これにより、図１の点線に示すように、第１の棒状磁石３４ａのＮ極と第２の棒状磁石３４ｂのＳ極によって、第１の湾曲部材３１の湾曲面に、その湾曲面の幅方向に沿うように磁界３６（第１の中空枠体１５の外周面近傍にその周方向に沿った磁界３６）が形成され、同様に第１の棒状磁石３４ａのＮ極と第３の棒状磁石３４ｃのＳ極によって、第１の湾曲部材３１の湾曲面に、その湾曲面の幅方向に沿うように磁界３７（第１の中空枠体１５の外周面近傍にその周方向に沿った磁界３７）が形成される。

第１の中空枠体１５の軸方向に沿った構成は、図２に示すように、容器１１の側壁部に形成された開口に密接して嵌りつつ位置決め可能な鍔部４６ａを有し、配管４１を貫通孔４４に貫通させた状態でバッキングプレート３０の軸方向の端部に当接する環状の平板軸受メタル４６と、この平板軸受メタル４６と同様、配管４１を貫通孔４７に貫通させた状態で平板軸受メタル４６に密着させる鍔部４８ａを有する円筒状のフランジ部４８と、このフランジ部４８の貫通孔４７に配置され、配管４１と磁界形成手段３３とを適宜の駆動装置により回転可能にする環状の回転シール部４９と、このフランジ部４８の外周面に固定され、サーボモータ１９（図１参照）の駆動力を伝達されたタイミングベルト２０（図１参照）を巻きつけることにより、バッキングプレート３０、第１および第２の湾曲部材３１、３２、平板軸受メタル４６およびフランジ部４８を回転させる環状の第２のプーリー２２（図１参照）と、を有している。

なお、図２から理解されるとおり、磁界形成手段３３および配管４１が、回転シール部４９を介してフランジ部４８に固定されることにより、磁界形成手段３３と配管４１とが、第１の中空枠体１５の回転と独立して回転（揺動）することができる。

また、配管４１は、磁界形成手段３３を一対のブラケット４０を介して保持してバッキングプレート３０の内部から貫通孔４４および貫通孔４７を貫通して外部に延びるように構成されると共に、その軸方向の上方の内部に冷却水４３を流す通水域５０を有するように構成されている。即ち、バッキングプレート３０のほぼ全域を満たし磁界形成手段３３を冷却した冷却水４３は、配管４１に配置された冷却水口５１を通って配管４１の内部の通水域５０に流れ、これにより、冷却水４３が適切な温度に調整されつつ、図２の矢印のように循環される。

なお、図２に示した各部材の固定接触面や摺動接触面の各々には、適宜、Ｏリング等の真空シールが施されているが、ここでは詳細な図示および説明は省略する。

以下に、真空成膜装置１００によって奏する効果とその効果をもたらす動作（理由）を説明する。

第１に、本実施の形態の真空成膜装置１００によれば、アースシールド板１８によって第１の湾曲部材３１（第２の湾曲部材３２も同じ。）の軸方向両端部の湾曲面が覆われることによって、この第１の湾曲部材３１をスパッタリングターゲットとして使用する際には（以下、第１の湾曲部材３１をターゲット３１と称して説明する。）、ターゲット３１の軸端における磁界の状態に起因したターゲットエロージョンの不均一に対し適切に対処可能になる。

こうした効果を発揮する理由について図４を参照して詳しく説明する。なおここでは、ガス導入ポート２６から下方内部空間１０ｂにＡｒガス導入して、Ａｒガスによるターゲット３１のスパッタリングを例に説明する。

図４（ａ）は、ターゲットの背面に配置された磁石の平面視（ターゲットの軸方向に沿った方向）の配置図であり、図４（ｂ）は、磁石の磁界に起因してターゲット表面に形成されるエロージョンの形状をアースシールド板の開口と共に模式的に描いた図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った部分のアースシールド板とターゲットの配置関係を模式的に描いた断面図である。

第１〜第３の棒状磁石３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、既に述べたように、ターゲット３１の湾曲面の外側近傍にその湾曲面の幅方向に沿って、湾曲面にほぼ並行な磁界３６、３７（図１参照）を形成させる磁石である。

