JP6229592B2 - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により成膜を行なうプラズマＣＶＤ装置に関する。

真空状態のチャンバにおいて、原料ガスをプラズマ化して得られる金属イオンを、ワーク表面に吸着させて成膜するプラズマＣＶＤ装置が知られている。また、発生したプラズマを高密度化するために、あるいは、プラズマの分布を制御するために、陽極の近傍に永久磁石を配置したプラズマＣＶＤ装置が提案されている（下記特許文献１参照）。

特開２０１０−７１２６号公報

プラズマＣＶＤ装置を用いた成膜時に、陽極の温度は、例えば摂氏２００度以上の高温となるため、陽極が熱膨張して陽極と永久磁石との間の距離が変化し得る。かかる距離が変化すると、陽極における陰極と対向する面（以下、「対向面」と呼ぶ）において磁束密度が変化するために、対向面において均一の磁束密度が得られず、プラズマの分布が不均一になるという問題があった。その他、従来のプラズマＣＶＤ装置においては、その小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、プラズマＣＶＤ装置が提供される。このプラズマＣＶＤ装置は；チャンバと；前記チャンバの外部に配置された磁場形成部と；前記チャンバの内部において陰極として機能する処理対象のワークと対向し、かつ、前記チャンバを挟んで前記磁場形成部と対向する位置に配置され、第１の支持部材により前記チャンバに支持されている板状の陽極であって、前記第１の支持部材が挿入される第１の穴が形成されている陽極と；を備え；前記第１の穴に前記第１の支持部材が挿入された状態において、前記第１の穴には、前記陽極における前記ワークと対向する対向面と平行な方向に前記第１の支持部材と隣接する空隙が形成されており；前記第１の穴に形成されている前記空隙は、前記第１の穴に挿入された前記第１の支持部材に対して、前記対向面の中央部から外周縁に向かう方向と平行な方向に隣接して配置されている、プラズマＣＶＤ装置。

（１）本発明の一形態によれば、プラズマＣＶＤ装置が提供される。このプラズマＣＶＤ装置は、チャンバと；前記チャンバの外部に配置された磁場形成部と；前記チャンバの内部において陰極として機能する処理対象のワークと対向し、かつ、前記チャンバを挟んで前記磁場形成部と対向する位置に配置され、第１の支持部材により前記チャンバに支持されている板状の陽極であって、前記第１の支持部材が挿入される第１の穴が形成されている陽極と；を備え、前記第１の穴に前記第１の支持部材が挿入された状態において、前記第１の穴には、前記陽極における前記ワークと対向する対向面と平行な方向に前記第１の支持部材と隣接する空隙が形成されている。この形態のプラズマＣＶＤ装置によれば、第１の穴に、陽極における対向面と平行な方向に第１の支持部材と隣接する空隙が形成されているので、昇温に伴い陽極が膨張する際に、膨張した体積の一部をかかる空隙を利用して吸収することができる。このため、対向面と平行な方向への陽極の膨張が支持部材によって規制されてしまうことを抑制できるので、陽極がワークに向かう方向およびその反対方向（すなわち、磁場形成部に向かう方向）に膨張して変形することを抑制できる。したがって、陽極と磁場形成部との間の距離の変化を抑制できるので、陽極の対向面における磁束密度の変化を抑制してプラズマの分布が不均一となることを抑制できる。加えて、磁場形成部をチャンバの外部に配置するので、磁場形成部をチャンバの内部に配置する構成に比べて磁場形成部の昇温に伴う劣化（減磁）を抑制できる。

（２）上記形態のプラズマＣＶＤ装置において、前記対向面にスリットが形成されていてもよい。この形態のプラズマＣＶＤ装置によれば、かかるスリットを利用して膨張した陽極の体積の少なくとも一部を吸収できるため、ワークに向かう方向およびその反対方向への陽極の膨張を抑制できる。

（３）上記形態のプラズマＣＶＤ装置において、前記陽極には、前記スリットと前記第１の穴との間に、前記陽極を前記チャンバに固定するための第２の支持部材が挿入される第２の穴が形成されており、前記第２の穴に前記第２の支持部材が挿入された状態において、前記第２の穴には、前記第１の支持部材が挿入された状態における前記第１の穴に形成されている空隙よりも小さな空隙が形成されていてもよい。この形態のプラズマＣＶＤ装置によれば、第２の穴に挿入される第２の支持部材により、チャンバに対する陽極の位置ずれを抑制できる。また、スリットと第１の穴との間に第２の支持部材が配置されているので、第２の支持部材よりもスリット側における膨張した体積の少なくとも一部をスリットによって吸収すると共に、第２の支持部材よりも第１の穴側における膨張した体積の少なくとも一部を第１の穴によって吸収することができる。このため、ワークに向かう方向およびその反対方向への陽極の膨張をより抑制できる。

