JP6256159B2 - Continuous processing apparatus and continuous processing method - Google Patents
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本発明は、プラズマを用いて、鋼材等の導電性を有する複数の被加工材料の表面に同時且つ連続的に成膜を行う連続加工装置および連続加工方法に関する。 The present invention relates to a continuous processing apparatus and a continuous processing method for forming a film simultaneously and continuously on the surfaces of a plurality of materials to be processed such as steel using plasma.
従来より、プラズマを用いて、鋼材等の導電性を有する被加工材料の表面に被膜を形成するための成膜装置に関し種々提案されている。
例えば、上述した被加工材料の表面にダイヤモンドライクカーボン(以下、「DLC」という。)成膜処理する技術が特許文献1(特開2004−47207号公報)等により知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various film forming apparatuses for forming a film on the surface of a work material having conductivity such as a steel material using plasma have been proposed.
For example, a technique for forming a diamond-like carbon (hereinafter referred to as “DLC”) film on the surface of the above-described material to be processed is known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-47207.
この特許文献1に開示された技術では、プラズマ生成装置がマイクロ波供給口である石英窓を通して処理容器内の被加工材料に向けマイクロ波を供給することにより、石英窓内面の周辺領域にプラズマが生成される。被加工材料は例えば棒状であり、石英窓内面から処理容器内に突出するように配置され、生成されたプラズマに覆われた被加工材料の石英窓内面の周辺部分にはシース層が生成される。続いて、マイクロ波の供給中に、プラズマ生成装置が被加工材料へ負のバイアス電圧を印加する。
In the technology disclosed in
この結果、被加工材料の表面に生成されたシース層は被加工材料の表面に沿って拡大する。また同時に、供給されたマイクロ波は、この拡大されたシース層に沿って高エネルギ密度の表面波として伝搬する。このとき、高エネルギ密度の表面波により石英窓内面周辺から離れた被加工材料の表面にもプラズマが生成され、シース層も生成される。この新たに生成されたシース層も負のバイアス電圧によって拡大され、この拡大されたシース層に沿ってマイクロ波が高エネルギ密度の表面波としてさらに伝搬する。これにより、被加工材料の石英窓周辺から離れた部分へ、すなわち、被加工材料の石英窓側の一端から処理容器内に突出した他端へとプラズマが伸長する。この結果、原料ガスが表面波によってプラズマ励起されて高密度プラズマとなる。これにより、被加工材料の表面全体にDLC成膜処理される。 As a result, the sheath layer generated on the surface of the work material expands along the surface of the work material. At the same time, the supplied microwave propagates as a surface wave of high energy density along the expanded sheath layer. At this time, plasma is also generated on the surface of the material to be processed away from the periphery of the inner surface of the quartz window by the surface wave of high energy density, and a sheath layer is also generated. The newly generated sheath layer is also expanded by the negative bias voltage, and the microwave further propagates as a surface wave of high energy density along the expanded sheath layer. As a result, the plasma extends to a portion of the workpiece material away from the periphery of the quartz window, that is, from one end of the workpiece material on the quartz window side to the other end protruding into the processing container. As a result, the source gas is plasma-excited by the surface wave and becomes high-density plasma. Thereby, the DLC film forming process is performed on the entire surface of the material to be processed.
しかしながら、前記特許文献1に記載された成膜装置は、元々1つの被加工材料を処理容器内に配置し、その1つの被加工材料に成膜を行うものであり、従って、複数の被加工材料に対して同時に成膜を行うという思想はない。
However, the film forming apparatus described in
本発明は前記従来技術の問題点を解消するためにされたものであり、自動的かつ連続的に複数の被加工材料の成膜を行うことが可能な連続加工装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a continuous processing apparatus capable of automatically and continuously forming a plurality of materials to be processed. To do.
請求項1に係る連続加工装置は、処理容器内にガスを供給するガス供給部と、前記処理容器内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給口と、複数の被加工材料を保持できる保持部材と、前記処理容器内の所定位置に配置された前記保持部材を介して前記被加工材料を移動し、前記マイクロ波供給口に前記保持部材の一部を突出して設置し、且つ、前記保持部材を介して前記マイクロ波供給口に設置された前記被加工材料を移動し、前記所定位置へ設置する第1移動部と、前記第1移動部により前記保持部材を介して前記マイクロ波供給口に設置された前記被加工材料に、負電圧印加部材を電気的に接続し、負電圧を印加する負電圧印加部と、前記第1移動部により前記被加工材料が前記保持部材を介して前記所定位置に移動された後、前記被加工材料と異なる他の被加工材料を前記所定位置へ他の前記保持部材を介して移動する第2移動部と、を備えることを特徴とする。
A continuous processing apparatus according to
請求項2に係る連続加工装置は、前記処理容器内に、前記所定位置を含む領域に、複数の前記保持部材が複数整列して配置された保管部を備え、前記第1移動部は、前記所定位置に配置された前記保持部材を移動し、前記マイクロ波供給口に前記保持部材の一部を突出して設置し、且つ、前記マイクロ波供給口から、前記保持部材を移動し、前記保管部へ設置し、前記負電圧印加部は、前記マイクロ波供給口に設置された前記保持部材に、前記負電圧印加部材を電気的に接続し、前記被加工材料に、前記保持部材を介して負電圧を印加することを特徴とする。
The continuous processing apparatus according to
請求項3に係る連続加工装置は、前記処理容器内に、前記所定位置を含む領域に、複数の前記保持部材が複数整列して配置された保管部を備え、前記第2移動部は、前記第1移動部により前記被加工材料が前記保持部材を介して前記所定位置に移動された後、前記所定位置に対する前記保管部の位置を移動することを特徴とする。
The continuous processing apparatus according to
請求項4に係る連続加工装置は、前記処理容器と第1バルブを介して接続され、前記処理容器内において加工処理される前の前記被加工材料が配置される前記保管部を貯蔵する第1貯蔵容器と、前記処理容器と第2バルブを介して接続され、前記処理容器内において加工処理された後の前記被加工材料が配置される前記保管部を貯蔵する第2貯蔵容器とを備え、前記第2移動部は、前記保管部を、前記第1貯蔵容器から前記処理容器へ移動し、且つ、前記処理容器から前記第2貯蔵容器へ移動することを特徴とする。
The continuous processing apparatus according to
請求項5に係る連続加工装置は、前記負電圧印加部は、前記被加工材料に印加する第1電圧を有する第1電極と、前記第1電圧より電位が高い第2電位を有する第2電極とを備え、前記第1電極により、複数の前記被加工材料に負電圧が印加される際に、前記第2電極が、前記保持部材により保持された複数の前記被加工材料の間に非接触で配置されることを特徴とする。
The continuous processing apparatus according to
請求項6に係る連続加工装置は、前記第1移動部は、前記被加工材料を保持する前記保持部材を支持する第1支持部と、前記保持部材の一部を囲んで設けられる包囲壁を支持する第2支持部とを備え、前記第1支持部と、前記第2支持部とにより、前記被加工材料及び前記包囲壁を、移動することを特徴とする。 The continuous processing apparatus according to claim 6, wherein the first moving portion includes a first support portion that supports the holding member that holds the workpiece material, and an enclosure wall that is provided so as to surround a part of the holding member. And a second support part for supporting, wherein the workpiece material and the surrounding wall are moved by the first support part and the second support part.