こうした磁界３６、３７によってトラップされた電子によりこの磁界３６、３７に沿ってＡｒガス（Ａｒ原子）が電離して、Ａｒイオン（Ａｒ⁺）と電子からなる高密度プラズマが生成される。そして、バッキングプレート３０に負電圧が印加されると、プラズマ状態でプラスに電離（又は励起）したＡｒイオンがこのバッキングプレート３０に向けて加速してターゲット３１の湾曲面に衝突されることにより、その衝突エネルギーに基づきその湾曲面に存在するターゲット原子（例えば、アルミ原子）が叩き出される。そうすると、ターゲット３１の表面にあるターゲット原子の放出により、ターゲット３１の湾曲面は徐々に剥ぎ取られ、その厚み方向に薄くなる。

そして、ターゲット３１の厚みの薄くなった部分がエロージョン６０に相当して、より詳しくは、図４（ｂ）に示した馬蹄形（楕円形）のエロージョン６０のうち、その長軸方向のエロージョン６０ａが、磁界３６、３７により生成される。

ここで、この長軸方向のエロージョン６０ａの深さが増して、ターゲット３１の厚み方向にターゲット３１が完全に剥ぎ取られ、長軸方向のエロージョン６０ａがターゲット３１の下層のバッキングプレート３０に到達すると、最早このターゲット３１を使用することが不可能になって、ターゲット３１を交換することが必要になる。このため、ターゲット３１の寿命を可能な限り稼ぐ目的で、第１〜第３の棒状磁石３４ａ、３４ｂ、３４ｃを周方向に揺動させ、又はターゲット３１自体を周方向に回転させて、ターゲット３１の湾曲面が、スパッタリングにより均一に剥ぎ取られるように制御されている。

一方、第１および第２の扇型磁石３４ｄ、３４ｅは、第１〜第３の棒状磁石３４ａ、３４ｂ、３４ｃの間の磁気回路を安定化させ、これにより、第１〜第３の棒状磁石３４ａ、３４ｂ、３４ｃの軸方向両端に発生する磁場のバランスを改善させる磁石であり、必ずしも必須の磁石ではない。寧ろ、扇型の磁石を製造することは手間であり、磁気回路の不安定性に起因する不具合を以下に説明する手法で解消できれば、上記の扇型磁石３４ｄ、３４ｅを無くす方が望ましい。

以上に説明した状況にあって、第１および第２の扇型磁石３４ｄ、３４ｅの各々が、第１〜第３の棒状磁石３４ａ、３４ｂ、３４ｃ軸方向両端に配置される場合と、そうでない場合に分けて、以下、第１および第２の扇型磁石３４ｄ、３４ｅによるターゲット３１のエロージョン形成に対する影響を考察する。

最初に、第１および第２の扇型磁石３４ｄ、３４ｅを配置した場合を述べる。

第１および第２の扇型磁石３４ｄ、３４ｅの各々が、第１〜第３の棒状磁石３４ａ、３４ｂ、３４ｃ軸方向両端に配置されると、第１および第２の扇型磁石３４ｄ、３４ｅによる磁界の影響により、図４（ｂ）に示した馬蹄形（楕円形）のエロージョン６０のうち、その短軸方向のエロージョン６０ｂが形成される。

この短軸方向のエロージョン６０ｂの領域は、長軸方向のエロージョン６０ａの領域よりも周方向に広がって、これにより、第１および第２の扇型磁石３４ｄ、３４ｅを周方向に揺動させたとしても、又はターゲット３１を周方向に回転させたとしても、短軸方向のエロージョン６０ｂの深さ方向の進行度は、長軸方向のエロージョン６０ａの深さ方向の進行度よりも早まる。このため、ターゲット３１の寿命が、短軸方向のエロージョン６０ｂの深さ方向の進行度に支配され、その結果、ターゲット３１の湾曲面全域を均等に使うことができずに、ターゲット３１の材料が無駄になる。

そこで、図４（ｂ）および図４（ｃ）から理解されるとおり、アースシールド板１８の開口１７の軸方向長さを、短軸方向のエロージョン６０ｂの形成領域に相当するターゲット３１の軸方向の両端部分を覆い隠せるように調整した上で、ターゲット３１の軸方向両端部に位置する湾曲面の湾曲形状に沿ってアースシールド板１８を鉢巻状の形態に曲げる。そうすると、ターゲット３１の軸方向両端部に位置する湾曲面がアースシールド板１８で適切に覆われ、短軸方向のエロージョン６０ｂの形成が抑制される。