（４）上記形態のプラズマＣＶＤ装置において、前記第１の穴に形成されている前記空隙は、前記第１の穴に挿入された前記第１の支持部材に対して、前記対向面の中央部から前記陽極の外周縁に向かう方向と平行な方向に隣接して配置されていてもよい。この形態のプラズマＣＶＤ装置によれば、陽極における温度分布が陽極の中央部が高く外周縁に向かうにつれて低くなる分布であるために陽極の面内の膨張の方向が中央から外周縁に向かう方向となる場合に、第１の穴に形成された空隙を利用して、対向面と平行な方向への陽極の膨張をより効率的に吸収させることができる。

（５）上記形態のプラズマＣＶＤ装置において、前記陽極と前記チャンバとの間、および前記チャンバと前記磁場形成部との間に空隙が形成されていてもよい。この形態のプラズマＣＶＤ装置によれば、陽極の熱がチャンバを介して磁場形成部に伝導することを抑制できる。このため、磁場形成部の昇温に伴う劣化（減磁）を抑制できる。

（６）上記形態のプラズマＣＶＤ装置において、さらに、前記陽極と前記チャンバとの間の前記空隙に、前記陽極に接して配置されているヒーターを備えてもよい。この形態のプラズマＣＶＤ装置によれば、ヒーターを利用して陽極の温度を制御することができる。

（７）上記形態のプラズマＣＶＤ装置において、前記磁場形成部は、前記チャンバと対向して配置されている永久磁石を有してもよい。この形態のプラズマＣＶＤ装置によれば、例えば、磁場形成部を電磁石により構成する場合に比べて、配線やコイル等が不要となるために磁場形成部を簡易な構成で実現できる。

（８）上記形態のプラズマＣＶＤ装置において、前記永久磁石は、ネオジム磁石であってもよい。この形態のプラズマＣＶＤ装置によれば、例えば、永久磁石としてフェライト磁石を用いる構成に比べて、陽極の対向面における磁束密度を高めてプラズマの強度を高めることができる。

（９）上記形態のプラズマＣＶＤ装置において、前記第１の支持部材の挿入方向に見た前記第１の穴の形状は、前記対向面と平行な方向に沿って延伸している形状であってもよい。この形態のプラズマＣＶＤ装置によれば、支持部材の断面が円形または正方形といった長手方向と短手方向とを有しない形状である場合に、第１の穴において支持部材に隣接する空隙を形成することができる。

本発明は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、プラズマＣＶＤ装置に用いられる陽極や、その陽極の製造方法や、プラズマＣＶＤ装置を用いた成膜方法等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としてのプラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。 陽極２０の構成を示す平面図である。 プラズマＣＶＤ装置１００を用いた成膜処理の手順を示すフローチャートである。 第２実施形態のプラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。 第３実施形態における陽極の構成を示す平面図である。

Ａ．第１実施形態：
Ａ１．装置構成：
図１は、本発明の一実施形態としてのプラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。図１では、プラズマＣＶＤ装置１００が載置された状態における水平面（Ｘ−Ｙ平面）でのプラズマＣＶＤ装置１００の断面を示している。なお、図１では、＋Ｚ方向が鉛直上方を示す。プラズマＣＶＤ装置１００は、プラズマＣＶＤ（plasma CVD: plasma-enhanced chemical vapor deposition）法によりワーク５０の表面に薄膜を形成する。本実施形態では、ワーク５０として、燃料電池用セパレータに用いられる金属製の薄板状の基板が用いられる。なお、セパレータ用の基板に限らず、プラズマＣＶＤ法により成膜可能な任意の基板をワークとして採用することができる。また、本実施形態では、ワーク５０に形成される薄膜として、炭素薄膜が用いられる。炭素薄膜の構造としては、アモルファス構造や、グラファイト構造を採用することができる。