請求項7に係る連続加工装置は、前記包囲壁は、前記保持部材が前記マイクロ波供給口に設置されるときの突出方向に対する前記保持部材の側面の周囲に、前記保持部材に対して脱着可能に形成され、且つ、前記突出方向の長さが、前記保持部材の前記突出方向の長さより短く形成されるものであり、前記第1移動部は、前記第1支持部と、前記第2支持部とにより、前記保持部材の周囲に前記包囲壁を保持したまま、前記保持部材と、前記包囲壁とを同時に移動するものであることを特徴とする。
The continuous processing apparatus according to
請求項8に係る連続加工方法は、処理容器内に配置された複数の被加工材料を保持可能な保持部材のうち、所定位置に配置された前記保持部材を選択し、前記処理容器内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給口に前記保持部材の一部を突出して配置させる設置工程と、前記マイクロ波供給口に前記保持部材を介して配置された前記被加工材料に、負電圧を印加する負電圧印加部材を電気的に接続させる接続工程と、前記負電圧印加部材が接続された前記被加工材料に、前記マイクロ波と、ガスとを供給する供給工程と、負電圧が印加され、前記マイクロ波と前記ガスとが供給されることにより、成膜された前記被加工材料から、接続された前記負電圧印加部材の接続を解除する解除工程と、前記設置工程により、前記マイクロ波供給口に設置され、成膜された前記被加工材料を保持した前記保持部材を、前記マイクロ波供給口から撤去し、前記所定位置へ返却する返却工程と、前記返却工程の後に、前記処理容器内に配置された複数の前記保持部材のうち、前記設置工程において選択された前記保持部材とは異なる他の前記保持部材を、前記所定位置へ移動させる移動工程と、により成膜することを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a continuous processing method that selects a holding member arranged at a predetermined position from among holding members capable of holding a plurality of workpiece materials arranged in a processing container, and places a micro in the processing container. An installation step in which a part of the holding member protrudes from a microwave supply port that supplies a wave, and a negative voltage is applied to the material to be processed that is arranged at the microwave supply port via the holding member. A connecting step of electrically connecting a negative voltage applying member; a supplying step of supplying the microwave and gas to the workpiece to which the negative voltage applying member is connected; and a negative voltage is applied, When the microwave and the gas are supplied, the microwave supply port is released by the releasing step of releasing the connection of the connected negative voltage application member from the film-formed material and the installation step. Set in Is, the holding member, wherein the holding the work piece which is formed, and removed from the microwave supplying port, a return step for returning to the predetermined position, after the return process, disposed in the processing chamber Of the plurality of holding members, film formation is performed by a moving step of moving another holding member different from the holding member selected in the installation step to the predetermined position.
複数の被加工材料に対して同時成膜を行うことが可能となれば、各被加工材料の成膜効率が格段に向上することができ、望ましい。更に、複数の被加工材料を連続的に成膜することができれば、自動的かつ連続的な成膜が可能となり、更に望ましい。そこで、請求項1に係る連続加工装置では、処理容器内の所定位置に配置された保持部材を介して被加工材料を移動し、マイクロ波供給口に保持部材の一部を突出して設置し、且つ、保持部材を介してマイクロ波供給口に設置された被加工材料を移動し、所定位置へ設置する第1移動部、及び、第1移動部により被加工材料が保持部材を介して所定位置に移動された後、被加工材料と異なる他の被加工材料を所定位置へ他の保持部材を介して移動する第2移動部を備えている。この連続加工装置では、第1移動部により被加工材料を所定位置からマイクロ波供給口に突出して設置し、成膜を行うとともに、成膜が行われた被加工材料を所定位置に設置し、また、第1移動部により被加工材料が移動されたときに他の被加工材料を所定位置に移動する。これにより、自動的かつ連続的に被加工材料の成膜を行うことが可能となる。
If simultaneous film formation on a plurality of work materials can be performed, the film formation efficiency of each work material can be remarkably improved, which is desirable. Furthermore, if a plurality of materials to be processed can be continuously formed, automatic and continuous film formation is possible, which is further desirable. Therefore, in the continuous processing apparatus according to
請求項2に係る連続加工装置では、処理容器内に、前記所定位置を含む領域に、複数の保持部材が複数整列して配置された保管部を備え、第1移動部は、所定位置に配置された複数の被加工部材を保持する保持部材を移動し、マイクロ波供給口に保持部材の一部を突出して設置し、マイクロ波供給口に設置された保持部材に、負電圧印加部材を電気的に接続し、負電圧を印加して保持部材に保持された複数の各被加工材料に成膜を行い、成膜が行われた各被加工材料を保持する保持部材を保管部へ設置する。これにより、保持部材に保持された複数の各被加工材料に対して自動的かつ連続的に成膜を行うことが可能となる。
In the continuous processing apparatus according to
請求項3に係る連続加工装置では、処理容器内に、所定位置を含む領域に、複数の保持部材が複数整列して配置された保管部を備え、第2移動部は、第1移動部により被加工材料が保持部材を介して所定位置に移動された後、所定位置に対する保管部の位置を移動する。これにより、複数の被加工材料を保管部に予め貯留しておき、第1移動部により保管部から被加工材料を成膜位置に移動させるとともに、被加工材料が移動されたときに保管部が移動される。従って、複数の各被加工材料が自動的かつ連続的に成膜され、成膜効率を格段に向上することができる。
In the continuous processing apparatus according to
請求項4に係る連続加工装置では、第2移動部により、第1貯蔵容器に貯蔵され被加工材料が配置された保管部を処理容器内へ移動し、処理容器内で加工処理された被加工材料が配置された保管部を第2貯蔵容器に移動する。これにより、第2移動部を介して、保管部を連続的に処理容器に移動させることが可能となり、多数の被加工材料の加工処理を自動化することができる。
In the continuous processing apparatus according to
請求項5に係る連続加工装置では、被加工材料に印加する第1電圧を有する第1電極と、第1電圧より電位が高い第2電位を有する第2電極とを備え、第1電極により、複数の被加工材料に負電圧が印加される際に、第2電極が、保持部材により保持された複数の前記被加工材料の間に非接触で配置される。これにより、複数の各被加工材料間で、負電圧印加部により第1電極から印加される負電圧による十分な電位差を確保して、各被加工材料の周囲に対して効率的にプラズマを発生させて複数の各被加工材料に対して同時に均一な成膜を行うことが可能となる。
The continuous processing apparatus according to
請求項6に係る連続加工装置では、第1移動部において、第1支持部により保持部材が移動され、第2支持部により包囲壁が移動される。包囲壁が備えられることにより、被加工材料の成膜時に、マイクロ波供給口に成膜粒子が付着することを防止することができる。その一方で、成膜時には、包囲壁の上端に成膜粒子が堆積される。第1移動部により、被加工部材とともに包囲壁が移動されることにより、成膜する被加工部材を移動するとともに、包囲壁を取り替えることができ、包囲壁における成膜粒子の堆積に起因する異常放電を防ぎ、被加工材料に対して均一な成膜を行うことができる。 In the continuous processing apparatus according to the sixth aspect, in the first moving part, the holding member is moved by the first support part, and the surrounding wall is moved by the second support part. By providing the surrounding wall, it is possible to prevent film formation particles from adhering to the microwave supply port during film formation of the material to be processed. On the other hand, during film formation, film formation particles are deposited on the upper end of the surrounding wall. When the surrounding wall is moved together with the workpiece by the first moving part, the workpiece to be deposited can be moved and the surrounding wall can be replaced, and an abnormality caused by deposition of film-forming particles on the surrounding wall Electric discharge can be prevented, and uniform film formation can be performed on the work material.