よってアースシールド板１８は、ターゲット３１の軸端における磁界の状態に起因したターゲットエロージョン不均一（急速なエロージョン進行）を改善する役割を担っている。

次に、第１および第２の扇型磁石３４ｄ、３４ｅを配置しなかった場合を述べる。

第１および第２の扇型磁石３４ｄ、３４ｅの各々が、第１〜第３の棒状磁石３４ａ、３４ｂ、３４ｃ軸方向両端に配置されないと、第１〜第３の棒状磁石３４ａ、３４ｂ、３４ｃの軸方向両端の磁気回路が不安定になる。このため、第１〜第３の棒状磁石３４ａ、３４ｂ、３４ｃの軸方向両端における磁界のアンバランスに起因して長軸方向のエロージョン６０ａの形成が乱れる。

そこで同様に、図４（ｂ）および図４（ｃ）から理解されるとおり、アースシールド板１８の開口１７の軸方向長さを、長軸方向のエロージョン６０ａの乱れる領域に相当するターゲット３１の軸方向両端部分を覆い隠せるように調整した上で、ターゲット３１の軸方向両端部に位置する湾曲面の湾曲形状に沿ってアースシールド板１８を鉢巻状の形態に曲げる。

よってこの条件下では、アースシールド板１８は、ターゲット３１の軸端における磁界の状態に起因したターゲットエロージョン不均一（エロージョン形状の乱れ）を改善する役割を担っている。

こうして真空成膜装置１００の成膜工程の効率化（ターゲットの長寿命化）を図ることができる。

第２に、本実施の形態の真空成膜装置１００によれば、第１および第２の湾曲部材３１、３２からなる略円筒の部材のうちの第１の湾曲部材３１をスパッタリングターゲットとして使ったスパッタリング成膜が実行されると共に、第２の湾曲部材３２にスパッタされ難い金属又はセラミックの材料を使用してこの材料を用いてプラズマ重合成膜が実行される。

以下、この真空成膜装置１００の動作について、図１に示した第１の中空枠体１５の表面のプラズマ反応を例にして説明する。なお、第２の中空枠体１６におけるプラズマ反応も、ここで説明する反応と同じであり、その動作の説明は省略する。

なおここでは、真空槽１３の下方内部空間１０ｂにＡｒガスを導いて、ワーク２３の堆積面２３ａにスパッタリングによるアルミ膜を形成した後、真空槽１３の下方内部空間１０ｂにＨＭＤＳガスに導いて、アルミ膜の上にプラズマ重合によるＳｉＯｘ膜を積層する例について説明する。このため、第１の湾曲部材３１としてアルミターゲットが使用され、第２の湾曲部材３２としてステンレス金属板又はセラミック板が使用される。

まず、第１の湾曲部材（アルミターゲット）が真空槽１３の下方内部空間１０ｂに曝されるように、サーボモータ１９により第１の中空枠体１５の回転位置が位置決めされる。この状態で排気装置が動作され、ガス排気ポート２７を介して真空槽１３の内部空間１０の排気が行われて真空槽１３の内部空間１０が所定の真空状態にまで減圧される。

そして、ガス供給源からガス導入ポート２６を介してプラズマ生成用の雰囲気ガスとしてのＡｒガスが、真空槽１３の下方内部空間１０ｂに導入される。併せて、ＭＦ電源２８が動作され、これによりバッキングプレート３０に１０ＫＨｚ〜３５０ＫＨｚ程度のＭＦ電力２８が印加される。そうすると、既に述べたように、第１の湾曲部材３１（アルミターゲット）の表面にあるアルミ原子が、ワーク２３の堆積面２３ａを堆積する粒子としてスパッタリング作用により叩き出され、これにより、ワーク２３の堆積面２３ａにアルミ膜が形成される。

続いて、第１の中空枠体１３がサーボモータ１９により約１８０°回転させられ、これにより、第２の湾曲部材３２（例えばステンレス金属板）が真空槽１３の下方内部空間１０ｂに曝される。そして、上記プラズマ状態を維持しつつ、ガス供給源からガス導入ポート２６を介してプラズマ重合の原料ガスとしてＨＭＤＳガスが、真空槽１３の下方内部空間１０ｂに導入される。そうすると、ＨＭＤＳのモノマー粒子は、プラズマによる励起作用を受けて活性化された後、この活性化されたＨＭＤＳのモノマー粒子が、ラジカル重合反応を経て、ＨＭＤＳのポリマーになる。こうして、ラジカル重合によりポリマーとなったＨＭＤＳは、ワーク２３のアルミ膜の上に堆積することにより、その堆積面２３ａにＳｉＯｘ膜が形成される。このとき、ラジカル重合反応として、Ｏ₂、Ｏ₃、Ｎ₂Ｏ等のガスを投入することで、ＳｉＯからＳｉＯ２の範囲内のＳｉＯｘのＸの値を変化させることができる。

