JP5871055B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

この発明は、単一のチャンバー内において、ワークに対してスパッタリングによる成膜とプラズマＣＶＤによる成膜とを実行する成膜装置に関する。

例えば、自動車のヘッドランプのリフレクターや計器類は、射出成型されたプラスチック製品が使用される。そして、これらのプラスチック製品に対しては、鏡面仕上げや金属質感を持たせる目的から、アルミ等の金属をターゲットとしたスパッタリングによる成膜がなされる。そして、スパッタリングによる成膜後には、金属膜の酸化防止のため、プラズマＣＶＤによる酸化シリコン保護膜等の成膜が実行される。

このような場合に、従来、射出成型機により射出成型されたワークを、一旦、一定量だけストックした上で、別の工場においてスパッタリングやプラズマＣＶＤによる成膜を実行していた。このような場合においては、高品質の成膜を実行するために、ワークの表面に付着した水分等の吸着ガスを十分に真空排気して取り除く必要がある。このため、従来は、多数のワークをまとめてチャンバー内に設置し、チャンバー内を油拡散ポンプ、ターボ分子ポンプ、クライオポンプなどのような超高真空ポンプで十分に真空排気して水分等の吸着ガスを取り除いた上で成膜作業を行っていた。このため、大型の装置が必要となるばかりではなく、処理に長い時間を要していた。

また、スパッタリングによる成膜後のワークは、別の成膜装置に搬送され、その成膜装置のチャンバー内でＨＭＤＳＯ（ヘキサ−メチル−ジ−シロキサン）等のモノマーガスを利用したプラズマＣＶＤを行うことにより、スパッタリングによる成膜後の表面に保護膜の成膜を行っている。

また、スパッタリングによる成膜と複合成膜あるいは重合成膜とを同一のチャンバー内で実行する装置も提案されている。特許文献１には、スパッタリング用電極と複合成膜あるいは重合成膜用電極とを所定距離だけ離隔した位置に配置した成膜装置が開示されている。この成膜装置においては、最初に、ワークとスパッタリング電極とを対向配置するとともに、チャンバー内に不活性ガスを導入した後、スパッタリング電極に直流を印加してスパッタリングによる成膜を実行する。次に、ワークを移動させてワークと複合成膜あるいは重合成膜用電極とを対向配置するとともに、チャンバー内にＨＭＤＳＯ等のモノマーガスを導入した後、複合成膜あるいは重合成膜用電極に高周波電圧を印加して、複合成膜あるいは重合成膜を実行している。この特許文献１に記載の成膜装置においては、使用しないターゲット上にシャッターを配置する構成を有している。

また、特許文献２には、スパッタリング用電極とプラズマ重合用電極とを兼用する兼用電極を有する成膜装置が開示されている。この成膜装置においては、最初に、チャンバー内に不活性ガスを導入した後、兼用電極に直流あるいは高周波を印加してスパッタリングによる成膜を実行し、次に、チャンバー内にＨＭＤＳＯ等のモノマーガスを導入した後、兼用電極に高周波電圧を印加してプラズマ重合による成膜を実行している。

特開２０１１−５８０４８号公報 特開平１０−１９５６５１号公報

特許文献１に記載の成膜装置によれば、スパッタリングによる成膜と複合成膜あるいは重合成膜とを同一のチャンバー内で実行することができる。しかしながら、スパッタリングによる成膜と複合成膜あるいは重合成膜とを別々の位置で実行することから、チャンバーのサイズが大型化し、装置のコストが上昇するのみではなく、チャンバー内の減圧や気体の入れ替えに時間がかかるという問題が生ずる。