請求項7に係る連続加工装置では、被加工部材が保持された保持部材が移動されるとき、前記保持部材の周囲に前記包囲壁を保持したまま、前記保持部材と、前記包囲壁とを同時に移動する。第1移動部により、被加工材料が移動されるときに、被加工材料の周囲に保持したまま包囲壁が同時に移動されることにより、包囲壁が、複数の被加工部材の移動とともに効率よく移動される。
In the continuous machining apparatus according to
請求項8に係る連続加工方法では、設置工程によりマイクロ波供給口に突出して配置された被加工材料に対して、接続工程及び供給工程を介して成膜が行われた被加工材料を保持した前記保持部材を返却工程により所定位置に返却した後、設置工程で選択された被加工材料とは異なる他の被加工材料を所定位置へ移動させる。これにより、自動的かつ連続的に被加工材料の成膜を行うことが可能となる。
In the continuous processing method according to
以下、本発明に係る連続加工装置について、本発明を成膜システムにつき具体化した実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、本実施形態に係る成膜システム1の概略構成について図1及び図2に基づいて説明する。成膜システム1は、後述する処理容器2を含む成膜装置101と、処理容器2内に配置される移動装置14とを含んで構成される連続加工装置である。また、連続加工装置としては、少なくとも、処理容器2を含む成膜装置101が備える機構と、移動装置14が備える機構とを有していれば、各機構が一体の装置に備えられる構成であってもよい。尚、本実施形態の移動装置14が、本発明の第1移動部の一例である。
Hereinafter, a continuous processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings based on an embodiment in which the present invention is embodied with respect to a film forming system. First, a schematic configuration of the
図1は、本実施形態の成膜システム1の全体構成を示す概略図である。図1は、成膜システム1を上方から視た全体構成の概略図である。図1に示すように、本実施形態に係る成膜システム1は、処理容器2、第1貯蔵容器3、第2貯蔵容器4を備えている。尚、本実施形態では、処理容器2内に負電圧印加電極125とアース電極141とを備える構成であるが、図1では図示を省略する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a
ここに、処理容器 2はステンレス等の金属製であって、気密構造の処理容器であり、かかる処理容器2には、待機領域5と成膜領域6とが設けられている。待機領域5は、複数(図1では3個)の被加工材料7を保持する複数個(図1では3個)の保持具8をストックするストッカ9を待機させておくエリアである。また、成膜領域6は、保持具8に保持された各被加工材料7に成膜を行うエリアである。かかる処理容器2には、圧力調整バルブ60を介して真空ポンプ10が付設されている。真空ポンプ10は、圧力調整バルブ60を介して処理容器2の内部を真空排気可能なポンプである。
Here, the
保持具8は、図3に示すように、共に導電性の保持部11及び伝搬部12を備えている。保持部11上には、3個の被加工材料7が保持されている。また、伝搬部12は、後述するように、導通されると、マイクロ波供給口122のマイクロ波導入面122Aから発生されるマイクロ波を上方向に伝搬する。
As shown in FIG. 3, the
また、保持具8毎に1つの包囲壁123Aが設けられており、かかる包囲壁123Aは、ステンレス等の導電性の金属で、径が保持具8よりも大きい円形に形成されている。包囲壁123Aを設けることにより、包囲壁123A内部に形成される包囲空間内における原料ガスの供給量を低減してマイクロ波導入面122Aへの膜成分の付着量を低減することができる。
ここに、包囲壁123Aの高さWhと伝搬部12の高さThとの間には、Wh<Thの関係がある。これは、後述するように、保持具8及び包囲壁123Aを移動する際に、移動装置14における上段フォーク14Aにより保持部11を支持し、且つ、下段フォーク14Bにより包囲壁123Aを支持して移動するときに、保持具8の保持部11と包囲壁123Aとが相互に接触しないようにするためである。
また、包囲壁123Aの上端縁には、鍔状のフランジ部123Bが形成されており、下端縁にはかかるフランジ部123Bは形成されていない。フランジ部123Bは、図3に示すように、包囲壁123Aを下段フォーク14Bにより支持することを容易にするために形成される。また、フランジ部123Bが形成されていない下端縁は、後述するように、包囲壁123Aをマイクロ波供給口122の第2支持凹部122Cに対して容易に嵌入支持するための形状である。
マイクロ波供給口122は、上方向に突出した多段形状に形成される石英などからなる誘電体である。マイクロ波供給口122は、左右方向の中央に、上方向に突出し、上端面にマイクロ波導入面122Aを備えた凹形状に形成されている。凹部の内面には第1支持凹部122Bが形成され、保持具8が嵌合される。また、マイクロ波導入面122Aの外周には、第2支持凹部122Cが形成される。第2支持凹部122Cには、包囲壁123Aが嵌合される。さらに、第2支持凹部122Cの外周には、側面電極123が配置されている。
尚、包囲壁123Aの内径は、側面電極123の内側面とマイクロ波供給口122の第2支持凹部122Cの外側面との間に容易に差し込むことが可能な寸法に形成されている。側面電極123の内側面は、第2支持凹部122Cに包囲壁123Aを差し込む際に、ガイド面として機能する。これにより、包囲壁123Aは、第2支持凹部122Cに対してスムーズに挿入および脱着され得る。
In addition, one surrounding
Here, there is a relationship of Wh <Th between the height Wh of the surrounding
A flange-
The
Note that the inner diameter of the surrounding
更に、待機領域5には、ストッカ9にストックされた3個の保持具8の内、待機位置13に配置されている保持具8を、矢印A方向である後方へ、成膜領域6に移動し、マイクロ波供給口122に設置するとともに、保持具8の各被加工材料7の成膜が終了した後に保持具8を待機位置13まで移動する移動装置14が配設されている。なお、ストッカ9には、保持具8が嵌合される円柱形の溝と、円柱形の溝の周囲に、包囲壁123Aが嵌合される円形の溝が設けられる。円形の溝は、円柱形の溝より径が大きく形成される。
Further, among the three
ここで、移動装置14による保持具8を移動する機構について図3に基づき説明する。移動装置14は、モータ等の適宜の駆動装置(不図示)に連結されており、かかる駆動装置により図1の矢印A方向に移動可能に構成され、また、上下方向に移動可能に構成されている。移動装置14は、図3に示すように、上段フォーク14Aと下段フォーク14Bとを有しており、上段フォーク14Aは、保持具8の保持部11の下面に当接され、また、下段フォーク14Bは包囲壁123Aの上端周囲に形成されたフランジ部123Bの下面に当接されている。
Here, a mechanism for moving the
前記のように構成された移動装置14により、ストッカ9にて待機位置13に配置されている保持具8を成膜領域6まで移動するには、先ず、駆動装置を介して、移動装置14の上段フォーク14Aが保持具8の保持部11の下面に差し込まれるとともに、下段フォーク14Bが包囲壁123Aのフランジ部123Bの下面に差し込まれる。この後、移動装置14は、上段フォーク14Aと下段フォーク14Bにより保持具8を支持したまま上方に移動され、矢印A方向に沿って成膜領域6に向かって移動される。そして、保持具8の伝搬部12がマイクロ波供給口122の第1支持凹部122Bの上方に設置され、且つ、包囲壁123Aの下端部がマイクロ波供給口122の第2支持凹部122Cの上方に設置された後、移動装置14は下降される。これにより、保持具8の伝搬部12が第1支持凹部122Bに支持され、また、包囲壁123Aの下端部が第2支持凹部122Cに支持される。これにより、成膜領域6にて、マイクロ波供給口122に設置された保持具8に保持されている各被加工材料7は、成膜処理が行われる状態に設置される(図2参照)。この後、移動装置14は、元の退避位置まで移動される。
In order to move the
成膜領域6にて、保持具8に保持された各被加工材料7の成膜処理が行われた後、移動装置14は、前記とは逆の動作を行う。即ち、駆動装置を介して移動装置14の上段フォーク14Aが保持具8の保持部11の下面に差し込まれるとともに、下段フォーク14Bが包囲壁123Aのフランジ部123Bの下面に差し込まれる。この後、移動装置14は、上段フォーク14Aと下段フォーク14Bにより保持具8を支持したまま上方に移動され、矢印A方向に沿って待機領域5に向かって移動される。そして、保持具8が待機位置13に配置された後、移動装置14は下降される。これにより、成膜が行われた各被加工材料7を保持する保持具8は、元の待機位置に戻される。
After the film forming process for each
第1貯蔵容器3は、処理容器2内で各被加工材料7に成膜を行う前に、3個の被加工材料7を包囲壁123Aと共に保持具8に設置するとともに、保持具8をストッカ9に配置する準備を行うための容器であり、かかる第1貯蔵容器3には、バルブ30を介して真空ポンプ32が付設されており、また、大気開放バルブ33が付設されている。第1貯蔵容器3は、第1ゲートバルブ34を介して処理容器2に接続されている。
また、第2貯蔵容器4は、処理容器2にて成膜処理が行われた後の各被加工材料7をストッカ9と共に貯留しておくための容器であり、かかる第2貯蔵容器4には、バルブ35を介して真空ポンプ36が付設されており、また、大気開放バルブ37が付設されている。第2貯蔵容器4は、第2ゲートバルブ38を介して処理容器2に接続されている。
The
Further, the
前記した第1貯蔵容器3、処理容器2、第2貯蔵容器4には、各容器内を連続して延長されたレール39が敷設されており、ストッカ9はレール39上を第1貯蔵容器3から処理容器2を通過して第2貯蔵容器4まで移動可能にされている。尚、ストッカ9は、モータ等の駆動装置を有するストッカ移動装置50によりレール39上を移動制御される。本実施形態のストッカ移動装置50が、本発明の第2移動部の一例である。
