JP2015094022A

JP2015094022A - プラズマｃｖｄ装置

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Publication number: JP2015094022A
Application number: JP2013235795A
Authority: JP
Inventors: 久野　裕彦; Hirohiko Kuno; 裕彦久野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2015-05-18
Anticipated expiration: 2033-11-14
Also published as: JP6007885B2

Abstract

【課題】成膜室に設けられる電極に汚れが付着することを抑制することができるプラズマＣＶＤ装置を提供すること。【解決手段】このプラズマＣＶＤ装置１は、成膜室１０内のワーク２０に給電を行う電源部１０３と、ワーク２０と電源部１０３とを接続する継電部１０１と、電源部１０３の一端側と継電部１０１との接続部２０１の周辺を覆うパイプ状の絶縁ケース１０２と、成膜室１０外に設けられる不活性ガス供給手段１６０と、を備え、不活性ガス供給手段１６０は、電源部１０３の他端側から不活性ガスを絶縁ケース１０２の内部に導入して接続部２０１の周辺に送り込むことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマＣＶＤ装置に関するものである。

従来から、例えばチタン製などの基材の表面にプラズマＣＶＤ法を用いて所望の薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置が知られている。

プラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバー（成膜室）を備え、プラズマ発生電極に直流電力または高周波電力を印加して真空チャンバー内にプラズマを形成し、このプラズマによって真空チャンバー内に供給された原料ガスを化学反応させ、所望の薄膜を基材の表面に形成するものである。

ところでプラズマＣＶＤ装置では、原料ガスをプラズマにより分解する際、成膜には使われず、成膜空間で凝集し、固体化したパーティクル（塵）が発生する。このパーティクルは、成膜中の薄膜に混入して膜質を劣化させるだけでなく、成膜装置内に設けられた電極などに付着し、電極に汚れが生じる原因となる。電極に汚れが生じると、異常放電を生じさせることとなり、電流が基材に供給されず成膜ができなくなるという問題が発生する。さらに、電極の汚れを除去するために、装置のクリーニングを頻繁に行わなければならなくなり、生産性も低下する。

このような電極に汚れが付着する問題を解決することを意図して、下記特許文献１に記載されているプラズマＣＶＤ装置では、プラズマ発生電極に最も近い位置に配置されている不活性ガス供給口から不活性ガスを供給することで、電極への汚れ抑制対策をしている。

国際公開２０１２−１３２５８８号公報

上記特許文献１に記載されている電極の汚れ抑制対策では、電極の外部であって真空チャンバー内に設けられた不活性ガス供給口から電極に向けて不活性ガスを供給するものである。このため、この不活性ガスは真空チャンバー内を流れることになり、同じ真空チャンバー内を流れる原料ガスと混合されてしまう。その結果、不活性ガスと原料ガスとが混合されたガスが電極に供給されてしまい、電極の汚れを十分に除去することができず、電極の汚れ抑制の観点から改善すべき課題は依然として残っていた。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、成膜室に設けられる電極に汚れが付着することを抑制することができるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、成膜室内のワークに給電を行う電源部と、前記ワークと前記電源部とを接続する継電部と、前記電源部の一端側と前記継電部との接続部の周辺を覆うパイプ状の絶縁ケースと、前記成膜室外に設けられる不活性ガス供給手段と、を備え、前記不活性ガス供給手段は、前記電源部の他端側から不活性ガスを前記絶縁ケースの内部に導入して前記接続部の周辺に送り込むことを特徴とする。

本発明によれば、電源部と継電部が接続される接続部の周辺を覆うパイプ状の絶縁ケースを設けているため、接続部の周辺に原料ガスが侵入することを抑制することができる。その結果、電極に汚れが付着することを抑制することができる。また、成膜室外に設けられる不活性ガス供給手段から不活性ガスを絶縁ケースの内部に導入して接続部の周辺に送り込むので、不活性ガスと原料ガスとが混合されることを防止しながら接続部の周辺に不活性ガスを供給することができる。このため、接続部の周辺に原料ガスが侵入することをより一層抑制することができる。その結果、電極に汚れが付着することをより一層抑制することができる。

本発明によれば、電源部と継電部が接続される接続部の周辺に原料ガスが侵入することを抑制することができる。その結果、成膜室に設けられる電極に汚れが付着することを抑制することができるプラズマＣＶＤ装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す概略構成図である。図１に示した継電機構部を説明するための拡大断面図である。本発明の他の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す概略構成図である。

以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１を示す概略構成図である。プラズマＣＶＤ装置１は、成膜室１０を備える。この成膜室１０は、導電性材料、例えば、内壁面がアルミニウム又はアルミニウム合金からなる角筒形状の気密なチャンバーを有している。