プラズマＣＶＤ装置１００は、チャンバ１０と、２つの陽極２０と、２つのヨーク４０と、各ヨーク４０に接して配置されている多数の永久磁石３０と、バイアス電源６０とを備えている。なお、図１では、チャンバ１０内にワーク５０が配置された状態のプラズマＣＶＤ装置１００を示している。後述するように、ワーク５０は、陰極として機能する。したがって、ワーク５０は、プラズマＣＶＤ装置１００の一部として機能すると共に、プラズマＣＶＤ装置１００による成膜処理の対象物としても機能する。

チャンバ１０は、高い気密性を有し、成膜室として機能する。チャンバ１０内は、ポンプを有する図示しないガス排出機構により真空状態に維持されている。チャンバ１０は、比透磁率が低い材料で形成されており、本実施形態では、ステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成されている。なお、ステンレス鋼に代えて、チタン（Ｔｉ）やアルミニウム（Ａｌ）など、比透磁率が比較的低い任意の材料を用いてもよい。本実施形態では、チャンバ１０は、図示しない冷却機構により昇温が抑制されている。かかる冷却機構として、例えば、水冷式の冷却機構を採用してもよい。

チャンバ１０内部の中央には、図示しない支持部によりワーク５０が配置されている。本実施形態では、ワーク５０は、ワーク５０の両面が、鉛直方向（Ｚ軸方向）と平行となるように配置されている。ワーク５０にはバイアス電源６０が接続されている。

図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置１００において、ワーク５０の一方の面に対向する側の構成と、他方の面に対向する側の構成とは、ワーク５０を中心として対称である。それゆえ、両側の構成において互いに同じ種類の構成要素には同じ符号を付し、以下、ワーク５０の一方の面に対向する側の構成のみを述べ、他方側の構成についてはその詳細な説明を省略する。

陽極２０は、平面視矩形の板状の外観形状を有し、比透磁率が低く、かつ、熱膨張係数の小さな材料により形成されている。本実施形態では、陽極２０は、チタン（Ｔｉ）により形成されているが、チタンに代えて、ステンレス鋼（ＳＵＳ）など、比透磁率が低く、かつ、熱膨張係数の小さな任意の材料により形成してもよい。図１に示すように、陽極２０は、ワーク５０とチャンバ１０の壁との間においてワーク５０の一方の面と対向するように配置されている。陽極２０は、複数の支持部材２１によりチャンバ１０の壁に支持されている。より具体的には、支持部材２１の一端はチャンバ１０に溶接されており、支持部材２１の他端が陽極２０に形成されている貫通孔（後述する逃がし穴２１０および固定穴２２０）に挿入されることにより、陽極２０は、チャンバ１０に支持（固定）される。図２に示すように、陽極２０が支持部材２１によりチャンバ１０に支持されることにより、陽極２０とチャンバ１０との間（Ｘ軸方向に沿った間）には、空隙が形成されている。

本実施形態では、支持部材２１は、棒状の外観形状を有し、上述のように一端部がチャンバ１０に溶接されている。なお、棒状に限らず任意の外観形状を有し、かつ、一端がチャンバ１０に溶接され他端が陽極２０に形成されている貫通孔に挿入される任意の部材を、支持部材２１として採用してもよい。本実施形態では、支持部材２１は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成されている。なお、ステンレス鋼（ＳＵＳ）に代えて、チタンなど、陽極２０の形成材料と同様に、比透磁率が低く、かつ、熱膨張係数の小さな任意の材料により、支持部材２１を形成してもよい。

図２は、陽極２０の構成を示す平面図である。なお、図２では、図１に示す２つの陽極２０のうち、右側の陽極２０を、ワーク５０側から見た図を表している。図２に示すように、陽極２０において、ワーク５０と対向する面（以下、「対向面」と呼ぶ）には、４つの逃がし穴２１０と、スリット２３０と、４つの固定穴２２０とが形成されている。

陽極２０の四隅近傍には、それぞれ一つずつ逃がし穴２１０が形成されている。各逃がし穴２１０は、水平方向（Ｙ軸方向）に延伸した形状を有する。本実施形態では、逃がし穴２１０は、陽極２０を厚さ方向（Ｘ軸方向）に貫く貫通孔として形成されている。各逃がし穴２１０の長手方向（Ｙ軸方向）の中央部には、支持部材２１が配置（挿入）されている。本実施形態では、支持部材２１のうちのチャンバ１０の壁から突出している部分のＸ軸方向に沿った長さは、陽極２０の厚さ（Ｘ軸方向の長さ）とほぼ等しい。したがって、図１に示すように、支持部材２１は、陽極２０の対向面からワーク５０側へと突出していない。なお、図２に示すように、本実施形態では、支持部材２１の断面形状は円形である。