これより、第1貯蔵容器3は、処理容器2を基準として、ストッカ9の移動方向の上流側に配置され、第2貯蔵容器4はストッカ9の移動方向の下流側に配置されることとなる。
The
Thus, the
続いて、処理容器2を含んで構成される成膜システム1の成膜装置101について図2及び図3に基づき説明する。
図2において、成膜装置101は、処理容器2と、ガス供給部105、及び制御部106等から構成されている。成膜領域6には、マイクロ波供給口122が設けられる。
Next, the
In FIG. 2, a
ガス供給部105は、処理容器2の内部に成膜用の原料ガスと不活性ガスとを供給する。具体的には、He、Ne、Ar、Kr、またはXeなどの不活性ガスとCH4、C2H2、又はTMS(テトラメチルシラン)等の原料ガスとが供給される。本実施形態では、成膜用には、CH4、およびTMSの原料ガスが用いられる。
The
ガス供給部105から供給される原料ガスおよび不活性ガスの流量と、圧力とは、後述する制御部106により制御されてもよいし、作業者により制御されてもよい。原料ガスは、アルキン、アルケン、アルカン、芳香族化合物などのCH結合を有する化合物、または炭素が含まれる化合物が含まれるガスであればよい。H2が原料ガスに含まれてもよい。
The flow rate and pressure of the source gas and the inert gas supplied from the
成膜装置101には、保持部11上面に3個の被加工材料7が保持された保持具8が配置される。各被加工材料7は、棒状の表面に導電性を有する。各被加工材料7が保持された保持具8の伝搬部12は、マイクロ波供給口122に形成された第1支持凹部122Bに支持される。第1支持凹部122Bと同軸導波管121の中心導体121Aとの間には、真空を保持するために、石英等の誘電体が配置される。被加工材料7の材質は、表面が導電性を有していれば、特に限定されるものではないが、本実施形態では低温焼戻し鋼である。ここで低温焼戻し鋼とは、JIS G4051(機械構造用炭素鋼鋼材)、G4401(炭素工具鋼鋼材)、G44−4(合金工具用鋼材)、又はマルエージング鋼材などの材料である。被加工材料7は、低温焼戻し鋼以外にも、セラミック、または樹脂に導電性の材料がコーティングされているものでもよい。
In the
成膜装置101において、マイクロ波供給口122の中央に同軸導波管121の中心導体121Aが延長されている。マイクロ波供給口122の上端面を除く外周面、つまり、マイクロ波導入面122A、第1支持凹部122B、第2支持凹部122Cを除く外周面は、ステンレス等の金属で形成された側面電極123で被覆されている。側面電極123は、処理容器2の内側にネジ等により固定されており、電気的に処理容器2に接続されている。
また、真空計126が制御部106に接続されている。真空計126は、処理容器2内の真空度を検出し、所定以上の真空度を検出した際に検出信号を制御部106に送信する。制御部106は、各被加工材料7の成膜処理を開始する。
In the
A
成膜装置101には、保持具8に保持された被加工材料7に対してDLC成膜処理を行うためのプラズマが発生される。このプラズマは、マイクロ波パルス制御部111、マイクロ波発振器112、マイクロ波電源113、負電圧電源115、及び負電圧パルス発生部116により発生される。本実施形態では、特開2004−47207号公報に開示された方法(以下、「MVP法(Microwave sheath−Voltage combination Plasma法)」という。)により表面波励起プラズマが発生される。以降の記載では、MVP法を説明する。
In the
マイクロ波パルス制御部111は、制御部106の指示に従い、パルス信号を発振する。発振したパルス信号は、マイクロ波発振器112へ送信される。マイクロ波発振器112は、マイクロ波パルス制御部111からのパルス信号に従って、マイクロ波パルスを発生する。マイクロ波電源113は、制御部106の指示に従い、指示された出力で2.45GHzのマイクロ波を発振するマイクロ波発振器112へ電力を供給する。マイクロ波発振器112は、2.45GHzのマイクロ波を、マイクロ波パルス制御部111からのパルス信号に従って、パルス状にして後述するアイソレータ117に供給する。なお、マイクロ波は2.45GHzに限らず、0.3GHz〜50GHzの周波数であればよい。
The microwave
そして、マイクロ波は、マイクロ波発振器112からアイソレータ117、チューナ118、導波管119、導波管119から図示されない同軸導波管変換器を介して突設された同軸導波管121を経由し石英などのマイクロ波を透過する誘電体等からなるマイクロ波供給口122のマイクロ波導入面122Aから処理容器2内に供給される。アイソレータ117は、マイクロ波の反射波がマイクロ波発振器112へ戻ることを防ぐものである。チューナ118は、マイクロ波の反射波が最小になるようにチューナ118前後のインピーダンスを整合するものである。
The microwave passes from the
また、成膜装置101は、負電圧電源115と、負電圧パルス発生部116と、負電圧印加電極125とを備える。負電圧電源115は、制御部106と接続される。負電圧電源115は、制御部106の指示に従い、負電圧パルス発生部116に負のバイアス電圧を供給する。負電圧パルス発生部116は、負電圧電源115から供給された負のバイアス電圧を、パルス状の負のバイアス電圧にするパルス化を行う。このパルス化の処理は、負電圧パルス発生部116が制御部106の指示に従い、負のバイアス電圧のパルスの大きさ、周期、及び、デューティ比を制御する処理である。負電圧パルス発生部116にて生成されたパルス状の負のバイアス電圧は、負電圧印加電極125に供給される。負電圧印加電極125は、後述するように、成膜領域6で各被加工材料7に成膜処理が行われる際に、保持具8の保持部11に電気的に接続される。負電圧印加電極125により、パルス状の負のバイアス電圧が、保持具の保持部11から各被加工材料7に印加される。被加工材料7が、金属基材の場合、またはセラミック、または樹脂に導電性の材料がコーティングされた場合であっても、被加工材料7の少なくとも処理表面の全域にパルス状の負のバイアス電圧が印加される。また、保持具8の表面全域にも被加工材料7を介してパルス状の負のバイアス電圧が印加される。
尚、負電圧印加電極125は、モータ等を有する負電圧印加電極駆動装置150を介して保持具8の保持部11に対して接離可能に設けられており、かかる負電圧印加電極125は、保持具8に保持された各被加工材料7の成膜処理が行われる際に保持部11に接触され、また、各被加工材料7に成膜処理が行われない場合に保持部11から離間した位置に保持される。
The
The negative
また、図1、図2に示すように、保持具8の側部には、アース電極141が配設されており、かかるアース電極141は、各被加工材料7に対して成膜が行われる際に複数の各被加工材料7の間に非接触で配置される第1位置と、各被加工材料7に成膜処理が行われない場合に各被加工材料7から離間した第2位置との間で、モータ等を有するアース電極駆動装置151を介して移動可能に設けられている。
ここに、アース電極141は、接地されていることから0ボルト電位であり、前記した負電圧印加電極125に印加される負電圧よりも高い電位となっている。これにより、各被加工材料7に成膜を行う際に各被加工材料7の周囲に均一なプラズマが形成される。アース電極141の電位は、0ボルトに限らず、負電圧印加電極125に印加される負電圧よりも高い電位であればよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
Here, since the
各被加工材料7は、負電圧印加電極125により負のバイアス電圧が印加されると、帯電する。各被加工材料7が帯電することにより、マイクロ波導入面122Aからマイクロ波が供給されて生成されたシース層が、包囲壁123A内の包囲空間において、被加工材料7の周囲に拡大される。マイクロ波は、被加工材料7の周囲に拡大されたシース層により、保持具8及び被加工材料7の処理表面に伝搬される。パルス状のマイクロ波が供給され、およびパルス状の負のバイアス電圧が同一時間に印加されることにより、表面波励起プラズマが発生される。
Each
[表面波励起プラズマの詳細な説明]
通常、表面波励起プラズマを発生させる場合、まず、ある程度以上の電子(イオン)密度におけるプラズマと、これに接する誘電体との界面に沿ってマイクロ波が供給される。供給されたマイクロ波は、この界面に電磁波のエネルギが集中した状態で表面波として伝搬される。その結果、界面に接するプラズマは高エネルギ密度の表面波によって励起され、さらに増幅される。これにより高密度プラズマが生成されて維持される。ただし、この誘電体を導電性材料に換えた場合、導電性材料は表面波の導波路としては機能せず、好ましい表面波の伝搬及びプラズマ励起を生ずることはできない。
[Detailed explanation of surface wave excitation plasma]
Usually, when generating surface wave excitation plasma, first, a microwave is supplied along an interface between a plasma having a certain level of electron (ion) density and a dielectric in contact with the plasma. The supplied microwave is propagated as a surface wave with the energy of electromagnetic waves concentrated on this interface. As a result, the plasma in contact with the interface is excited by a high energy density surface wave and further amplified. Thereby, a high density plasma is generated and maintained. However, when this dielectric is replaced with a conductive material, the conductive material does not function as a surface wave waveguide, and preferable surface wave propagation and plasma excitation cannot occur.