一方、特許文献２に記載の成膜装置によれば、装置を小型化できることから、装置のコストダウンと成膜処理の効率化を図ることができるが、その一方で、スパッタリングによる成膜後にプラズマ重合による成膜を実行するときに、電極が重合堆積物により汚染されるという問題が生ずる。このような重合堆積物による汚染が生じたときには、次のスパッタリングによる成膜時に、スパッタリング成膜の性能が低下するという問題が生ずる。このため、特許文献２に記載された成膜装置においては、プラズマ重合による成膜実行後、直流を利用したスパッタリングによる成膜の実行前に、高周波スパッタリング法等を実行することにより、電極の表面をクリーニングする必要があるという問題がある。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、スパッタリングによる成膜とプラズマＣＶＤによる成膜とを同一のチャンバー内で同一の電極を使用して実行した場合においても、電極が汚染されることなく、効率的にスパッタリングによる成膜とプラズマＣＶＤによる成膜とを実行することが可能な成膜装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、単一のチャンバー内において、ワークに対してスパッタリングによる成膜とプラズマＣＶＤによる成膜とを実行する成膜装置であって、ターゲット材料を備えた電極と、前記電極に高周波電圧を印加する高周波電源と、前記チャンバー内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、前記チャンバー内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記チャンバー内を減圧する減圧手段と、前記ターゲット材料と接触した状態で当該ターゲット材料を覆う状態と、前記ターゲット材料を開放する状態とを切替可能なシャッターを備えたシャッター機構とを備え、前記スパッタリングによる成膜時には前記シャッターを開放することにより前記ターゲット材料を備えた電極をスパッタリング用の電極として機能させ、前記プラズマＣＶＤによる成膜時には前記シャッターにより前記ターゲット材料を前記ターゲット材料と接触した状態で覆うことにより、前記ターゲット材料を備えた電極と前記シャッターとをプラズマＣＶＤ用の電極として機能させることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記電極は、マグネトロン電極である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記シャッターは、伝導体から構成される。

請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記シャッターは、前記プラズマＣＶＤによる成膜により形成される膜と共通の元素をもつ材質から構成される。

請求項５に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記シャッターは、伝導体と、前記伝導体における前記ワーク側の表面に形成された前記プラズマＣＶＤによる成膜により形成される膜と共通の元素をもつ材質とから構成される。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記シャッターは、非磁性体から構成される。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記シャッターは、少なくともその一部が磁性体から構成される。

請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記電極に直流電圧を印加する直流電源をさらに備える。

請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記シャッター機構は、一対のシャッターと、この一対のシャッターをチャンバーに連結された揺動軸を中心に揺動させるアームとを備え、前記一対のシャッターが中央から両側に向かって互いに異なる方向に揺動することにより開放状態となる構造を有する。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記一対のシャッターの先端部は、前記電極から前記ワークに向かう方向と交差する方向を向く当接面において互いに当接する。

請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記シャッター機構は、前記シャッターをチャンバーに連結された揺動軸を中心に揺動させるアームを備え、前記シャッターは、前記アームに対して揺動可能に配設される。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記アームは、前記揺動軸と平行に延びる軸を中心として互いに蝶動可能な一対のアーム部材と、これら一対のアーム部材の姿勢を直線状とするための、前記一対のアーム部材のうちの一方のアーム部材に付設され、他方のアーム部材を挟持する一対の板バネと、を備える。

請求項１３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記シャッター機構は、前記シャッターをチャンバーに連結された揺動軸を中心に揺動させるアームを備え、前記アームと前記シャッターとの間に、前記スパッタリングによる成膜時に前記アームと前記シャッターとにわたる膜が形成されることを防止するための庇部が形成された絶縁部材が配設される。

請求項１に記載の発明によれば、スパッタリングによる成膜とプラズマＣＶＤによる成膜とを同一のチャンバー内で同一の電極を使用して実行した場合においても、シャッターの作用により、電極が汚染されることなく効率的にスパッタリングによる成膜とプラズマＣＶＤによる成膜とを実行することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、マグネトロン電極を採用することにより、プラズマをターゲット付近に封じ込めてプラズマ密度を高めることで、スパッタリング速度を向上させることが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、シャッターが伝導体から構成されることから、このシャッターを効率的にプラズマＣＶＤ用の電極として機能させることが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、シャッターがＣＶＤによる成膜により形成される膜と共通の元素をもつ材質から構成されることから、プラズマＣＶＤ時に、シャッターの材質に由来する成膜領域への不純物の混入を防止することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、シャッターが、伝導体とＣＶＤによる成膜により形成される膜と共通の元素をもつ材質とから構成されることから、伝導体により電極機能を効率的に維持しつつ、成膜領域への不純物の混入を防止することが可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、非磁性体のシャッターを採用することにより、プラズマＣＶＤによる成膜時にシャッターにより電極におけるターゲット材料を覆った場合においても、マグネトロン電極によるマグネトロン放電の作用を効率的に得ることができ、プラズマＣＶＤによる成膜速度を向上させることが可能となる。