図２に示すように、逃がし穴２１０の長手方向（Ｙ軸方向）の長さは、支持部材２１の直径よりも長い。このため、逃がし穴２１０に支持部材２１が挿入された状態において、逃がし穴２１０には、陽極２０における対向面と平行な方向（以下、「面方向」と呼ぶ）に、支持部材２１と隣接して空隙２１１が形成されている。このように、逃がし穴２１０には支持部材２１に隣接して空隙２１１が形成されているため、成膜処理時に陽極２０が昇温して膨張する際に、かかる空隙２１１を利用して膨張した体積の少なくとも一部を吸収できる。このため、陽極２０の面方向への膨張が支持部材２１によって規制されることを抑制できる。したがって、陽極２０の面方向への膨張が規制されるために陽極２０が厚さ方向（Ｘ軸方向）に膨張や変形することを抑制できるので、陽極２０と各永久磁石３０との間の距離が変化することを抑制できる。なお、本実施形態において、逃がし穴２１０に形成されている空隙２１１のＹ軸方向の長さの合計は、熱膨張に伴う陽極２０の外周近傍におけるＹ軸方向の寸法変化分よりも大きい。

逃がし穴２１０の短手方向（Ｚ軸方向）の長さは、支持部材２１の直径とほぼ等しい。したがって、逃がし穴２１０に支持部材２１が挿入されることにより、陽極２０の上下方向（Ｚ軸方向）への位置ずれが抑制される。

陽極２０の中央部には、スリット２３０が形成されている。スリット２３０は、水平方向（Ｙ軸と平行な方向）に沿って形成された直線状のスリット部と、垂直方向（Ｚ軸と平行な方向）に沿って形成された直線状のスリット部とが、陽極２０の面内の中央部分において交差した構成（換言すると平面視形状が十字形の構成）を有する。スリット２３０は、陽極２０を厚さ方向（Ｘ軸方向）貫通して形成されている。スリット２３０は、陽極２０が昇温して膨張する際に、膨張した陽極２０の少なくとも一部の体積を逃がす（吸収する）。本実施形態において、成膜処理の際における陽極２０の面内の温度分布は、中央部分が高く外周縁に向かうにつれて低くなる分布であるため、陽極２０は、中央部分においてより大きく膨張する。このため、本実施形態では、スリット２３０を陽極２０の面内の中央部分に設けている。

図２に示すように、スリット２３０の中央（すなわち、陽極２０の中央）と、各逃がし穴２１０との間において、スリット２３０の中央に寄った位置に、固定穴２２０が形成されている。固定穴２２０の断面形状は円形であり、その直径は、支持部材２１の直径よりも若干大きい。したがって、本実施形態では、支持部材２１は、固定穴２２０に圧入されている。このような構成により、陽極２０の面方向の位置ずれが抑制される。換言すると、固定穴２２０に挿入されている支持部材２１により、陽極２０は、チャンバ１０の壁に固定される。なお、上述した空隙２１１のＹ軸方向の長さの合計は、例えば、支持部材２１の断面の直径の２倍程度の大きさなど、支持部材２１を固定穴２２０に圧入させるために予め設けられている径方向の若干のクリアランスに比べて明らかに大きい。

ここで、上述した逃がし穴２１０、固定穴２２０、スリット２３０のそれぞれの配置位置とその効果、およびこれら穴２１０，２２０およびスリット２３０の位置関係とその効果について説明する。逃がし穴２１０を陽極２０の四隅に配置することにより、陽極２０を安定して支持できると共に、膨張の端部に相当する外周縁付近に膨張の規制を抑制可能な逃がし穴２１０を設けることにより、陽極２０全体として膨張が規制されてしまうことを抑制できる。したがって、陽極２０全体として厚さ方向（Ｘ軸方向）への膨張や変形を抑制できる。また、固定穴２２０を設けることにより陽極２０の位置ずれを規制しつつ、固定穴２２０を、陽極２０全体の膨張や変形に対する影響がより少ない中央部分（スリット２３０寄りの部分）に配置している。また、スリット２３０を、陽極２０の中央部分に配置することにより、陽極２０においてより昇温してより膨張し易い部分において膨張分を吸収させることができる。また、このスリット２３０の配置位置は、主として４つの固定穴２２０で囲まれた領域に含まれる位置である。このため、４つの固定穴２２０により膨張が規制され易い陽極２０の中央部分において、陽極２０の膨張を吸収することができる。したがって、陽極２０の中央部分における厚さ方向（Ｘ軸方向）の膨張や変位を抑制できる。このように、プラズマＣＶＤ装置１００では、陽極２０において、逃がし穴２１０、固定穴２２０、およびスリット２３０を設けることにより、陽極２０の厚さ方向（Ｙ軸方向）への膨張や変形を抑制している。