一方、プラズマに接する物体の表面近傍には、本質的に単一極性の荷電粒子層、いわゆるシース層が形成される。物体が、負のバイアス電圧を加えた導電性を有する被加工材料7の場合、シース層とは電子密度が低い層、すなわち、正極性であって、マイクロ波の周波数帯においてはほぼ比誘電率ε≒1の層である。このため、印加する負のバイアス電圧の絶対値を例えば−100Vの絶対値より大きくすることによりシース層のシース厚さを厚くできる。すなわちシース層が拡大する。このシース層が、プラズマとプラズマに接する物体との界面に表面波を伝搬させる誘電体として作用する。
On the other hand, an essentially unipolar charged particle layer, a so-called sheath layer, is formed near the surface of an object in contact with plasma. In the case where the object is a
従って、被加工材料7を保持する保持具8の一端に近接して配置されたマイクロ波供給口122からマイクロ波が供給され、かつ被加工材料7及び保持具8に負のバイアス電圧が印加されると、マイクロ波はシース層とプラズマとの界面に沿って表面波として伝搬する。この結果、被加工材料7及び保持具8の表面に沿って表面波に基づく高密度励起プラズマが発生する。
Therefore, the microwave is supplied from the
このような被加工材料7の表面の近傍での表面波励起による高密度プラズマの電子密度は1011〜1012cm―3に達する。このMVP法を用いたプラズマCVDによりDLC成膜処理される場合は、通常のプラズマCVDによりDLC成膜処理される場合よりも1桁から2桁高い成膜速度3〜30(ナノm/秒)が得られるので高速成膜が可能である。
The electron density of the high-density plasma due to surface wave excitation in the vicinity of the surface of the
このMVP法では、金属基材である被加工材料7及び保持具8の表面近傍に高密度励起プラズマを発生させるので、被加工材料7及び保持具8の表面温度が焼き戻し温度以上、例えば、約250℃〜約300℃に上昇する。但し、高速成膜が可能であるため、成膜時間は通常のプラズマCVDの成膜時間の1/10〜1/100となる。即ち、成膜時間を数十秒〜数分に短縮できるので、被加工材料7の表面温度が焼き戻し温度を超えても、被加工材料7の軟化を抑制することができる。
In this MVP method, high-density excitation plasma is generated in the vicinity of the surfaces of the
なお、負電圧電源115、および負電圧パルス発生部116が、本発明の負電圧印加部の一例である。マイクロ波パルス制御部111、マイクロ波発振器112、マイクロ波電源113、アイソレータ117、チューナ118、導波管119、及び同軸導波管121が本発明のマイクロ波供給部の一例である。尚、成膜装置101は負電圧電源115、および負電圧パルス発生部116を備えたが、更に正電圧電源、および正電圧パルス発生部を備えてもよいし、負電圧パルス発生部116の代わりに、パルス状の負のバイアス電圧でなく、連続する負のバイアス電圧を印加する負電圧発生部を備えてもよい。
The negative
図4は、成膜システム1の電気的構成の概略を示す概略ブロック図である。図4に示すように、制御部106には、第1貯蔵容器3のバルブ30を介して真空ポンプ32が電気的に接続されている。また、大気開放バルブ33も制御部106に電気的に接続されている。
FIG. 4 is a schematic block diagram showing an outline of the electrical configuration of the
制御部106には、処理容器2の圧力調整バルブ60を介して真空ポンプ10が電気的に接続されており、また、第2貯蔵容器4のバルブ35を介して真空ポンプ36が電気的に接続されている。更に、制御部106には、処理容器2と第1貯蔵容器3との間に介装された第1ゲートバルブ34及び処理容器2と第2貯蔵容器との間に介装された第2ゲートバルブ38が電気的に接続されている。
The
更に、制御部106には、処理容器2の真空計126、保持具8を移動する移動装置14、ストッカ9をレール39に沿って移動 するストッカ移動装置50、負電圧電源115、負電圧印加電極125が接続される負電圧パルス発生部116、マイクロ波パルス制御部111、ガス供給部105、及びマイクロ波電源113が電気的に接続されている。
Further, the
制御部106は、負電圧電源115とマイクロ波電源113に制御信号を出力してマイクロ波パルスの印加電力とパルス状の負電圧の印加電圧を制御する。制御部106は、負電圧パルス発生部116及びマイクロ波パルス制御部111に制御信号を出力することによって、パルス状の負のバイアス電圧の印加タイミング、供給電圧、デューティ比、及びマイクロ波発振器112から発生されるマイクロ波パルスの供給タイミング、デューティ比、及び供給電力を制御する。
The
制御部106は、ガス供給部105に流量制御信号を出力して原料ガス及び不活性ガスの供給を制御する。制御部106は、処理容器2に取り付けられた真空計126から入力される処理容器2内の圧力を表す圧力信号に基づいて、制御信号を圧力調整バルブ60に出力する。この制御信号が入力された圧力調整バルブ60は、この制御信号に含まれる圧力信号に基づいて、バルブ開度を調節することにより、処理容器2内の圧力を制御する。
The
制御部106は、全開、全閉の制御信号を大気開放バルブ33、37に出力する。全開の制御信号が入力された大気開放バルブ33、37は、バルブ開度を全開にする。全閉の制御信号が入力された大気開放バルブ33、37は、バルブ開度を全閉にする。大気開放バルブ33、37が全開になった場合には、第1貯蔵容器3、第2貯蔵容器4は、大気開放バルブ33、37を介して、内部の圧力が外気圧と同じになる。
The
制御部106は、CPU131、RAM132、ROM133、ハードディスクドライブ(以下、「HDD」という。)134、全成膜処理の経過時間を計測するタイマ135、イオンクリーニング、中間層膜の成膜処理、DLC膜の成膜処理の終了を判定する終了判定用タイマ136等を備えるコンピュータから構成される。CPU131は、RAM132等の揮発性記憶装置に種々の情報を一時記憶し、後述により説明する成膜処理プログラムを実行して、成膜システム1の全体の制御を行う。
The
ROM133とHDD134は、不揮発性記憶装置であり、成膜システム1により行われる成膜処理の各種成膜条件、およびCPU131が実行する成膜処理プログラムを記憶する。具体的には、ROM133とHDD134は、中間層及びDLC膜の成膜条件を示すデータと、成膜制御プログラムなどの各制御プログラムとを記憶する。なお、各成膜条件を示すデータおよび成膜処理プログラムは、図示しないドライバによりCD−ROM、またはDVD−ROMなどの記憶媒体から読み込まれてもよいし、図示しないインターネット等のネットワークからダウンロードされてもよい。
The
続いて、前記した成膜システム1において制御部106により行われる成膜制御について、図5に基づき説明する。
先ず、成膜制御が開始されると、開始処理が行われる。尚、この時点において、被加工材料7に対する成膜処理は、処理容器2内部を真空状態に保ちながら行われることから、処理容器2及び第2貯蔵容器4は真空排気がなされており、第1貯蔵容器3は大気開放されている。この状態で、作業者又はロボットアーム等が第1貯蔵容器3の扉を開放し、第1貯蔵容器3内部へ複数の被加工材料7が設置された複数の保持具8が配置されたストッカ9をレール39上に設置する。
Next, film formation control performed by the
First, when film formation control is started, a start process is performed. At this time, since the film forming process for the
そして、ステップ(以下Sと略記する)10において、CPU131は、作業者による被加工材料7の設置完了指示が、不図示の操作部に設けられた操作ボタンを介して制御部106に入力されたことを検知することにより、成膜処理を開始すると同時に次に成膜処理される保持具8の番号を「1」に設定する。この状態で、処理容器2内にセットされるストッカ9にストックされる複数の各保持具8に保持された被加工材料7の種類及び保持具8の数は、不図示のセンサにより検出され、対応する被加工材料7の種類をRAM132に記憶させる。尚、被加工材料7の種類及び保持具8の数は、作業者により不図示の操作部を介して入力され、RAM132に記憶されてもよい。
In step (hereinafter abbreviated as “S”) 10, the
続くS11において、CPU131は、真空ポンプ32を起動し、第1貯蔵容器3のバルブ30を開放する。そして真空計126から入力される圧力信号に基づいて、処理容器2の内部が、所定の真空度(例えば、1.0Paである。)になるのを待つ。第1貯蔵容器3の内部が、到達真空度(Pa)に達した場合には、CPU131は、S12の処理に移行する。
In subsequent S <b> 11, the
S12にてCPU131は、第1ゲートバルブ34へ開放命令を出力する。第1ゲートバルブ34はCPU131の命令に従って開放され、開放が完了したらCPU131へ開放完了信号を出力する。CPU131は第1ゲートバルブ34からの開放完了信号を受信した後、ストッカ移動装置50に対してストッカ9を処理容器2へ移動させる移動命令を出力する。ストッカ移動装置50は、CPU131の命令に従い、ストッカ9をレール39に沿って処理容器2へ移動する。不図示のセンサにより、ストッカ9が、処理容器2内へ移動されたことが検知されると、CPU131はS13の処理に移行する。
In S <b> 12, the
S13において、CPU131は、第1ゲートバルブ34へ遮断命令を出力する。第1ゲートバルブ34は、CPU131の命令に従って遮断され、遮断が完了したら、CPU131へ遮断完了信号を出力する。CPU131は第1ゲートバルブ34からの遮断完了信号を受信した後、第1貯蔵容器3の大気開放バルブ33に対して大気開放命令を出力する。第1貯蔵容器の大気開放バルブ33はCPU131からの命令に従ってバルブを開放し、第1貯蔵容器3を大気開放する。
In S <b> 13, the
続くS14において、CPU131は、RAM132より次に成膜処理される保持具8を読み出し記憶する。更に、CPU131は、データテーブルからRAM132に記憶された被加工材料7の種類に対応するイオンクリーニング条件、中間層成膜条件、DLC層成膜条件の各データを読み出し、RAM132に記憶する。