請求項７に記載の発明によれば、シャッターの少なくとも一部が磁性体から構成されることから、プラズマＣＶＤ時のプラズマの密度またはプラズマの分布をコントロールすることが可能となり、プラズマＣＶＤによる成膜の膜厚や膜質をコントロールするためのパラメータを増加させることが可能となる。

請求項８に記載の発明によれば、直流電源をさらに備えることから、直流スパッタリングが可能な材料を使用する場合に、スパッタリングによる成膜をより高速に実行することが可能となる。

請求項９に記載の発明によれば、一対のシャッターが中央から両側に向かって互いに異なる方向に揺動することにより開放状態となる構造を採用することから、シャッターを開閉するときに必要な占有空間を小さくすることができ、チャンバーの小型化を図ることが可能となる。

請求項１０に記載の発明によれば、一対のシャッターの先端部が電極からワークに向かう方向と交差する方向を向く当接面において互いに当接することから、プラズマＣＶＤによる成膜時に、一対のシャッター間の隙間から電極が汚染されることを有効に防止することが可能となる。

請求項１１および請求項１２に記載の発明によれば、シャッターがアームに対して揺動可能に配設されることから、シャッターとターゲット材料を備えた電極とを全面において密着させることが可能となる。このため、電極の汚染をより確実に防止できるとともに、シャッターをプラズマＣＶＤ用電極としてより適切に機能させることが可能となる。

請求項１３に記載の発明によれば、絶縁部材の作用により、アームとシャッターとを絶縁状態とすることができる。そして、絶縁部材における庇部の作用により、伝導体の成膜時に各アームと各シャッターとにわたる膜が形成されてチャンバーに連結されたアームと電極に当接するシャッターとが導通することにより、チャンバーと電極とが短絡することを防止することが可能となる。

この発明に係る成膜装置１を適用した成膜システムの概要図である。 この発明の第１実施形態に係る成膜装置１の概要図である。 この発明の第１実施形態に係る成膜装置１の電極２０付近の拡大図である。 シャッター機構の拡大図である。 シャッター機構における絶縁部材３６付近の拡大図である。 シャッター３１の各種の先端形状を示す説明図である。 他の実施形態に係るシャッター３１の構成を示す説明図である。 他の実施形態に係るシャッター３１の構成を示す説明図である。 この発明の第２実施形態に係る成膜装置１の電極２０ａ、２０ｂ付近の拡大図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。最初に、この発明に係る成膜装置１を適用した成膜システムについて説明する。図１は、この発明に係る成膜装置１を適用した成膜システムの概要図である。

この成膜システムは、射出成型機２と、この発明に係る成膜装置１と、ワークＷを射出成型機２から成膜装置１に搬送する搬送装置３とを備える。

射出成型機２において射出成型により形成されたワークＷは、搬送装置３におけるハンド４により保持されて成膜装置１に搬送される。成膜装置１は、本体１１と開閉部１２とから構成されるチャンバー１０を備える。搬送装置３により搬送されたワークＷは、ハンド４により、成膜装置１における開閉部１２に付設されたワーク載置部１３上に載置される。しかる後、開閉部１２が本体１１側に移動することにより、ワークＷは成膜装置１におけるチャンバー１０内に配置される。

このような成膜システムによれば、射出成型機２の直近に成膜装置１を設置することができ、射出成型機２により射出成型されたワークＷを、直接、成膜装置１に搬入することが可能となる。このため、射出成型後のワークＷに対して水分等の吸着ガスが付着する前に、このワークＷを成膜装置１に搬送することができることから、従来必要とされていた水分等の吸着ガスを取り除くための高真空ポンプを省略することが可能となる。このため、低コスト、低エネルギーを実現できるとともに、成膜作業を効率的に実行することが可能となる。

次に、この発明に係る成膜装置１の具体的構成について説明する。図２は、この発明の第１実施形態に係る成膜装置１の概要図であり、図３は、その電極２０付近の拡大図である。

上述したように、この成膜装置１は、本体１１と開閉部１２とから構成されるチャンバー１０を備える。開閉部１２は、ワークＷを搬入する搬入位置と、本体１１との間で密閉されたチャンバー１０を構成する閉鎖位置との間を移動可能となっている。開閉部１２には、ワークＷを載置するためのワーク載置部１３が付設されている。また、図３に示すように、この成膜装置１は、その内部に磁石２２を有する電極部２１と、ターゲット材料２３とからなる電極２０を備える。この電極２０は、絶縁部材１４を介して、チャンバー１０における本体１１に装着されている。なお、チャンバー１０を構成する本体１１は、接地部１９によりアースされている。

