JP5668637B2

JP5668637B2 - 成膜装置及び成膜方法

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Publication number: JP5668637B2
Application number: JP2011174695A
Authority: JP
Inventors: 貴康佐藤; 清一浅原; 山口　登士也; 登士也山口; 中田　博道; 博道中田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2031-08-10
Also published as: JP2013036106A

Description

本発明は、成膜装置及び成膜方法に関し、詳しくは、蒸発源を放電させることにより放出される膜材粒子で処理物を被覆して薄膜を生成する技術に関する。

従来、真空状態の容器内で蒸発源を放電させることにより、容器内の処理物の表面を蒸発源から放出された膜材粒子で被覆し、処理物の表面に薄膜を生成する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００４−１１０１８号公報

特許文献１に記載の技術によれば、容器の内部に蒸発源を配置して、蒸発源を放電させる構成としている。このため、処理物の表面だけでなく、図４に示す如く容器の内周面にも膜材粒子が付着することとなり、成膜効率が悪化する原因となっていた。
また、前記技術によれば、処理物の周囲全面を膜材粒子で被覆するためには、処理物の表面が均等に蒸発源に面するように処理物を回転させるための回転機構が必要となっていた。

そこで本発明は、上記現状に鑑み、真空状態の容器内で蒸発源を放電させて、処理物の表面に薄膜を生成する際に、簡易な構成で成膜効率を向上させることが可能な、成膜装置及び成膜方法を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、筒状の蒸発源と、前記蒸発源の内部を密閉空間とする密閉面と、で容器を形成し、真空状態の前記容器内で前記蒸発源を放電させることにより、前記容器内に配置した処理物の表面を前記蒸発源から放出された膜材粒子で被覆し、前記処理物の表面に薄膜を生成し、前記密閉面は前記蒸発源で形成されているものである。

請求項２においては、開口部を有する筒状の蒸発源で容器を形成し、真空状態の前記容器内で前記容器を形成する蒸発源を放電させることにより、前記開口部に配置した処理物における前記容器の内側に面する表面を前記蒸発源から放出された膜材粒子で被覆し、前記処理物の表面に薄膜を生成する、成膜装置であって、前記容器の開口部は、前記処理物の表面で密閉されるものである。

請求項３においては、筒状の蒸発源と、前記蒸発源の内部を密閉空間とする密閉面と、で容器を形成し、真空状態の前記容器内で前記蒸発源を放電させることにより、前記容器内に配置した処理物の表面を前記蒸発源から放出された膜材粒子で被覆し、前記処理物の表面に薄膜を生成し、前記密閉面は前記蒸発源で形成されているものである。

請求項４においては、開口部を有する筒状の蒸発源で容器を形成し、処理物の表面で前記容器の開口部を密閉し、真空状態の前記容器内で前記容器を形成する蒸発源を放電させることにより、前記処理物における前記容器の内側に面する表面を前記蒸発源から放出された膜材粒子で被覆し、前記処理物の表面に薄膜を生成するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

本発明により、真空状態の容器内で蒸発源を放電させて処理物の表面に薄膜を生成する際の成膜効率を簡易な構成で向上させることが可能となる。

第一実施形態に係る成膜装置の概略図。（ａ）は成膜装置の成膜部を示した図、（ｂ）は成膜部に生じる磁力線を示した図。（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ第二実施形態及び第三実施形態に係る成膜装置の成膜部を示した図。従来技術に係る成膜装置における容器を示した図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。

［第一実施形態］
まず始めに、第一実施形態に係る成膜装置１０の概略について、図１を用いて説明する。
成膜装置１０は、処理物ホルダー系として、ガス供給手段１１と、処理物冷却手段１３と、電圧印加手段１５と、を備える。また、排気系として排気手段１９を、成膜系として成膜手段２０を備える。

本実施形態においては、上記成膜系である成膜手段２０は、他の処理物ホルダー系及び排気系から分離可能に構成されている。つまり、成膜手段２０を構成する容器２１を処理物Ｗの形状や大きさに合わせて変更する場合に、成膜手段２０を処理物ホルダー系及び排気系から分離して交換できるように構成されている。

ガス供給手段１１はガスボンベやバルブで構成され、ガス供給管１１ａを介して窒素や炭化水素、アルゴンなどの気体を、処理物Ｗの表面に生成する薄膜の種類に応じて容器２１の内部に供給する。
処理物冷却手段１３は冷却ポンプ等で構成され、給水管１３ａを介して冷却水等の冷却媒体を処理物Ｗの周囲に供給し、排水管１３ｂを介して還元させている。なお、本実施形態においては冷却媒体を用いて処理物Ｗを冷却する構成としているが、熱伝導率の大きい冷却板等を用いて処理物Ｗを冷却する構成とすることも可能である。
電圧印加手段１５は電源装置であり、処理物Ｗに導線１５ａを介して接続され、処理物Ｗに数百ボルトの電圧を印加する。また、蒸発源である容器２１には、導線１７ａを介して電源１７が接続されている。