図１に示すヨーク４０は、板状の外観形状を有し、チャンバ１０の外部において、チャンバ１０を挟んで陽極２０（対向面とは反対側の面）と対向して配置されている。ヨーク４０は、チャンバ１０の外壁から所定の距離だけ離れた位置において、チャンバ１０の外壁と平行に配置され、固定部材４１によりチャンバ１０に固定されている。

ヨーク４０におけるチャンバ１０と対向する面には、多数の永久磁石３０が配置されている。永久磁石３０をチャンバ１０の外部に配置することにより、チャンバ１０の内部に配置する構成に比べて成膜処理時の永久磁石３０の昇温を抑制して、昇温に伴う永久磁石３０の劣化を抑制している。これにより、永久磁石３０により形成される磁束密度の低下（減磁）を抑制している。各永久磁石３０はいずれも棒状の外観形状を有し、本実施形態では、ネオジム磁石により構成されている。一般に、ネオジム磁石は、高い磁力を有する一方、耐熱性が低く、高温環境下において減磁し易い。しかしながら、上述のように、永久磁石３０をチャンバ１０の外部に配置することにより永久磁石３０の昇温を抑制するので、永久磁石３０（ネオジム磁石）の昇温に伴う磁束密度の低下を抑制しつつ、高い磁束密度を得ることができる。

図１に示すように、各永久磁石３０は、長手方向がＺ軸方向と平行となるように配置されている。本実施形態では、ヨーク４０におけるチャンバ１０と対向する面に、Ｙ軸方向に沿ってＮ極の永久磁石３０とＳ極の永久磁石３０とが交互に配置されている。各永久磁石３０と陽極２０との間の距離は、初期状態において互いに略一定となるように設定されている。これにより、陽極２０の対向面において磁束密度が略均一となるため、陽極２０とワーク５０との間の空間において発生するプラズマＰの分布に偏りが生じることを抑制できる。図１に示すように、各永久磁石３０は、チャンバ１０の外壁と接しておらず、各永久磁石３０とチャンバ１０の外壁との間には空隙が設けられている。また、上述のように、陽極２０とチャンバ１０との間にも空隙が設けられている。これらの構成により、陽極２０の熱がチャンバ１０を介して永久磁石３０に伝導することを抑制できる。

図１に示すバイアス電源６０は、ワーク５０に接続されており、ワーク５０に所定の電圧を印加する。なお、２つの陽極２０はいずれも接地されている。

上述した各構成要素に加えて、プラズマＣＶＤ装置１００は、チャンバ１０内に原料ガスを供給するためのガス供給機構と、原料ガスの流量を制御するマスフローコントローラと、チャンバ１０内からガスを排出するためのガス排出機構（ドライポンプ）と、チャンバ１０に隣接する予備真空室と、予備真空室とチャンバ１０との間に配置されているゲートバルブと、ワーク５０を搬送するための搬送機構と、チャンバ１０内においてワーク５０を支持する支持部と、チャンバ１０内部を昇温させるヒーターとを備えている。図１では、図示の便宜上、上述したガス供給機構、マスフローコントローラ、ガス排出機構、予備真空室、ゲートバルブ、搬送機構、支持部およびヒーターを省略している。

上述した永久磁石３０は、請求項における磁場形成部に相当する。また、支持部材２１は請求項における第１の支持部材および第２の支持部材に、逃がし穴２１０は請求項における第１の穴に、固定穴２２０は請求項における第２の穴に、それぞれ相当する。

Ａ２．成膜処理：
図３は、プラズマＣＶＤ装置１００を用いた成膜処理の手順を示すフローチャートである。まず、予備真空室にワーク５０がセットされる（ステップＳ１０５）。予備真空室が真空状態にされる（ステップＳ１１０）。ゲートバルブが開かれ、チャンバ１０内にワーク５０が搬入されて所定位置にセットされる（ステップＳ１１５）。また、その後ゲートバルブが閉じられる。