電極２０は、スイッチ４５を介して、フィルター４２および直流電源４１に接続されている。また、電極２０は、スイッチ４６を介して、マッチングボックス４３および高周波電源４４と接続されている。さらに、電極２０におけるターゲット材料２３の下方には、一対のシャッター３１を含むシャッター機構が配設されている。なお、高周波電源４４としては、例えば、数十ＭＨｚ（メガヘルツ）程度の高周波を発生させるものを使用することができる。ここで、この明細書で述べる高周波とは、２０ｋＨｚ（キロヘルツ）以上の周波数を意味する。

図４は、シャッター機構の拡大図である。

このシャッター機構においては、シャッター３１は、チャンバー１０の本体１１に連結された揺動軸１５を中心に揺動するアーム３９により支持されている。このアーム３９は、揺動軸１５と平行に延びる軸３４を中心として互いに蝶動可能な一対のアーム部材３２、３３と、これら一対のアーム部材３２、３３の姿勢を直線状とするための、一対のアーム部材３２、３３のうちの一方のアーム部材３２にネジ３７により取り付けられ、他方のアーム部材３３を挟持する一対の板バネ３５を備える。アーム部材３２は、本体１１に連結された揺動軸１５を中心に揺動自在となっている。なお、このシャッター３１は、金属等の伝導体で、かつ、非磁性体である材料から構成されている。このシャッター３１の材質としては、例えば、アルミニュウムを採用することができる。

このシャッター機構においては、各アーム３９が揺動軸１５を中心に揺動することにより、一対のシャッター３１は、図２および図３において実線で示す電極２０におけるターゲット材料２３を覆う閉鎖位置と、図２および図３において仮想線で示す電極２０におけるターゲット材料２３を開放する解放位置との間で揺動する。すなわち、一対のシャッター３１は、閉鎖位置から、これらの一対のシャッター３１が中央から両側に向かって互いに異なる方向に揺動することにより開放状態となる観音開き式の構造を有する。

図３において拡大して示すように、一対のシャッター３１の先端部は、当接面３８において互いに当接している。この状態において、当接面３８は、電極２０からワークＷに向かう方向と直交する方向を向き、ターゲット材料２３の表面と平行な面となる。このため、一対のシャッター３１が閉鎖位置に配置されたときに、これらの当接面３８を完全に密着した状態とすることが可能となる。これにより、後述するように、プラズマ重合による成膜時に、電極２０におけるターゲット材料２３が重合堆積物により汚染されるという現象を有効に防止することが可能となる。

また、このシャッター機構においては、アーム３９は、上述したように、互いに蝶動可能な一対のアーム部材３２、３３と、これら一対のアーム部材３２、３３の姿勢を直線状とするための一対の板バネ３５とを備える。このため、一対のシャッター３１は、揺動軸１５と平行な軸３４を中心として傾斜する方向に揺動することができる。これにより、電極２０におけるターゲット材料２３の下面とシャッター３１の上面が完全に平行となっていない場合においても、シャッター３１をターゲット材料２３に押し付けることにより、シャッター３１がアーム部材３３とともに板バネ３５による力に抗して傾斜して、ターゲット材料２３の下面とシャッター３１の上面とを完全に密着させることが可能となる。

さらに、このシャッター機構においては、アーム部材３３とシャッター３１との間には、アーム部材３３とシャッター３１とを絶縁状態とするとともに、スパッタリングによる成膜時にアーム部材３３とシャッター３１とにわたる膜が形成されることを防止するための絶縁部材３６が配設されている。

図５は、シャッター機構における絶縁部材３６付近の拡大図である。

シャッター機構におけるアーム３９を構成するアーム部材３３のシャッター側の端縁には、絶縁部材３６が付設されている。この絶縁部材３６は、その両端に庇部４８が形成された断面が略コの字状の形状を有する。ワークＷには、電極２０とチャンバー１０との間で電圧が付与される。このため、チャンバー１０における本体１１に接続されたアーム３９と電極２０に当接するシャッター３１とを絶縁状態としておく必要がある。