なお、第１の中空枠体１５とその内部にある磁界形成手段３３との間に配置されたバッキングプレート３０と、第２の中空枠体１６とその内部にある磁界形成手段３３との間に配置されたバッキングプレート３０とをペアにして、交互に陽極と陰極として使用されるデュアルマグネトロン駆動が実行されている。

こうして、真空成膜装置１００によってワーク２３の堆積面２３ａにスパッタリングのアルミ膜とプラズマ重合のＳｉＯｘ膜が連続成膜される。

これにより、アルミ膜とＳｉＯｘ膜の切り替えが迅速に行えて、真空成膜装置１００の成膜工程の効率化（タクトの短縮）を図ることができる。

第３に、本実施の形態の真空成膜装置１００によれば、隣接して配置された一対の第１および第２の中空枠体１５、１６に内在する磁界形成手段３３の磁界の相互作用によってワーク２３の堆積面２３ａに堆積する粒子の堆積分布を調整することが可能になる。

例えば磁界形成手段３３の磁界相互干渉の一例として、第１および第２の中空枠体１５、１６の各々に内在する磁界形成手段３３が、図１の細い２点鎖線で示したように間隔１４に近づくように回転すると、両方の第３の棒状磁石３４ｃが近接することに起因して互いの磁界３７の磁束分布に影響が与えられる。そうすると、例えば、ワーク２３の取り付け不具合によるワーク２３の堆積面２３ａへの粒子堆積不均一性を相殺するように、磁界３７の相互干渉によってワーク２３に堆積面２３ａに堆積する粒子の堆積分布を意図的に可変できるようになる。

〔変形例１〕
ワーク２３の一例は、プラスチックを金型により成型した基板である。こうした金型成型によるプラスチック基板の表面に、真空成膜装置１００によって所定の膜を形成する場合には、プラスチック基板を取り付けた金型自体を、図１に示した下蓋１２として用いることも可能である。

但し、プラスチック基板への成膜毎にプラスチック基板の成型タクトに合わせて、真空成膜装置１００の内部空間１０が大気に開放される。このため、成型タクトにマッチング可能なレベルに真空成膜装置１００の内部空間１０を速やかに減圧させることが肝要であり、例えば、真空成膜装置１００の内部空間１０を粗引ポンプによって粗引きさせる際には、内部空間１０にＡｒガスを導入することにより内部空間１０に含有する水分を迅速に除去することが望ましい。また、排気系に設けた超低温冷却装置により水分を吸着させることも有効である。

〔変形例２〕
ここまで、第１の湾曲部材３１や第２の湾曲部材３２を扇型（より正確には半円状の扇型）にして、第１の湾曲部材３１をスパッタリングターゲットに使用し、かつ第２の湾曲部材をプラズマ重合の金属板に使用する例を説明したが、これらの部材３１、３２の構成はこれに限るものではなく、例えば、第１の湾曲部材３１を円筒のスパッタターゲットとして使用しても構わない。これにより、スパッタリングターゲットの寿命を最大限延長できる。

また、第１の湾曲部材３１と第２の湾曲部材３２が共に、扇型のスパッタリングターゲットであり、これらの第１の湾曲部材３１と第２の湾曲部材３２の材質組成を互いに違えた構成しても良い。例えば、第１の湾曲部材３１の材質がアルミであれば、第２の湾曲部材３２の材質は、第１の湾曲部材３１として使用されたスパッタターゲット材質と異なったもの、例えばチタン、クロム、銅または金のような材質からなるスパッタターゲットであっても良い。こうして、第１の湾曲部材３１と第２の湾曲部材３２との繋ぎ目部分が下方内部空間１０ｂに進入すると、第１の湾曲部材３１と第２の湾曲部材３２の材料が共にスパッタリングされることにより、ワーク２３の堆積面２３ａに両者の材料からなる合金膜が堆積される。

勿論、このような使用法であれば、第２の湾曲部材３２としてプラズマ重合用の部材（例えば、ステンレス金属板）を配置することは不可能であり、真空成膜装置１００は、スパッタリング成膜に特化した装置として使用される。