成膜室１０には、このチャンバー内にワーク２０を搬入出するためのシャッター機構を有する搬入出口（図示せず）が設けられている。

また、成膜室１０には、チャンバー内を所定の真空度に真空排気する真空ポンプ（図示せず）が接続された排気手段４０が設けられている。

また、成膜室１０には、チャンバー内に例えば炭化水素系の原料ガスを供給する原料ガス供給手段３０が設けられている。

また、成膜室１０内には、ワークを支持するホルダを兼ねるホルダ兼電極（図示せず）が設けられている。ホルダ兼電極は通常、接地電極とされ、この接地電極に対向して陰電極（図示せず）が成膜室１０内に設けられている。後において説明する電源部１０３から直流電圧がワーク２０に供給され、原料ガス供給手段３０から供給された原料ガスが接地電極と陰電極との間に供給されると、原料ガスがプラズマ化されるようになっている。

図１に示したプラズマＣＶＤ装置１を用いてワーク２０に薄膜を製造する工程について説明する。まず、ワーク２０が成膜室１０内に搬入され、ホルダ兼電極に載置される。続いて、成膜室１０内が排気手段４０により所定の真空度とされ、原料ガス供給手段３０から成膜室１０内に原料ガスが導入される。そして、後述する電源部１０３から継電部１０１を介して成膜室１０内に設けられた接地電極及び陰電極間に直流電圧が印加され、導入された原料ガスがそれによってプラズマ化される。このプラズマの下でワーク２０の表面に所望の膜が形成される。

このようにプラズマＣＶＤ法では、原料ガスを用いて所望の薄膜を成膜することにより、安価に成膜することができるばかりでなく、薄膜の付きまわり性がよいため、複雑な表面形状であっても、ワーク２０の表面に好適に成膜することができる。

本実施形態におけるプラズマＣＶＤ法としては、上述したように、直流電源を利用した直流プラズマＣＶＤ法を用いているが、例えば、マイクロ波放電を利用するマイクロ波プラズマＣＶＤ法や高周波放電を利用する高周波プラズマＣＶＤ法を用いても良い。高周波プラズマＣＶＤ法を利用したプラズマＣＶＤ装置の構成については図３を参照しながら後述する。

詳細は後において説明するが、図１に示すように、成膜室１０には、継電機構部１００が設けられている。この継電機構部１００は、継電部１０１と、絶縁ケース１０２と、電源部１０３と、を備える。

続いて図２を参照しながら継電機構部１００について更に説明する。図２は、継電機構部１００の拡大断面図である。

図２に示すように、継電機構部１００は、ワーク２０に接続される継電部１０１と、この継電部１０１の一部を覆う絶縁ケース１０２と、継電部１０１に接続される電源部１０３とを備えている。

継電部１０１は、ワーク２０と電源部１０３との間に配置される。継電部１０１は、ワーク２０を成膜室１０内に出し入れする際に、ワーク２０と電源部１０３とを継電する部位であり、電源部１０３から供給される直流電圧が継電部１０１を介してワーク２０に供給される。このような継電部１０１においては、成膜室１０内で発生する膜材が付着したり、膜自体が成膜したりすることで、異常放電が発生することが多い。このため、本実施形態では、継電部１０１の一部を覆うための絶縁ケース１０２が設けられている。

絶縁ケース１０２は、継電部１０１の一部及び電源部１０３の一部である給電部１１０を覆うパイプ状のケースである。本実施形態では、絶縁ケース１０２は、少なくとも電源部１０３の一端側（図２では給電部１１０の上端側）と継電部１０１とが接続される部位の周辺を覆うように、すなわち図２に示される接続部２０１の周辺を覆うように配置される。絶縁ケース１０２の材料としては、例えば、絶縁・封止用テフロン（登録商標）ケースなどが用いられる。このように設けられる絶縁ケース１０２は、電源部１０３の一端側と継電部１０１とが接続される部位に、外部からの原料ガスの侵入を抑制する機能を有するものであると共に、この接続される部位からの放電を抑制する機能を有するものである。なお、絶縁ケース１０２としては、上述した材料以外の絶縁材を用いても良く、その材質や大きさについては様々なものが選択されうる。また、本実施形態では、絶縁ケース１０２の周囲を覆うように、中間電位金属１３０が設けられている。

電源部１０３は、継電部１０１に接続される給電部１１０を備えている。給電部１１０は、パイプ状の絶縁ケース１０２の内側に配置され、例えば円筒形状の金属材料により構成される。本実施形態においては、電源部１０３の一端側に給電部１１０を備えているが、電源部１０３の他端側には、電流ケーブル（図示せず）を介して直流電源（図示せず）が接続されている。この直流電源から供給される例えば３ｋＶの直流電圧は、電源部１０３（給電部１１０）から継電部１０１を介してワーク２０に供給される。

なお、図２に示すように、パイプ状の絶縁ケース１０２と、この内側に配置される給電部１１０との間には、隙間Ｄが設けられている。この隙間Ｄには、以下において詳述するように、電源部１０３に接続される不活性ガス供給手段１６０からの不活性ガスが流れるようになっている。

電源部１０３に接続される不活性ガス供給手段１６０の構成について説明する。不活性ガス供給手段１６０は、成膜室１０の外部であって、電源部１０３の他端側に設けられている。そして、図２に示すように、不活性ガス供給手段１６０は、電源部１０３の他端側に接続される電流ケーブル（図示せず）のケーブル接続口１５０付近から不活性ガスを絶縁ケース１０２の内部に導入して接続部２０１の周辺に送り込むように構成されている。