In subsequent S <b> 14, the
S15にてCPU131は、RAM132より次に成膜する被加工材料の番号を読み出し、その番号に対応する保持具8が待機領域5における待機位置13へ移動されるように、ストッカ9を移動させる指示信号をストッカ移動装置50に出力する。これにより、ストッカ9は、CPU131からの信号に従ってストッカ移動装置50により、次に成膜される保持具8が待機位置13に配置されるように移動される。不図示のセンサによるストッカ9の移動の完了をCPU131が検知したらS16へ移行する。
In S15, the
S16において、CPU131は、待機位置13にある保持具8を成膜領域6に移動させるように指示する信号を移動装置14に出力する。移動装置14は、CPU131からの信号に従って待機位置13にある保持具8を成膜領域6に移動する。このとき、保持具8は、図3に示すように、保持具8の伝搬部12がマイクロ波供給口122の第1支持凹部122Bに突出するように支持される。
保持具8の移動が完了したら、移動装置14は移動完了信号をCPU131へ出力する。CPU131は移動完了信号を受信したらS17へ移行する。
In S <b> 16, the
When the movement of the
S17では、CPU131は、負電圧印加電極125と保持具8とが接触する接触位置まで負電圧印加電極125を移動させる信号を負電圧印加電極駆動装置150に対して出力する。負電圧印加電極125は、CPU131からの信号に従って、接触位置へ移動する。そして、図示しないセンサにより、負電圧印加電極125が接触位置に移動したことを検知すると、CPU131は、アース電極141が保持具8に保持された複数の各被加工材料7の間に非接触で配置される第1位置に移動させる信号をアース電極駆動装置151に出力する。アース電極141は、CPU131からの命令に従ってアース電極駆動装置151を介して第1位置まで移動される。
尚、アース電極141の第1位置とは、アース電極141が保持具8及び被加工材料7に接触せず、且つ、各被加工材料7の間に配置される位置である。また、アース電極141は、アース電位である処理容器2と電気的に接続(接地)されているため、負電圧印加電極125から出力される負電圧よりも高い電位となる。
In S <b> 17, the
The first position of the
S18において、CPU131は、RAM132から読み出したクリーニング条件の内、ガス流量(sccm)のガス流量値に従って、ガス供給部105に対して、読み出したガス流量値で処理容器2内へガスの供給をするように指示する供給信号を出力する。これにより、ガス供給部105は、供給信号に従い、ガスを処理容器2の内部に供給する。つまり、ガスの供給が開始される。そして、所定量のガスが処理容器2内に導入されたとかどうかを確認する判断が行われ、所定量のガスが導入されていない場合には導入されるまで待機し、一方所定量のガスが処理容器2内に導入された場合にはS19に移行する。
In S <b> 18, the
S19において、CPU131は、RAM132から読み出したイオンクリーニング条件に従って、負のバイアス電圧を負電圧電源115に、負のバイアス電圧パルス周期、パルスオン時間及び印加遅延時間を負電圧パルス発生部116に、マイクロ波電力をマイクロ波電源113に、マイクロ波パルス周期とパルスオン時間をマイクロ波パルス制御部111に送信する。負電圧電源115は、受信した制御部106からの情報に従い、負電圧パルス発生部116へ電圧を供給する。負電圧印加電極125は、負電圧パルス発生部116からの指示に従って負のバイアス電圧パルスを保持具8に印加する。マイクロ波パルス制御部111は制御部106の指示に従い、パルス信号を発振し、この発振したパルス信号をマイクロ波発振器112へ供給する。マイクロ波発振器112は、マイクロ波パルス制御部111からのパルス信号に従って、マイクロ波パルスを発生する。マイクロ波電源113は、制御部106の指示に従い、指示された出力で2.45GHzのマイクロ波をマイクロ波発振器112へ供給する。これら負のバイアス電圧パルスと、マイクロ波パルスとにより、同軸導波管121、マイクロ波供給口122等を介して各被加工材料7の周囲にプラズマが発生しイオンクリーニングが開始される。
In S19, the
S20において、CPU131は、クリーニングデータテーブルに記憶された時間が経過したかどうか判断し、設定時間未満であれば待機し、一方設定時間が経過した場合には、負電圧、マイクロ波とガスの供給を遮断する。
In S20, the
S21において、CPU131は、RAM132から読み出した中間層ガス流量の条件に従ってガス供給部105へ不活性ガス、添加物ガス及び原料ガスを供給する流量制御命令を出力する。ガス供給部105は、流量制御命令に従い、不活性ガス、及び原料ガスを処理容器2の内部に供給する。流量制御命令通りの流量が導入されて圧力調整バルブ60により圧力が安定するまで待機する。そして、所定量の中間層ガスが処理容器2内には導入されていない場合には導入されるまで待機し、一方所定量の中間層ガスが処理容器2内に導入された場合にはS22に移行する。
In S <b> 21, the
S22において、CPU131は、RAM132から読み出した中間層成膜条件に従って、負のバイアス電圧を負電圧電源115に、負のバイアス電圧パルス周期とオン時間、印加遅延時間を負電圧パルス発生部116に、マイクロ波電力をマイクロ波電源113に、マイクロ波パルス周期とパルスオン時間をマイクロ波パルス制御部111に送信する。負電圧電源115は、受信した制御部106からの情報に従い、負電圧パルス発生部116へ電圧を供給する。そして、負電圧印加電極125は、制御部106からの情報に従い、負のバイアス電圧パルスを保持具8に印加する。マイクロ波パルス制御部111は制御部106の指示に従い、パルス信号を発振し、この発振したパルス信号をマイクロ波発振器112へ供給する。マイクロ波発振器112は、マイクロ波パルス制御部111からのパルス信号に従って、マイクロ波パルスを発生する。マイクロ波電源113は、制御部106の指示に従い、指示された出力で2.45GHzのマイクロ波をマイクロ波発振器112へ供給する。これら負のバイアス電圧パルスと及びマイクロ波パルスとにより、前記したように、各被加工材料7の周囲にプラズマが発生し中間層成膜が開始される。
In S22, the
S23において、CPU131は、中間層成膜に必要な時間として設定された設定時間が経過したかどうかの判断を行う。設定時間が経過していなければ、中間層の成膜を継続し、一方設定時間が経過した場合には、負電圧、マイクロ波とガスの供給を遮断する。
In S <b> 23, the
S24において、CPU131は、RAM132から読み出したDLC層成膜条件に従って、DLC層ガス流量の条件で、ガス供給部105へ不活性ガス、添加物ガス及び原料ガスを供給する流量制御命令を出力する。ガス供給部105は、流量制御命令に従い、不活性ガス、及び原料ガスを処理容器2の内部に供給する。流量制御命令通りの流量が導入され圧力が安定するまで待機する。なお、DLC層の原料ガスは中間層よりも多く設定される。
In S <b> 24, the
S25において、CPU131は、RAM132に設定されたDLC層成膜条件に従って、負のバイアス電圧を負電圧電源115に、負のバイアス電圧パルス周期とオン時間、印加遅延時間を負電圧パルス発生部116に、マイクロ波電力をマイクロ波電源113に、マイクロ波パルス周期とパルスオン時間をマイクロ波パルス制御部111に送信する。負電圧電源115は、受信した制御部106からの情報に従い、負電圧パルス発生部116へ電圧を供給する。そして、負電圧印加電極125は、制御部106からの情報に従い、負のバイアス電圧パルスを保持具8に印加する。マイクロ波パルス制御部111は制御部106の指示に従い、パルス信号を発振し、この発振したパルス信号をマイクロ波発振器112へ供給する。マイクロ波発振器112は、マイクロ波パルス制御部111からのパルス信号に従って、マイクロ波パルスを発生する。マイクロ波電源113は、制御部106の指示に従い、指示された出力で2.45GHzのマイクロ波をマイクロ波発振器112へ供給する。これら負のバイアス電圧パルスと、マイクロ波パルスとにより、前記したように、各被加工材料7の周囲にプラズマが発生しDLC層成膜が開始される。
In S25, the
S26において、CPU131は、設定された時間が経過したかどうかの判断を行う。設定時間が経過していなければ、成膜を継続し、一方設定時間が経過した場合には、負電圧、マイクロ波とガスの供給を遮断する。
In S26, the
S27において、CPU131は、移動装置14に対して、保持具8をマイクロ波供給口122から待機位置13へ移動する命令を出力する。これに基づき、移動装置14は、CPUからの命令に従って、保持具8を待機位置13へ移動する。移動装置14は、保持具8の移動が完了したら、移動完了信号をCPU131へ出力する。CPU131は移動完了を受信したら、S28へ移行する。
In S <b> 27, the
S28において、CPU131は、アース電極141を第1位置から、保持具8と接触せず、移動装置14による保持具8の移動を妨げない位置である第2位置へ移動させる信号をアース電極駆動装置151に出力する。アース電極141は、CPU131からの信号に従って、アース電極駆動装置151を介して第2位置に移動される。
In S <b> 28, the
S29において、CPU131は、RAM132に設定されている次に成膜される保持具8の番号に「1」を加算する。
In S <b> 29, the
S30において、CPU131はRAM132に設定された次に成膜される保持具8の番号と保持具8の数を比較し、全ての保持具8に対する成膜加工が完了したかどうかの判断を行う。次に成膜される保持具8の番号が保持具8の数よりも大きい場合には、全ての保持具8に対して成膜加工が完了したと判断し、S31に移行する。これに対して、次に成膜される保持具8の番号が保持具8の数よりも小さい場合には、全ての保持具8の成膜加工が完了していないものと判断し、S15乃至S29の処理が行われる。
In S <b> 30, the
S31において、CPU131は、第2ゲートバルブ38へ開放命令を出力する。第2ゲートバルブ38は、CPU131の命令に従って開放され、開放が完了したら、CPU131へ開放完了信号を出力する。CPU131は第2ゲートバルブ38からの開放完了信号を受信した後、ストッカ移動装置50に対して、ストッカ9を第2貯蔵容器4へ移動させる移動命令を出力する。
ストッカ9は、ストッカ移動装置50を介して、CPU131の命令に従い、第2貯蔵容器4へ移動される。不図示のセンサにより、ストッカ9が第2貯蔵容器4内へ移動されたと検知した場合、CPU131はS32の処理に移行する。
In S <b> 31, the
The