〔変形例３〕
またここまで、第１の中空枠体１５の構成と第２の中空枠体１６の構成が同じであることを前提に、第２の中空枠体の構成の説明を適宜割愛したが、第１の中空枠体１６のスパッタリングターゲットの材質組成が、第２の中空枠体のそれと異なっても構わない。

例えば、第１の中空枠体１５のスパッタリングターゲットの材質にアルミを使用する一方、第２の中空枠体１６のスパッタリングターゲットの材質にアルミ以外の金属、チタン、クロム、銅または金を使用することも可能である。そうすると、第１の中空枠体１５と第２の中空枠体１６のスパッタリングターゲットから放出する粒子によりワーク２３の堆積面２３ａに合金膜が堆積される。

〔変形例４〕
更にここまで、磁界形成手段３３の回転範囲が、下方内部空間１０ｂにおけるプラズマ形成領域に限られる例を説明したが、この磁界形成手段３３が上方内部空間１０ａの領域にまで進入可能なように構成しても構わない。

こうすると、プラズマ重合成膜によりプラズマに曝された湾曲部材（プラズマ重合用）が汚れても（重合膜の堆積）、その汚染部分を上方内部空間１０ａに回転移動させてこれを洗浄することが可能になる。つまり、湾曲部材の汚染部分を上方内部空間１０ａに回転移動させると共に、磁界形成手段３３も同様にこの汚染部分に対応するように上方内部空間１０ａに回転移動させ、この状態で、スパッタリング動作が実行されると、湾曲部材に付着した汚染物質をスパッタ作用により剥がすことができる。

なおこの際、剥離された物質が上方内部空間１０ａの壁面に再付着することを防止するため、上方内部空間１０ａの適所に防着板を配置することが望ましい。

また、以上のような洗浄操作を行うことが可能な装置であれば、湾曲部材全体を円筒ターゲットとして構成した場合であっても、ターゲットを適宜洗浄可能であり、これにより、円筒ターゲットをプラズマ重合成膜の際の電極として用いることも可能になる。

本発明による真空成膜装置は、例えば、車載用フロントランプやリアランプのリフレクタの多層膜を形成する装置として有用である。

実施の形態１による真空成膜装置の断面図であり、真空槽内部に配置された円筒の中空枠体を輪切りにした断面図である。 実施の形態１による真空成膜装置の断面図であり、その中空枠体の軸方向に沿った断面図である。 中空枠体とアースシールド板との配置の関係を、中空枠体の中心軸に沿った方向に見た平面視図である。 図４（ａ）は、ターゲットの背面に配置された磁石の平面視（ターゲットの軸方向に沿った方向）の配置図であり、図４（ｂ）は、磁石の磁界に起因してターゲット表面に形成されるエロージョンの形状をアースシールド板の開口と共に模式的に描いた図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示したＣ−Ｃ線に沿った断面のアースシールド板とターゲットの配置関係を模式的に描いた図である。

符号の説明

１０ 内部空間
１０ａ 上方内部空間
１０ｂ 下方内部空間
１１ 容器
１２ 下蓋
１３ 真空槽
１４ 間隔
１５ 第１の中空枠体
１６ 第２の中空枠体
１７ 開口
１７ａ 開口の端面
１８ アースシールド板
１９ サーボモータ
２０ タイミングベルト
２１ 第１のプーリー
２２ 第２のプーリー
２３ ワーク
２３ａ 堆積面
２４ インシュレータ
２５ Ｏリング
２６ ガス導入ポート
２７ ガス排気ポート
２８ ＭＦ電源
２９ 固定手段
３０ バッキングプレート
３１ 第１の湾曲部材（スパッタリングターゲット）
３２ 第２の湾曲部材（プラズマ重合用の金属板）
３３ 磁界形成手段
３４ 磁石
３４ａ 第１の棒状磁石
３４ｂ 第２の棒状磁石
３４ｃ 第３の棒状磁石
３４ｄ 第１の扇型磁石
３４ｅ 第２の扇型磁石
３５ ヨーク部
３６、３７ 磁界
４０ ブラケット
４１ 配管
４３ 冷却水
４４、４７ 貫通孔
４６ 平板軸受メタル
４６ａ 平板軸受メタルの鍔部
４８ フランジ部
４８ フランジ部の鍔部
４９ 回転シール部
５０ 通水域
５１ 冷却水口
６０ エロージョン
６０ａ 長軸方向のエロージョン
６０ｂ 短軸方向のエロージョン

Claims (16)