この時、後述するスパッタリングによる成膜時には、ワークＷだけではなく、シャッター３１やアーム３９の表面にもターゲット材料２３から成る膜が形成される。この膜が伝導体であった場合においては、この膜がアーム３９のアーム部材３３とシャッター３１とにわたって形成されれば、チャンバー１０に連結されたアーム３９と電極２０に当接するシャッター３１とが導通することにより、チャンバー１０と電極２０とが短絡してしまう。しかしながら、図５に示すように、この絶縁部材３６には庇部４８が形成されていることから、シャッター３１やアーム３９の表面にターゲット材料２３から成る膜１００が形成された場合においても、庇部４８の内側の領域Ａには膜１００が形成されないことになり、スパッタリングによる成膜時にアーム３９とシャッター３１とにわたる膜が形成され
ることを有効に防止することが可能となる。

再度、図２を参照して、チャンバー１０を構成する本体１１は、開閉弁５１および流量調整弁５２を介して、アルゴン等の不活性ガスの供給部５３と接続されている。また、チャンバー１０を構成する本体１１は、開閉弁５４および流量調整弁５５を介して、ＨＭＤＳＯやＨＭＤＳ（ヘキサ−メチル−ジ−シラザン）等の原料ガスの供給部５６と接続されている。さらに、チャンバー１０を構成する本体１１は、ドライポンプ５８およびメカニカルブースタポンプ５７と接続されている。

次に、以上のような構成を有する成膜装置１による成膜動作について説明する。この成膜装置１により成膜動作を実行するときには、図１に示すように、射出成型機２において射出成型により形成されたワークＷを、搬送装置３におけるハンド４により保持して、成膜装置１における開閉部１２に付設されたワーク載置部１３上に載置する。しかる後、開閉部１２が本体１１側に移動することにより、ワークＷは、成膜装置１におけるチャンバー１０内の電極２０と対向する位置に配置される。

この状態において、チャンバー１０内を０．１パスカルから５パスカル程度まで減圧する。この時には、最初に、ドライポンプ５８を利用して高速でチャンバー１０内を減圧した後、メカニカルブースタポンプ５７を使用してチャンバー１０内を高真空とする。また、シャッター機構により、一対のシャッター３１を、図２および図３において仮想線で示す解放位置に配置する。なお、ドライポンプ５８により必要な真空圧が得られる場合には、メカニカルブースタポンプ５７を省略してもよい。

次に、開閉弁５１を開放することにより、不活性ガスの供給部５３からチャンバー１０内にアルゴン等の不活性ガスを供給し、チャンバー１０内の真空度が０．１〜５パスカルとなるように、チャンバー１０内を不活性ガスで充満させる。そして、スイッチ４５を閉じることにより、電極２０に対してフィルター４２を介して直流電源４１から直流電圧を付与し、あるいは、スイッチ４６を閉じることにより、電極２０に対してマッチングボックス４３を介して高周波電源４４から高周波電圧を付与する。これにより、スパッタリング現象でターゲット材料２３の薄膜がワークＷの表面に形成される。

なお、電極２０に対して直流電圧を付与した場合には、ターゲット材料２３として直流スパッタリングが可能な材質を使用した場合に、スパッタリングによる成膜をより高速に実行することが可能となる。但し、この直流電源４１とフィルター４２とを省略し、高周波電源４４のみを利用してスパッタリングを実行するようにしてもよい。

この時、この発明に係る成膜装置１においては、電極２０内に磁石２２を配設したマグネトロン電極を採用することにより、プラズマをターゲット材料２３付近に封じ込めてプラズマ密度を高めることで、スパッタリング速度を向上させることが可能となる。

以上の工程によりスパッタリングによる成膜が終了すれば、引き続き、プラズマ重合による成膜を実行する。このプラズマ重合は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の一種である。プラズマ重合を実行する場合には、チャンバー１０内を０．１パスカルから５パスカル程度まで減圧する。また、シャッター機構により、一対のシャッター３１を、図２および図３において実線で示す閉鎖位置に配置する。

次に、開閉弁５４を開放することにより、原料ガスの供給部５６からチャンバー１０内に原料ガスを供給し、チャンバー１０内の真空度を０．１〜１０パスカルとなるように、チャンバー１０内を原料ガスで充満させる。そして、スイッチ４６を閉じることにより、電極２０に対してマッチングボックス４３を介して高周波電源４４から高周波電圧を付与する。この時には、シャッター３１を電極２０とともにプラズマ重合用の電極として機能させて、プラズマ重合による成膜を実行する。これにより、プラズマ重合反応で原料ガスの薄膜がワークＷの表面に堆積する。