S32において、CPU131は、第2ゲートバルブ38へ遮断命令を出力する。第2ゲートバルブ38は、CPU131の命令に従って遮断され、遮断が完了したら、CPU131へ遮断完了信号を出力する。CPU131は第2ゲートバルブ38からの遮断完了信号を受信した後、第2貯蔵容器4の大気開放バルブ37へ大気開放命令を出力する。第2貯蔵容器4の大気開放バルブ37はCPU131からの命令に従ってバルブを開放し、第2貯蔵容器4を大気開放する。
In S <b> 32, the
S33において、第2貯蔵容器4内部の扉を作業者もしくはロボットアームなどが開放し、ストッカ9を取り出す。CPU131は、作業者による被加工材料7の取り出し完了指示が、不図示の操作部に設けられた操作ボタンを介して制御部106に入力されたことを検知すると、第2貯蔵容器4の真空ポンプ36を起動し、第2貯蔵容器4のバルブ35を開放させて成膜処理を終了させる。
In S33, an operator or a robot arm opens the door inside the
以上説明した通り本実施形態に係る成膜システム1では、処理容器2内で待機領域5に待機されている複数の被加工材料7を保持する保持具8を、移動装置14を介して、成膜領域6に移動してマイクロ波供給口122に設置され、成膜領域6にて複数の各被加工材料7に対して同時成膜が行われた後には、保持具8を待機領域5まで移動するように構成される。これにより、自動的かつ連続的に複数の被加工材料7の同時成膜を行うことが可能となる。
As described above, in the
また、負電圧印加電極125を保持具8に対して接触位置と非接触位置との間で移動させる負電圧印加電極駆動装置150が設けられ、かかる負電圧印加電極駆動装置150は、成膜開始時に負電圧印加電極125を保持具8との接触位置まで移動させて保持具8に接触させ、成膜終了後に負電圧印加電極125を保持具8から離間した非接触位置まで移動させる。このように、負電圧印加電極駆動装置150は、移動装置14による保持具8の移動動作に連動して、成膜時及び非成膜時の必要に応じて負電圧印加電極125を保持具8に対して接触・非接触させることができる。また、負電圧印加電極125は、被加工材料7に直接接触されることなく、被加工材料7を保持する導電性の保持具8に接触されるので、被加工材料7の全体に渡って成膜することができる。
Further, a negative voltage application
更に、保持具8の複数個をストックするストッカ9を備え、移動装置14は、ストッカ9から保持具8を成膜領域6に移動する。これにより、複数の被加工材料7を保持する複数の保持具8をストッカ9に予めストックしておき、移動装置14によりストッカ9から保持具8を成膜領域6に移動することができ、従って、成膜効率を格段に向上することができる。
Furthermore, a
また、ストッカ9を処理容器2内で待機領域5まで移動するストッカ移動装置50を備えている。これにより、ストッカ移動装置50を介して、複数のストッカ9を連続的に待機領域5まで移動することが可能となり、更に多数の被加工材料7の成膜処理をオートメーション化することができる。
Further, a
更に、ストッカ移動装置50による移動方向の上流側に配置されるとともに処理容器2に第1ゲートバルブ34を介して接続され、成膜処理前の被加工材料7を保持する保持具8をストックするストッカ9を貯蔵する第1貯蔵容器3と、ストッカ移動装置50による移動方向の下流側に配置されるともに処理容器2に第2ゲートバルブ38を介して接続され、成膜処理後の被加工材料7を保持する保持具8をストックするストッカ9を貯蔵する第2貯蔵容器4とを備え、ストッカ移動装置50は、第1貯蔵容器3から処理容器2を経て第2貯蔵容器4までストッカ9を移動する。これにより、多数の被加工材料7の成膜処理のオートメーション化を更に推進することができる。
In addition, the
また、マイクロ波供給部111、112、113、117、118、119、121及びマイクロ波供給口122から保持具8の各被加工材料7にマイクロ波を供給するとともに、負電圧印加電極125から保持具8に負電圧が印加される際に、保持具8にて保持された各被加工材料7の間に非接触で配置され、負電圧印加電極125に印加される電圧よりも高い電圧に制御されるアース電極141を備えている。これにより、複数の各被加工材料7間で、負電圧印加電極125から印加される負電圧による十分な電位差を確保して、各被加工材料7の周囲に対して効率的にプラズマを発生させて複数の各被加工材料7に対して同時に均一な成膜を行うことが可能となる。
In addition, microwaves are supplied from the
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々改良、変形が可能であることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, various improvement and deformation | transformation are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
1 成膜システム
2 処理容器
3 第1貯蔵容器
4 第2貯蔵容器
5 待機領域
6 成膜領域
7 被加工材料
8 保持具
9 ストッカ
13 待機位置
14 移動装置
34 第1ゲートバルブ
38 第2ゲートバルブ
50 ストッカ移動装置
101 成膜装置
105 ガス供給部
106 制御部
111 マイクロ波パルス制御部
112 マイクロ波発振器
113 マイクロ波電源
115 負電圧電源
116 負電圧パルス発生部
117 アイソレータ
118 チューナ
119 導波管
121 同軸導波管
122 マイクロ波供給口
141 アース電極
150 負電圧印加電極駆動装置
151 アース電極駆動装置
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記処理容器内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給口と、
複数の被加工材料を保持できる保持部材と、
前記処理容器内の所定位置に配置された前記保持部材を介して前記被加工材料を移動し、前記マイクロ波供給口に前記保持部材の一部を突出して設置し、且つ、前記保持部材を介して前記マイクロ波供給口に設置された前記被加工材料を移動し、前記所定位置へ設置する第1移動部と、
前記第1移動部により前記保持部材を介して前記マイクロ波供給口に設置された前記被加工材料に、負電圧印加部材を電気的に接続し、負電圧を印加する負電圧印加部と、
前記第1移動部により前記被加工材料が前記保持部材を介して前記所定位置に移動された後、前記被加工材料と異なる他の被加工材料を前記所定位置へ他の前記保持部材を介して移動する第2移動部と、
を備えることを特徴とする連続加工装置。 A gas supply unit for supplying gas into the processing container;
A microwave supply port for supplying microwaves into the processing container;
A holding member capable of holding a plurality of work materials;
The material to be processed is moved through the holding member arranged at a predetermined position in the processing container, a part of the holding member is protruded from the microwave supply port, and the holding member is interposed. Moving the workpiece material installed in the microwave supply port and installing the first moving unit to the predetermined position;
A negative voltage application unit configured to electrically connect a negative voltage application member to the workpiece material installed in the microwave supply port via the holding member by the first moving unit, and to apply a negative voltage;
After the processed material by the first moving portion is moved to the predetermined position through the holding member, another different material to be processed and the processed material through the other of said retaining member to the predetermined position A second moving part that moves;
A continuous processing apparatus comprising:
前記第1移動部は、前記所定位置に配置された前記保持部材を移動し、前記マイクロ波供給口に前記保持部材の一部を突出して設置し、且つ、前記マイクロ波供給口から、前記保持部材を移動し、前記保管部へ設置し、
前記負電圧印加部は、前記マイクロ波供給口に設置された前記保持部材に、前記負電圧印加部材を電気的に接続し、前記被加工材料に、前記保持部材を介して負電圧を印加することを特徴とする請求項1に記載の連続加工装置。 A storage unit in which a plurality of the holding members are arranged and arranged in an area including the predetermined position in the processing container,
The first moving unit moves the holding member disposed at the predetermined position, projects a part of the holding member at the microwave supply port, and receives the holding from the microwave supply port. Move the member, install it in the storage section,