排気手段１９は、ターボ分子ポンプ、ロータリーポンプ、メカニカルブースターポンプ等を組み合わせた排気ポンプやバルブで構成され、排気管１９ａを介して容器２１内の排気を行い、容器２１の内部を減圧して真空状態にする。

成膜手段２０は、処理物Ｗを内部に収容可能な円筒状の容器２１（図２（ａ）を参照）と、容器２１を冷却する容器冷却手段２３とを備える。容器冷却手段２３は冷却ポンプ等で構成され、給水管２３ａを介して冷却水等の冷却媒体を容器２１の周囲に供給し、排水管２３ｂを介して前記冷却媒体を容器２１から容器冷却手段２３へ還元させている。

本実施形態における容器２１は、成膜装置１０における蒸発源に用いられる筒状の素材で形成されており、チタン、クロム、タングステン、又はこれらの合金等が用いられる。なお、本実施形態においては後述する如く処理物Ｗの周囲に磁場を形成する構成であるため、蒸発源である容器２１としては鉄、ニッケル等の磁性体以外の素材を用いることが好ましい。

また、成膜効率の観点からは、容器２１の内周面形状は、処理物Ｗの周囲の形状に沿ったものであることが好ましい。ただし、高温となる容器２１の内周面と処理物Ｗの表面との距離が短くなりすぎると、処理物Ｗの温度が上昇することとなる。この場合、処理物Ｗが鉄系材料の場合は焼き戻って軟化するため、焼き戻し温度以上にならない程度の処理物Ｗの表面との距離を確保するように、容器２１の内周面形状が決定される。同様の観点から、鉄系材料の処理物Ｗは処理物冷却手段１３によって、焼き戻し温度以上にならないように冷却される。

また、成膜手段２０は、図２（ａ）及び（ｂ）に示す如く、容器２１の上下端部に電磁コイル３１ａ・３１ｂが備えられ、処理物Ｗの周囲に磁場が形成されるように構成されている。具体的には、容器２１の上下面と略同形状である円周状に巻回して形成された電磁コイル３１ａ・３１ｂが、容器２１の上下の各端部に配設されているのである。そして、図２（ａ）中の矢印ａ及び矢印ｂに示す如く、電磁コイル３１ａには上面視で反時計回りに、電磁コイル３１ｂには上面視で時計回りに電流が流れるように電圧を印加するのである。これにより、図２（ｂ）中の矢印α及び矢印βに示す如く、処理物Ｗの周囲に磁場が形成されるのである。なお、容器２１の上下端部は図２（ａ）に示すように、蒸発源の内部を密閉空間とするための密閉面を備えた閉塞部材３０・３０で閉塞されており、後述するように排気手段１９で排気された際に真空状態を維持できるように構成されている。なお、本実施形態においては、蒸発源を筒状に形成し、その開口部を閉塞部材３０・３０で閉塞する構成としたが、開口部を蒸発源で形成することも可能である。

本実施形態においては、図２（ｂ）における上側の電磁コイル３１ａには、紙面手前から奥に向かって電流が流れ、下側の電磁コイル３１ｂには、紙面奥から手前に向かって電流が流れるように構成している。このため、右ねじの法則により、図２（ｂ）中の矢印α及び矢印βに示す如く、処理物Ｗの略中央部に対して磁界が略垂直方向に向かうように磁場が形成されるのである。

上記の如く構成された成膜装置１０において、排気手段１９により容器２１の内部を真空状態にした後に、ガス供給手段１１により気体を容器２１の内部に供給する。そして、処理物冷却手段１３により処理物Ｗの周囲を冷却しながら数百ボルトの電圧を印加するのである。さらに、蒸発源に接続した電源１７により、蒸発源の表面にアーク放電を図１及び図２（ａ）に示す如くトリガー１８で発生させる。真空状態の容器２１内で容器２１を形成する蒸発源を放電させる（詳細には、蒸発源と処理物Ｗとの間で放電させる）ことにより、図２（ｂ）に示す如く、電荷を帯びた膜材粒子Ｐ（蒸発源の素材であるチタン、クロム、タングステン、及びその合金等）が蒸発源（容器２１の内周面）から放出される。また、ガス供給手段１１により供給された気体やそれらが放電により分解、電離した粒子と結合し、容器２１内に配置した処理物Ｗの表面を被覆し、処理物Ｗの表面に薄膜を生成するのである。