この時、この発明に係る成膜装置１においては、非磁性体のシャッター３１を採用することにより、プラズマ重合による成膜時にシャッター３１により電極２０におけるターゲット材料２３を覆った場合においても、磁石２２によるマグネトロン放電の作用を得ることができる。このため、プラズマ重合による成膜時においても、その成膜速度を向上させることが可能となる。

また、この発明に係る成膜装置１においては、上述したように、板バネ３５を利用したターゲット材料２３の下面と伝導体からなるシャッター３１の上面とを完全に密着させる構成を採用していることから、シャッター３１を電極２０と一体化させてプラズマ重合用の電極として有効に機能させることができるとともに、電極２０におけるターゲット材料２３を完全に閉鎖してその汚染を有効に防止することが可能となる。また、シャッター３１が伝導体であることから、スパッタリングによる成膜を継続して実行することにより、ターゲット材料２３が減少したとしても、重合による成膜状態を一定に維持することが可能となる。すなわち、このような場合においては、ターゲット材料２３が金属等の導電性材料であるか否かにかかわらず、シャッター３１が伝導体であれば、シャッター３１とターゲット材料２３とが完全に密着する状態で接触することと相俟って、表面側（ワークＷ側）の電圧を一面一様とすることができ、成膜状態を一定に維持することが可能となる。

また、この成膜装置１においては、アーム部材３３とシャッター３１との間には、スパッタリングによる成膜時にアーム部材３３とシャッター３１とにわたる膜１００が形成されることを防止するための絶縁部材３６が配設されていることから、チャンバー１０に連結されたアーム３９と電極２０に当接するシャッター３１とが導通してしまい、チャンバー１０と電極２０とが短絡することを防止することが可能となる。

さらに、この成膜装置１においては、上述したように、一対のシャッター３１の先端部は、電極２０からワークＷに向かう方向と直交する方向を向く当接面３８において互いに当接している。このため、一対のシャッター３１が閉鎖位置に配置されたときに、これらの当接面３８を完全に密着した状態とすることが可能となる。これにより、プラズマ重合による成膜時に、電極２０におけるターゲット材料２３が重合堆積物により汚染されるという現象を有効に防止することが可能となる。

図６は、シャッター３１の各種の先端形状を示す説明図である。

図６（ａ）に示すように、一対のシャッター３１の先端部が電極２０からワークＷに向かう方向を向いていた場合には、シャッター３１を閉鎖位置から解放位置に移動させるときに、両方のシャッター３１の干渉を避けるために、両シャッター３１間に隙間を設ける必要がある。このため、この隙間により、プラズマ重合による成膜時に、電極２０におけるターゲット材料２３が重合堆積物により汚染されるという現象が発生する。

これに対して、図３および図６（ｂ）に示すように、一対のシャッター３１の先端部が、電極２０からワークＷに向かう方向と直交する方向を向く当接面３８において互いに当接した場合には、このような隙間の発生を防止することが可能となる。

なお、図６（ｃ）に示すように、一方のシャッター３１の先端部が他方のシャッター３１を覆う形状を有し、これらのシャッター３１の先端部が電極２０からワークＷに向かう方向と直交する方向を向く当接面において互いに当接する構成を採用してもよい。さらには、図６（ｄ）に示すように、一対のシャッター３１の先端部が、電極２０からワークＷに向かう方向と交差する方向を向く傾斜した当接面において互いに当接する構成を採用した場合においても、同様に、隙間の発生を防止することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、シャッター３１の材質として、伝導体を採用している。しかしながら、シャッター３１の材質として伝導体以外のものを採用してもよい。このような材質を採用した場合においても、スパッタリングによる成膜とプラズマＣＶＤによる成膜とを実行することが可能となる。

また、シャッター３１の材質として、プラズマ重合による成膜により形成される膜と共通の元素をもつ材質を採用するようにしてもよい。このように、プラズマ重合による成膜により形成される膜と組成が近い材質を使用した場合においては、プラズマ重合時に、シャッター３１の材質に由来する成膜領域への不純物の混入を防止することが可能となる。この場合に、例えば、原料ガスとしてＨＭＤＳＯやＨＭＤＳを使用してシリコン酸化膜を成膜する場合においては、シャッター３１としてシリコン酸化物を使用すればよい。また、例えばＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）を成膜する場合においては、シャッター３１として炭素材料を使用すればよい。この場合においても、シャッター３１とターゲット材料２３とが完全に密着する状態で接触していることから、ターゲット材料２３の汚染を好適に防止することが可能となる。