1. 内部空間を有する導電性の真空槽と、
   前記内部空間に配置され、幅方向に湾曲された湾曲面を有して軸方向に延びるターゲットと、
   前記湾曲面の幅方向に沿うように磁界を前記ターゲットに形成する磁界形成手段と、
   前記湾曲面の軸方向の中央部分を臨む開口を有して、前記湾曲面を前記開口の端面に対向させて配置された導電性のシールド板と、
   を備え、
   前記ターゲットの軸方向端部に位置する前記湾曲面が前記シールド板によって覆われる真空成膜装置。
2. 前記シールド板が、前記ターゲットの軸方向両端部に位置する前記湾曲面を覆う請求項１記載の真空成膜装置。
3. 前記シールド板が前記湾曲面の湾曲形状に沿って曲げられている請求項１記載の真空成膜装置。
4. 前記ターゲットの形状は、扇型に湾曲された複数の湾曲部材からなる略円筒形である請求項１記載の真空成膜装置。
5. 前記シールド板は、接地状態にある前記真空槽に接続されるアースシールド板である請求項１記載の真空成膜装置。
6. 前記ターゲットと前記磁界形成手段との間に配置されたプレートを備え、前記プレートに所定の電力が印加されることにより前記開口から突出した前記ターゲットの湾曲面の近傍にプラズマが形成される請求項１記載の真空成膜装置。
7. 前記ターゲットは、その軸方向を中心にして回転可能に構成される請求項１記載の真空成膜装置。
8. 前記磁界形成手段は、前記ターゲットの回転と独立して、前記ターゲットの前記湾曲面の幅方向に沿って回転可能に構成される請求項７記載の真空成膜装置。
9. 内部空間を有する導電性の真空槽と、
   前記内部空間に複数の扇型に湾曲された湾曲部材を並べて配置することにより、略円筒形をなすように構成された枠体と、
   前記枠体に囲まれた内部に配置され、前記枠体の周方向に沿うように磁界を形成する磁界形成手段と、
   を備え、
   前記湾曲部材のうちの少なくとも一つはスパッタリングに使用するターゲットであり、かつ前記ターゲットを除いた前記枠体の領域が、プラズマ重合に使用される真空成膜装置。
10. 前記枠体は、その軸方向を中心にして回転可能に構成される請求項９記載の真空成膜装置。
11. 前記磁界形成手段は、前記枠体の回転と独立して、前記枠体の周方向に沿って回転可能に構成される請求項１０記載の真空成膜装置。
12. 前記磁界形成手段は、複数の磁石と、前記磁石を保持して前記枠体の内周面にほぼ並行な扇型のヨーク部と、を備えた請求項９記載の真空成膜装置。
13. 前記枠体と前記磁界形成手段との間に配置された円筒形のプレートを備え、
    前記プレートに所定の電力が印加されることにより前記枠体の外周面の近傍にプラズマが形成される請求項９記載の真空成膜装置。
14. 内部空間を有する導電性の真空槽と、
    互いに間隔を隔てて並ぶように前記内部空間に配置された円筒状の第１および第２の中空枠体と、
    前記第１の中空枠体および第２の中空枠体の各々の内部に配置させ、前記第１の中空枠体の周方向に沿うように第１の磁界を形成する第１の磁界形成手段および前記第２の中空枠体の周方向に沿うように第２の磁界を形成する第２の磁界形成手段と、
    前記第１および第２の磁界に基づき前記第１および第２の中空枠体から放出された粒子を堆積させる堆積面を前記内部空間に曝して配置された基板と、
    を備え、
    前記第１および前記第２の磁界形成手段を前記間隔に近づけて前記第１および第２の磁界を相互作用させることにより前記堆積面における前記粒子の堆積分布が調整される真空成膜装置。
15. 前記第１および第２の中空枠体の各々は、スパッタリングに使用され、互いに組成を違えた第１および第２のターゲットを有しており、
    前記第１および第２の磁界に基づき、スパッタリングによって前記第１および第２のターゲットから放出する粒子により前記堆積面に合金膜が堆積される請求項１４記載の真空成膜装置。
16. 前記第１の中空枠体と前記第１の磁界形成手段との間に配置された円筒状の第１のプレートと、
    前記第２の中空枠体と前記第２の磁界形成手段との間に配置された円筒状の第２のプレートと、
    を備え、
    前記第１のプレートと前記第２のプレートとが交互に、陽極と陰極として使用される請求項１４記載の真空成膜装置。

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