続いて、上述した不活性ガス供給手段１６０により供給される不活性ガスの流れについて説明する。図２に示すように、ケーブル接続口１５０付近から不活性ガス供給手段１６０により供給される不活性ガスは、図２に表した矢印Ａ１のように、電源部１０３の内部に形成された不活性ガス流路１５１内を流れる。この不活性ガス流路１５１は、電源部１０３内におけるケーブル接続口１５０から絶縁ケース１０２の内部まで連通する流路となっている。このため、ケーブル接続口１５０付近から供給された不活性ガスは、不活性ガス流路１５１内を流れ、絶縁ケース１０２内に導入される。そして、絶縁ケース１０２内に導入された不活性ガスは、絶縁ケース１０２内の隙間Ｄを流れ、継電部１０１と電源部１０３とが接続される部位、すなわち接続部２０１の周辺に流入する。なお、不活性ガスとしては、例えば非反応性の希ガスや窒素などを用いることができる。

以上のように、本実施形態では、電源部１０３と継電部１０１が接続される接続部２０１の周辺を覆うパイプ状の絶縁ケース１０２を設けているため、接続部２０１の周辺に原料ガスが侵入することを抑制することができる。その結果、電極に汚れが付着することを抑制することができる。また、成膜室１０外に設けられる不活性ガス供給手段１６０から不活性ガスを絶縁ケース１０２の内部に導入して接続部２０１の周辺に送り込むので、不活性ガスと原料ガスとが混合されることを防止しながら接続部２０１の周辺に不活性ガスを供給することができる。このため、接続部２０１の周辺に原料ガスが侵入することをより一層抑制することができる。その結果、電極に汚れが付着することをより一層抑制することができる。

続いて、図３を参照しながら本発明の他の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置について説明する。図３は、本発明の他の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す概略構成図である。図３に示すプラズマＣＶＤ装置は、ＲＦ放電を利用したプラズマＣＶＤ装置の構成に変化させたもので、それ以外の構成及び機能は、図１で示したＤＣ電源を利用したプラズマＣＶＤ装置の構成と略同等である。したがって、図１で示したプラズマＣＶＤ装置と同じ部分については同一の符合を用い、それらについての説明は省略する。

図３に示すように、プラズマＣＶＤ装置１は、成膜室１０内に第１電極５１及び第２電極５２を備えている。第１電極５１及び第２電極５２は互いに対向して平行になるよう、ある間隙を保って離間して配置され、この第１電極５１と第２電極５２との間にワーク２０が配置される。そして、第１電極５１及び第２電極５２には高周波電源（図示せず）からの高周波電力が印加できるように電気的な接続が行われる。

図３に示したプラズマＣＶＤ装置１を用いてワーク２０に薄膜を製造する工程について説明する。まず、ワーク２０を第１電極５１と第２電極５２との間に配置したのちに、成膜室１０内を排気手段４０により真空排気する。次に、原料ガス供給手段３０より原料ガスを成膜室１０内に供給しつつ成膜室１０内の圧力を一定に保った状態とする。そして、この状態で、高周波電源によって第１電極５１と第２電極５２との間に高周波電力を印加する。その結果、電極間に発生するプラズマによって成膜室１０内に導入された原料ガスが分解され、ワーク２０の表面に薄膜が形成される。

また本実施形態では、第１電極５１及び第２電極５２は中空構造を有している。また、第１電極５１及び第２電極５２には、その内部に不活性ガスを導入するための導入管６０が接続されている。更に、第１電極５１及び第２電極５２には、例えば互いに対向する面に、多数の穴５３が形成されている。したがって、成膜室１０の外部から供給される不活性ガスは、導入管６０を通って第１電極５１及び第２電極５２の内部に流入し、第１電極５１及び第２電極５２に形成された多数の穴５３から微量噴出される。

このように第１電極５１及び第２電極５２の内部に不活性ガスを導入し、第１電極５１及び第２電極５２に形成された多数の穴５３からこの不活性ガスが噴出される構成としているため、第１電極５１及び第２電極５２に付着した汚れを除去することができる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１：プラズマＣＶＤ装置
１０：成膜室
２０：ワーク
３０：原料ガス供給手段
４０：排気手段
１００：継電機構部
１０１：継電部
１０２：絶縁ケース
１０３：電源部
１１０：給電部
１３０：中間電位金属
１５０：ケーブル接続口
１５１：不活性ガス流路
１６０：不活性ガス供給手段

Claims

成膜室内のワークに給電を行う電源部と、
前記ワークと前記電源部とを接続する継電部と、
前記電源部の一端側と前記継電部との接続部の周辺を覆うパイプ状の絶縁ケースと、
前記成膜室外に設けられる不活性ガス供給手段と、を備え、
前記不活性ガス供給手段は、前記電源部の他端側から不活性ガスを前記絶縁ケースの内部に導入して前記接続部の周辺に送り込むことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。