The negative voltage application unit electrically connects the negative voltage application member to the holding member installed at the microwave supply port, and applies a negative voltage to the work material via the holding member. The continuous processing apparatus according to claim 1.
前記第2移動部は、前記第1移動部により前記被加工材料が前記保持部材を介して前記所定位置に移動された後、前記所定位置に対する前記保管部の位置を移動することを特徴とする請求項1に記載の連続加工装置。 A storage unit in which a plurality of the holding members are arranged and arranged in an area including the predetermined position in the processing container,
Said second moving unit, after the work piece by the first moving portion is moved to the office localization location via the holding member, and characterized by moving the position of the storage portion with respect to the predetermined position The continuous processing apparatus according to claim 1 .
前記処理容器と第2バルブを介して接続され、前記処理容器内において加工処理された後の前記被加工材料が配置される前記保管部を貯蔵する第2貯蔵容器とを備え、
前記第2移動部は、前記保管部を、前記第1貯蔵容器から前記処理容器へ移動し、且つ、前記処理容器から前記第2貯蔵容器へ移動することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の連続加工装置。 A first storage container that is connected to the processing container via a first valve and stores the storage unit in which the material to be processed before being processed in the processing container is disposed;
A second storage container for storing the storage unit, which is connected to the processing container via a second valve and in which the material to be processed after being processed in the processing container is disposed;
The said 2nd moving part moves the said storage part from the said 1st storage container to the said processing container, and moves from the said processing container to the said 2nd storage container. 3. The continuous processing apparatus according to 3.
前記第1電極により、複数の前記被加工材料に負電圧が印加される際に、前記第2電極が、前記保持部材により保持された複数の前記被加工材料の間に非接触で配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の連続加工装置。 The negative voltage application unit includes a first electrode having a first voltage applied to the workpiece material, and a second electrode having a second potential higher than the first voltage,
When a negative voltage is applied to the plurality of workpiece materials by the first electrode, the second electrode is disposed in a non-contact manner between the plurality of workpiece materials held by the holding member. The continuous processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the apparatus is a continuous processing apparatus.
前記被加工材料を保持する前記保持部材を支持する第1支持部と、前記保持部材の一部を囲んで設けられる包囲壁を支持する第2支持部とを備え、
前記第1支持部と、前記第2支持部とにより、前記被加工材料及び前記包囲壁を、移動する
ことを特徴とする請求項3に記載の連続加工装置。 The first moving unit includes:
A first support part that supports the holding member that holds the workpiece material, and a second support part that supports an enclosing wall provided to surround a part of the holding member,
The continuous processing apparatus according to claim 3, wherein the material to be processed and the surrounding wall are moved by the first support portion and the second support portion.
前記マイクロ波供給口に前記保持部材を介して配置された前記被加工材料に、負電圧を印加する負電圧印加部材を電気的に接続させる接続工程と、
前記負電圧印加部材が接続された前記被加工材料に、前記マイクロ波と、ガスとを供給する供給工程と、
負電圧が印加され、前記マイクロ波と前記ガスとが供給されることにより、成膜された前記被加工材料から、接続された前記負電圧印加部材の接続を解除する解除工程と、
前記設置工程により、前記マイクロ波供給口に設置され、成膜された前記被加工材料を保持した前記保持部材を、前記マイクロ波供給口から撤去し、前記所定位置へ返却する返却工程と、
前記返却工程の後に、前記処理容器内に配置された複数の前記保持部材のうち、前記設置工程において選択された前記保持部材とは異なる他の前記保持部材を、前記所定位置へ移動させる移動工程と、により成膜する連続加工方法。 The holding member arranged at a predetermined position is selected from among holding members capable of holding a plurality of workpiece materials arranged in the processing container, and the microwave supply port for supplying the microwave into the processing container An installation process in which a part of the holding member protrudes and is disposed;
A connection step of electrically connecting a negative voltage applying member for applying a negative voltage to the workpiece material disposed through the holding member at the microwave supply port;
A supply step of supplying the microwave and gas to the work material to which the negative voltage application member is connected;
A release step of releasing the connection of the connected negative voltage application member from the material to be processed by applying a negative voltage and supplying the microwave and the gas;
In the installation step, the holding member that holds the material to be processed and is formed at the microwave supply port is removed from the microwave supply port and returned to the predetermined position; and
After the returning step, a moving step of moving the other holding member different from the holding member selected in the installation step to the predetermined position among the plurality of holding members arranged in the processing container. And a continuous processing method for forming a film.
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