続いて、チャンバ１０の内部に原料ガスとキャリアガスが導入されつつ、ガス排出機構によりチャンバ１０内部が真空状態に維持される（ステップＳ１２０）。本実施形態では、原料ガスとして、炭化水素ガスが用いられる。また、キャリアガスとして窒素ガスおよびアルゴンガスが用いられる。前述のステップＳ１２０が実行される際に、ヒーターによりチャンバ１０内部が加熱されている。本実施形態では、ワーク５０の表面温度が摂氏３００度となり、陽極２０の表面温度が摂氏２００度となるようにヒーターが制御される。このように、陽極２０の表面が高温となり陽極２０が膨張しても、上述したとおり、陽極２０の厚さ方向（Ｘ軸方向）への膨張や変形が抑制される。

続いて、バイアス電源６０によりバイアス電圧がワーク５０に印加されることにより、ワーク５０と陽極２０との間においてプラズマ放電が実行される（ステップＳ１２５）。このステップＳ１２５により、炭素原子の陽イオンが陰極であるワーク５０の表面に付着して、炭素薄膜が形成される。前述のように、陽極２０の厚さ方向への膨張や変形が抑制されているため、各永久磁石３０と陽極２０との間の距離が変化することが抑制される。これにより、陽極２０の表面における磁束密度に偏りが生じることが抑制されるため、ステップＳ１２５が実行される際に、プラズマの分布に偏りが生じることが抑制される。前述のステップＳ１２５が完了すると、ワーク５０がチャンバ１０から予備真空室に移動され（ステップＳ１３０）、予備真空室がベントされた後に成膜後のワーク５０が予備真空室から取り出される（ステップＳ１３５）。

以上説明した第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置１００では、陽極２０に逃がし穴２１０を設け、この逃がし穴２１０を、支持部材２１が挿入された状態において面方向に支持部材２１に隣接して空隙２１１が形成されるように構成している。このため、成膜処理時に陽極２０が昇温して膨張しようとする際に、膨張した体積の一部をかかる空隙２１１を利用して吸収することができる。このため、陽極２０の面方向の膨張を支持部材２１によって規制されることを抑制できるので、面方向への膨張が規制されることに起因して陽極２０が厚さ方向（Ｘ軸方向）に膨張や変形することを抑制できる。したがって、陽極２０と各永久磁石３０との間の距離が変化することを抑制できるので、陽極２０におけるワーク５０と対向する面における磁束密度が変化してプラズマＰの分布が不均一となることを抑制できる。

また、逃がし穴２１０を陽極２０の四隅に配置することにより、陽極２０を安定して支持できると共に、面方向の膨張の端部に相当する外周縁の近傍において、面方向の膨張の規制を抑制できるので、陽極２０全体として膨張が規制されてしまうことを抑制できる。また、固定穴２２０を陽極２０の中央部分に配置することにより、陽極２０全体の膨張や変形に対する影響を低減することができる。また、スリット２３０を、陽極２０の中央部分に配置することにより、陽極２０においてより昇温し易くより膨張し易い部分において膨張した体積の少なくとも一部を吸収させることができる。加えて、スリット２３０の配置位置は、主として４つの固定穴２２０で囲まれた領域に含まれる位置であるので、４つの固定穴２２０により膨張が規制され易い陽極２０の中央部分において、膨張した陽極２０の体積の少なくとも一部をスリット２３０により吸収することができる。したがって、陽極２０の中央部分における厚さ方向（Ｘ軸方向）の膨張や変位を抑制できる。

また、永久磁石３０をチャンバ１０の外部に配置することにより、チャンバ１０の内部に配置する構成に比べて、永久磁石３０の昇温を抑制できる。このため、永久磁石３０の昇温に伴う劣化（減磁）を抑制できる。また、陽極２０とチャンバ１０との間、およびチャンバ１０と各永久磁石３０との間にそれぞれ空隙を設けているので、陽極２０の熱がチャンバ１０を介して各永久磁石３０に伝導することを抑制できる。また、永久磁石３０をネオジム磁石により構成しているので、陽極２０の表面における磁束密度を高めて、プラズマＰの強度を高めることができる。