さらに、シャッター３１として、伝導体と、この伝導体におけるワークＷ側の表面に形成されたＣＶＤによる成膜により形成される膜と共通の元素をもつ材質との両方から構成されるものを使用してもよい。図７は、このような実施形態に係るシャッター３１の構成を示す説明図である。

図７に示すシャッター３１は、伝導体３１ａと、この伝導体３１ａの下面（ワークＷ側の表面）に形成されたＣＶＤによる成膜により形成される膜と共通の元素をもつ材質３１ｂとから構成される。このような構成を採用した場合には、伝導体３１ａにより電極機能を効率的に維持しつつ、成膜領域への不純物の混入を防止することが可能となる。

さらに、上述した実施形態においては、シャッター３１として、非磁性体からなるものを使用しているが、シャッター３１として、その一部または全部が磁性体であるものを採用してもよい。図８は、このような実施形態に係るシャッター３１の構成を示す説明図である。

図８（ａ）に示すシャッター３１は、その全体が磁性体より構成される。このような構成を採用した場合においては、シャッター３１を構成する磁性体の厚み等を調整することにより、磁石２２によるマグネトロン放電の作用を調整することが可能となる。また、図８（ｂ）に示すシャッター３１は、非磁性体３１ｃの下面に磁性体３１ｄを付設した構成を有する。このような構成を採用した場合には、磁性体３１ｄの厚み、形状、配置等を調整することにより、磁場分布を調整することが可能となる。

図８（ａ）、図８（ｂ）のいずれの場合においても、磁場の影響を制御することにより、プラズマ重合時のプラズマの密度およびプラズマの分布をコントロールすることが可能となり、プラズマ重合により成膜される重合膜の膜厚や膜質をコントロールするためのパラメータを増加させることが可能となる。

次に、この発明の他の実施形態について説明する。図９は、この発明の第２実施形態に係る成膜装置１の電極２０ａ、２０ｂ付近の拡大図である。なお、上述した第１実施形態と同様の部材については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

この実施形態においては、第１実施形態における電極２０と同様の構成を有する一対の電極２０ａ、２０ｂをチャンバー１０の本体１１の上部に配設し、これらの電極２０ａ、２０ｂをＬＦ電源４９に接続した構成を有する。ここで、ＬＦ電源４９は、高周波電源の一種であり、例えば、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚの周波数の高周波を発生させるものである。

この第２実施形態に係る成膜装置１においてスパッタリングによる成膜を実行するときには、第１実施形態と同様、一対のシャッター３１を図９において仮想線で示す解放位置に配置する。また、第１実施形態と同様に、チャンバー１０内にアルゴン等の不活性ガスを充満させる。そして、ＬＦ電源４９により一対の電極２０ａ、２０ｂに、互いに逆位相の電圧を交互に印加する。プラズマ中のアルゴンイオンは陽イオンであることから、負電位のターゲット材料がスパッタされることになる。すなわち、スパッタ現象は、電極２０ａと電極２０ｂとで交互に発生する。

一方、この第２実施形態に係る成膜装置１においてプラズマ重合による成膜を実行するときには、第１実施形態と同様、一対のシャッター３１を図９において実線で示す閉鎖位置に配置する。また、チャンバー１０内に原料ガスを充満させる。そして、ＬＦ電源４９により一対の電極２０ａ、２０ｂに電圧を印加する。これにより、シャッター３１を電極２０ａ、２０ｂとともに、プラズマ重合用の電極として機能させて、プラズマ重合による成膜を実行することが可能となる。

この第２実施形態に係る成膜装置１においては、ＬＦ電源４９を使用するだけで、高周波電源４４やマッチングボックス４３を使用する必要がないことから、装置を安価に製造することができる。また、ターゲット材料２３に重合堆積物が付着した場合においても、ＬＦ電源４９を使用してスパッタリングによる成膜を実行するときに、スパッタと同時にターゲット材料のクリーニング効果を奏することが可能となる。