なお、本実施形態に係る成膜装置１０では、容器２１を蒸発源として使用するため、成膜装置１０を使用し続けると容器２１が薄くなっていく。即ち、容器２１が所定の厚み以下となった場合は、容器２１を交換する必要がある。このため、容器２１の厚みが略均一となるように、電磁コイル３１ａ・３１ｂなどが制御されるのである。
また、本実施形態に係る容器２１は、ＡＩＰパイプ状蒸発源としてアーク放電させる場合でも、スパッタパイプ状蒸発源としてグロー放電させる場合でも、適用することが可能である。

本実施形態によれば上記の如く、容器２１の内周面は処理物Ｗの周囲３６０度の方向に面しているため、処理物Ｗの外周面の全面を膜材粒子で被覆するために、処理物Ｗを回転させる必要がない。即ち、処理物Ｗを回転させるための回転機構を配設する必要がないため、成膜装置１０の構成を簡易にすることができる。また、同時に処理物Ｗの周囲全面を成膜できるため、成膜効率を向上させることができるのである。
即ち、本実施形態によれば、真空状態の容器２１内で蒸発源を放電させて、簡易な構成で処理物Ｗの表面に薄膜を生成する際の成膜効率を向上させることが可能となるのである。

［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る成膜装置について、図３を用いて説明する。なお、本実施形態で説明する成膜装置について、前記第一実施形態と共通する部分に関しては詳細な説明を省略する。
本実施形態に係る成膜装置において、容器１２１は、下面に開口部を有する筒状の蒸発源で形成される。また、図３（ａ）に示す如く、容器１２１の開口部は、前記開口部に配置される処理物Ｗ１の表面で密閉される。容器１２１の内側に面する処理物Ｗ１の表面には、凹陥形状の処理面ＷＰ１が形成されている。
そして、前記第一実施形態と同様に、真空状態の容器１２１内で容器１２１を形成する蒸発源を放電させることにより、容器１２１の内側に面する処理物Ｗ１の表面のうち、処理面ＷＰ１を蒸発源から放出された膜材粒子で被覆し、処理物Ｗ１の表面に薄膜を生成するのである。
なお、処理物Ｗ２の処理面ＷＰ２が開放されている（反対側の面と連通している）場合は、図３（ｂ）に示す如く、処理物Ｗ２における容器１２１と反対側に閉塞部材１３１を配置することにより、容器１２１の開口部を、処理物Ｗ２の表面で密閉する構成とできる。

本実施形態によれば上記の如く構成することにより、容器１２１よりも大きいために収容できない処理物Ｗ１（Ｗ２）であっても、その処理面ＷＰ１（ＷＰ２）に薄膜を生成する、いわゆる部分成膜を行うことが可能となる。

１０成膜装置
２１容器
Ｗ処理物

Claims

筒状の蒸発源と、前記蒸発源の内部を密閉空間とする密閉面と、で容器を形成し、真空状態の前記容器内で前記蒸発源を放電させることにより、前記容器内に配置した処理物の表面を前記蒸発源から放出された膜材粒子で被覆し、前記処理物の表面に薄膜を生成し、
前記密閉面は前記蒸発源で形成されている、
ことを特徴とする、成膜装置。
開口部を有する筒状の蒸発源で容器を形成し、真空状態の前記容器内で前記容器を形成する蒸発源を放電させることにより、前記開口部に配置した処理物における前記容器の内側に面する表面を前記蒸発源から放出された膜材粒子で被覆し、前記処理物の表面に薄膜を生成する、成膜装置であって、
前記容器の開口部は、前記処理物の表面で密閉される、
ことを特徴とする、成膜装置。
筒状の蒸発源と、前記蒸発源の内部を密閉空間とする密閉面と、で容器を形成し、真空状態の前記容器内で前記蒸発源を放電させることにより、前記容器内に配置した処理物の表面を前記蒸発源から放出された膜材粒子で被覆し、前記処理物の表面に薄膜を生成し、
前記密閉面は前記蒸発源で形成されている、
ことを特徴とする、成膜方法。
開口部を有する筒状の蒸発源で容器を形成し、処理物の表面で前記容器の開口部を密閉し、真空状態の前記容器内で前記容器を形成する蒸発源を放電させることにより、前記処理物における前記容器の内側に面する表面を前記蒸発源から放出された膜材粒子で被覆し、前記処理物の表面に薄膜を生成する、
ことを特徴とする、成膜方法。