Ｂ．第２実施形態：
図４は、第２実施形態のプラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。第２実施形態のプラズマＣＶＤ装置１００ａは、陽極２０とチャンバ１０の内壁との間においてヒーター７０が陽極２０に接して配置されている点において、図１に示す第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置１００と異なる。第２実施形態のプラズマＣＶＤ装置１００ａにおける他の構成要素は、第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置１００における構成要素と同じであるので、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

ヒーター７０は、略板状の外観形状を有し、陽極２０におけるチャンバ１０と対向する面に接して配置されている。ヒーター７０は、成膜処理時において、陽極２０の温度が所定温度（例えば、摂氏２００度）を維持するように、陽極２０を加熱する。

以上の構成を有する第２実施形態のプラズマＣＶＤ装置１００ａは、第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置１００と同様な効果を有する。加えて、ヒーター７０を用いて陽極２０の温度を制御することができる。

Ｃ．第３実施形態：
図５は、第３実施形態における陽極の構成を示す平面図である。第３実施形態の陽極２０ａは、逃がし穴２１０に代えて逃がし穴２１０ａを備えている点において、第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置１００と異なる。第３実施形態のプラズマＣＶＤ装置における他の構成要素は、第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置１００における構成要素と同じであるので、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

陽極２０ａの四隅付近には、それぞれ一つずつ逃がし穴２１０ａが形成されている。第３実施形態の逃がし穴２１０ａは、長手方向が、陽極２０ａの中心から四隅に向かう方向と平行な方向である点において、第１実施形態の逃がし穴２１０と異なり、その大きさや形は、第１実施形態の逃がし穴２１０と同じである。逃がし穴２１０ａがこのように配置されることにより、各逃がし穴２１０ａにおいて、空隙２１１は、支持部材２１に対して、陽極２０ａの中央部から隅に向かう方向に隣接する、或いは、陽極２０ａの隅から中央部に向かう方向に隣接することとなる。

上記構成を有する第３実施形態のプラズマＣＶＤ装置は、第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置１００と同様な効果を有する。加えて、逃がし穴２１０ａは、長手方向が、陽極２０ａの中心から四隅に向かう方向と平行な方向になるように配置されているので、空隙２１１を、支持部材２１に対して、陽極２０ａの中央部から隅に向かう方向、或いは、陽極２０ａの隅から中央部に向かう方向に隣接させることができる。陽極２０ａにおける温度分布は、陽極２０ａの中央が高く外周縁に向かうにつれて低くなる分布であるため、陽極２０ａの面内の膨張の方向は、中央から外周縁に向かう方向となる。したがって、空隙２１１を、支持部材２１に対して、陽極２０ａの中央部から隅に向かう方向、或いは、陽極２０ａの隅から中央部に向かう方向に隣接させることにより、陽極２０ａの面内の膨張をより効率的に吸収させることができる。

Ｄ．変形例：
Ｄ１．変形例１：
各実施形態におけるプラズマＣＶＤ装置１００，１００ａの構成は、あくまでも一例であり、種々変形可能である。例えば、各実施形態では、支持部材２１は、チャンバ１０に溶接により固定されていたが、溶接に代えて、ボルトを用いて固定する方法や、チャンバ１０に穴を形成してかかる穴に支持部材２１を圧入する方法など、任意の固定方法を採用してもよい。また、例えば、各実施形態では、固定穴２２０に挿入される支持部材２１は、陽極２０，２０ａと溶接されていなかったが、溶接されてもよい。また、例えば、各実施形態では、ワーク５０は、ワーク５０の両面が、鉛直方向（Ｚ軸方向）と平行となるように配置されていたが、鉛直方向に代えて、水平方向（Ｘ軸方向）と平行となるように配置してもよい。また、例えば、各実施形態において、固定穴２２０の少なくとも一部を省略してもよい。また、各実施形態において、固定穴２２０の少なくとも一部を逃がし穴２１０に変更してもよい。また、各実施形態において、スリット２３０を省略してもよい。また、例えば、各実施形態では、固定穴２２０は、陽極２０，２０ａの四隅に配置されていたが、四隅に代えて又は四隅に加えて、他の任意の位置に配置してもよい。また、例えば、各実施形態では、逃がし２１０，２１０ａに挿入される支持部材２１と、固定穴２２０に挿入される支持部材２１とは同じ種類であったが、これらの支持部材を互いに異なる種類としてもよい。