１ 成膜装置
２ 射出成型機
３ 搬送装置
４ ハンド
１０ チャンバー
１１ 本体
１２ 開閉部
１３ ワーク載置部
１４ 絶縁部材
１５ 揺動軸
１９ 接地部
２０ 電極
２１ 電極部
２２ 磁石
２３ ターゲット材料
３１ シャッター
３２ アーム部材
３３ アーム部材
３４ 軸
３５ 板バネ
３６ 絶縁部材
３８ 当接面
３９ アーム
４１ 直流電源
４２ フィルター
４３ マッチングボックス
４４ 高周波電源
４５ スイッチ
４６ スイッチ
４８ 庇部
４９ ＬＦ電源
５１ 開閉弁
５２ 流量調整弁
５３ 不活性ガスの供給部
５４ 開閉弁
５５ 流量調整弁
５６ 原料ガスの供給部
５７ メカニカルブースタポンプ
５８ ドライポンプ
１００ 膜
Ｗ ワーク

Claims (13)

1. 単一のチャンバー内において、ワークに対してスパッタリングによる成膜とプラズマＣＶＤによる成膜とを実行する成膜装置であって、
   ターゲット材料を備えた電極と、
   前記電極に高周波電圧を印加する高周波電源と、
   前記チャンバー内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
   前記チャンバー内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
   前記チャンバー内を減圧する減圧手段と、
   前記ターゲット材料と接触した状態で当該ターゲット材料を覆う状態と、前記ターゲット材料を開放する状態とを切替可能なシャッターを備えたシャッター機構とを備え、
   前記スパッタリングによる成膜時には前記シャッターを開放することにより前記ターゲット材料を備えた電極をスパッタリング用の電極として機能させ、
   前記プラズマＣＶＤによる成膜時には前記シャッターにより前記ターゲット材料を前記ターゲット材料と接触した状態で覆うことにより、前記ターゲット材料を備えた電極と前記シャッターとをプラズマＣＶＤ用の電極として機能させることを特徴とする成膜装置。
   
2. 請求項１に記載の成膜装置において、
   前記電極は、マグネトロン電極である成膜装置。
3. 請求項２に記載の成膜装置において、
   前記シャッターは、伝導体から構成される成膜装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の成膜装置において、
   前記シャッターは、前記プラズマＣＶＤによる成膜により形成される膜と共通の元素をもつ材質から構成される成膜装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の成膜装置において、
   前記シャッターは、伝導体と、前記伝導体における前記ワーク側の表面に形成された前記プラズマＣＶＤによる成膜により形成される膜と共通の元素をもつ材質とから構成される成膜装置。
6. 請求項１に記載の成膜装置において、
   前記シャッターは、非磁性体から構成される成膜装置。
7. 請求項１に記載の成膜装置において、
   前記シャッターは、少なくともその一部が磁性体から構成される成膜装置。
8. 請求項１に記載の成膜装置において、
   前記電極に直流電圧を印加する直流電源をさらに備える成膜装置。
9. 請求項１に記載の成膜装置において、
   前記シャッター機構は、一対のシャッターと、この一対のシャッターをチャンバーに連結された揺動軸を中心に揺動させるアームとを備え、前記一対のシャッターが中央から両側に向かって互いに異なる方向に揺動することにより開放状態となる構造を有する成膜装置。
10. 請求項９に記載の成膜装置において、
    前記一対のシャッターの先端部は、前記電極から前記ワークに向かう方向と交差する方向を向く当接面において互いに当接する成膜装置。
11. 請求項１に記載の成膜装置において、
    前記シャッター機構は、前記シャッターをチャンバーに連結された揺動軸を中心に揺動させるアームを備え、
    前記シャッターは、前記アームに対して揺動可能に配設される成膜装置。
12. 請求項１１に記載の成膜装置において、
    前記アームは、前記揺動軸と平行に延びる軸を中心として互いに蝶動可能な一対のアーム部材と、これら一対のアーム部材の姿勢を直線状とするための、前記一対のアーム部材のうちの一方のアーム部材に付設され、他方のアーム部材を挟持する一対の板バネと、を備える成膜装置。
13. 請求項１に記載の成膜装置において、
    前記シャッター機構は、前記シャッターをチャンバーに連結された揺動軸を中心に揺動させるアームを備え、
    前記アームと前記シャッターとの間に、前記スパッタリングによる成膜時に前記アームと前記シャッターとにわたる膜が形成されることを防止するための庇部が形成された絶縁部材を配設した成膜装置。

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