Ｄ２．変形例２：
各実施形態におけるスリット２３０の形状および配置位置は、図２および図５に示す形状および配置位置に限定されるものではない。例えば、スリットの形状として、平面視で円周状の形状としてもよい。また、平面視で一本または互いに平行な多数の直線状の形状としてもよい。また、例えば、スリット２３０の配置位置として、スリット２３０の中心位置が陽極２０，２０ａの中心位置からずれた位置となるような配置位置としてもよい。また、スリット２３０と同様な平面視形状のスリットを複数設けてもよい。

Ｄ３．変形例３：
各実施形態において、支持部材２１の断面形状は円形であったが、円形に代えて矩形や台形など、任意の形状としてもよい。この場合であっても、支持部材２１に対して、面方向に隣接して空隙２１１が形成されるように逃がし穴２１０を設けることにより、各実施形態と同様な効果を得ることができる。

Ｄ４．変形例４：
各実施形態において、永久磁石３０は、ネオジム磁石により構成されていたが、ネオジム磁石に代えて、フェライト磁石やサマリウムコバルト磁石など、任意の永久磁石を用いて構成してもよい。また、各実施形態において、永久磁石３０に代えて、電磁石など、陽極２０におけるワーク５０と対向する面において磁束密度を形成可能な任意の磁場形成部を、本発明のプラズマＣＶＤ装置に採用することができる。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…チャンバ
２０…陽極
２０ａ…陽極
２１…支持部材
３０…永久磁石
４０…ヨーク
４１…固定部材
５０…ワーク（陰極）
６０…バイアス電源
７０…ヒーター
２１０…逃がし穴
２１０ａ…逃がし穴
２１１…空隙
２２０…固定穴
２３０…スリット
１００…プラズマＣＶＤ装置
１００ａ…プラズマＣＶＤ装置
Ｐ…プラズマ

Claims (10)

1. プラズマＣＶＤ装置であって、
   チャンバと、
   前記チャンバの外部に配置された磁場形成部と、
   前記チャンバの内部において陰極として機能する処理対象のワークと対向し、かつ、前記チャンバを挟んで前記磁場形成部と対向する位置に配置され、第１の支持部材により前記チャンバに支持されている板状の陽極であって、前記第１の支持部材が挿入される第１の穴が形成されている陽極と、
   を備え、
   前記第１の穴に前記第１の支持部材が挿入された状態において、前記第１の穴には、前記陽極における前記ワークと対向する対向面と平行な方向に前記第１の支持部材と隣接する空隙が形成されており、
   前記第１の穴に形成されている前記空隙は、前記第１の穴に挿入された前記第１の支持部材に対して、前記対向面の中央部から外周縁に向かう方向と平行な方向に隣接して配置されている、プラズマＣＶＤ装置。
2. 請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置であって、
   前記対向面にスリットが形成されている、プラズマＣＶＤ装置。
3. 請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
   前記陽極には、前記スリットと前記第１の穴との間に、前記陽極を前記チャンバに固定するための第２の支持部材が挿入される第２の穴が形成されており、
   前記第２の穴に前記第２の支持部材が挿入された状態において、前記第２の穴には、前記第１の支持部材が挿入された状態における前記第１の穴に形成されている空隙よりも小さな空隙が形成されている、プラズマＣＶＤ装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
   前記陽極と前記チャンバとの間、および前記チャンバと前記磁場形成部との間に空隙が形成されている、プラズマＣＶＤ装置。
5. 請求項４に記載のプラズマＣＶＤ装置において、さらに、
   前記陽極と前記チャンバとの間の前記空隙に、前記陽極に接して配置されているヒーターを備える、プラズマＣＶＤ装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
   前記磁場形成部は、前記チャンバと対向して配置されている永久磁石を有する、プラズマＣＶＤ装置。
7. 請求項６に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
   前記永久磁石は、ネオジム磁石である、プラズマＣＶＤ装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
   前記第１の支持部材の挿入方向に見た前記第１の穴の形状は、前記対向面と平行な方向に沿って延伸している形状である、プラズマＣＶＤ装置。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
   前記第１の穴は、前記対向面の中央部から外周縁に向かう方向と平行な方向に沿って形成されている、プラズマＣＶＤ装置。
10. 請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
    前記陽極における前記対向面の平面視形状は矩形であり、
    前記スリットは、前記対向面の外縁の一辺と平行な部分と、該一辺と直交する他辺と平行な部分とが交差した十字状の平面視形状を有する、プラズマＣＶＤ装置。

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