WO2013136576A1 - 成膜装置 - Google Patents

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WO2013136576A1
WO2013136576A1 PCT/JP2012/077575 JP2012077575W WO2013136576A1 WO 2013136576 A1 WO2013136576 A1 WO 2013136576A1 JP 2012077575 W JP2012077575 W JP 2012077575W WO 2013136576 A1 WO2013136576 A1 WO 2013136576A1
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WO
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forming apparatus
shutter
film forming
film
electrode
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Application number
PCT/JP2012/077575
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English (en)
French (fr)
Inventor
悟 尾崎
瀧川　志朗
Original Assignee
島津エミット株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3447—Collimators, shutters, apertures

Definitions

  • the present invention relates to a film forming apparatus for performing film formation by sputtering and film formation by plasma CVD on a workpiece in a single chamber.
  • injection molded plastic products are used for automobile headlamp reflectors and instruments.
  • film formation by sputtering using a metal such as aluminum as a target is performed for the purpose of providing a mirror finish or a metallic texture.
  • film formation of a silicon oxide protective film or the like by plasma CVD is performed to prevent oxidation of the metal film.
  • the work after film formation by sputtering is transferred to another film formation apparatus, and plasma CVD using a monomer gas such as HMDSO (hexa-methyl-di-siloxane) is performed in the chamber of the film formation apparatus.
  • a protective film is formed on the surface after the film formation by sputtering.
  • Patent Document 1 discloses a film forming apparatus in which a sputtering electrode and a composite film forming or polymerization film forming electrode are arranged at positions separated by a predetermined distance.
  • a work and a sputtering electrode are arranged to face each other, and after introducing an inert gas into the chamber, direct current is applied to the sputtering electrode to perform film formation by sputtering.
  • the film forming apparatus described in Patent Document 1 has a configuration in which a shutter is arranged on a target that is not used.
  • Patent Document 2 discloses a film forming apparatus having a dual-purpose electrode that serves both as a sputtering electrode and a plasma polymerization electrode.
  • a film forming apparatus first, an inert gas is introduced into the chamber, then direct current or high frequency is applied to the dual-purpose electrode to perform film formation by sputtering, and then a monomer gas such as HMDSO is placed in the chamber. Then, a high-frequency voltage is applied to the dual-purpose electrode to perform film formation by plasma polymerization.
  • JP 2011-58048 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-195651
  • film formation by sputtering and composite film formation or polymerization film formation can be performed in the same chamber.
  • film formation by sputtering and composite film formation or polymerization film formation are performed at different positions, not only the chamber size increases and the cost of the apparatus increases, but also the pressure in the chamber is reduced and the gas is replaced. It takes time to complete.
  • the film forming apparatus described in Patent Document 2 since the apparatus can be reduced in size, it is possible to reduce the cost of the apparatus and increase the efficiency of the film forming process.
  • the electrode When performing film formation by polymerization, there arises a problem that the electrode is contaminated by polymerization deposits. When contamination due to such a polymerized deposit occurs, there arises a problem that the performance of sputtering film formation is deteriorated at the time of film formation by the next sputtering.
  • the surface of the electrode is formed by performing a high-frequency sputtering method or the like after the film formation by plasma polymerization and before the film formation by sputtering using direct current. There is a problem that needs to be cleaned.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and even when film formation by sputtering and film formation by plasma CVD are performed using the same electrode in the same chamber, the electrode is contaminated. It is an object of the present invention to provide a film forming apparatus capable of efficiently performing film formation by sputtering and film formation by plasma CVD without any problem.
  • the invention according to claim 1 is a film forming apparatus for performing film formation by sputtering and film formation by plasma CVD on a workpiece in a single chamber, the electrode including a target material, A high-frequency power source for applying a high-frequency voltage to the electrode; an inert gas supply unit for supplying an inert gas into the chamber; a source gas supply unit for supplying a source gas into the chamber; And a shutter mechanism having a shutter capable of switching between a state of covering the target material in contact with the target material and a state of opening the target material. Open and cover the target material with the shutter when the film is formed by the plasma CVD. And features.
  • the invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the electrode is a magnetron electrode.
  • the invention according to claim 3 is the invention according to claim 2, wherein the shutter is made of a conductor.
  • the shutter is made of a material having a common element with a film formed by the film formation by the plasma CVD.
  • the shutter is formed by a conductor and a film formed by the plasma CVD formed on the surface of the conductor on the workpiece side. It is composed of a film to be formed and a material having a common element.
  • the shutter is made of a non-magnetic material.
  • the invention according to claim 7 is the invention according to claim 1, wherein at least a part of the shutter is made of a magnetic material.
  • the invention described in claim 8 is the invention described in claim 1, further comprising a DC power supply for applying a DC voltage to the electrode.
  • the shutter mechanism includes a pair of shutters and an arm that swings the pair of shutters about a swing shaft connected to the chamber.
  • the pair of shutters are configured to be opened by swinging in different directions from the center toward both sides.
  • the tip portions of the pair of shutters abut on each other at a contact surface facing a direction intersecting a direction from the electrode toward the workpiece.
  • the shutter mechanism includes an arm that swings the shutter about a swing shaft connected to a chamber, and the shutter includes the arm. Is arranged so as to be able to swing with respect to.
  • the arm in the invention according to the eleventh aspect, includes a pair of arm members that can swing with respect to each other about an axis extending in parallel with the swing shaft, and the pair of arm members.
  • a pair of leaf springs attached to one arm member of the pair of arm members and sandwiching the other arm member.
  • the shutter mechanism includes an arm that swings the shutter around a swing shaft connected to a chamber, and the arm, the shutter, An insulating member having a flange portion for preventing a film extending between the arm and the shutter from being formed during the film formation by the sputtering is disposed.
  • the electrode is contaminated by the action of the shutter. Therefore, it is possible to efficiently perform the film formation by sputtering and the film formation by plasma CVD.
  • this shutter since the shutter is made of a conductor, this shutter can efficiently function as an electrode for plasma CVD.
  • the shutter is made of a material having an element common to the film formed by the CVD film formation, the film formation region derived from the shutter material is formed during plasma CVD. It is possible to prevent contamination of impurities.
  • the shutter is composed of a conductor, a film formed by CVD film formation, and a material having a common element, the electrode function can be efficiently performed by the conductor. It is possible to prevent impurities from being mixed into the film formation region while maintaining.
  • the shutter since at least a part of the shutter is made of a magnetic material, it is possible to control the plasma density or plasma distribution during plasma CVD, and the film formation by plasma CVD. It is possible to increase parameters for controlling the film thickness and film quality.
  • a direct current power supply is further provided, when a material capable of direct current sputtering is used, film formation by sputtering can be performed at a higher speed.
  • the pair of shutters adopt a structure in which the shutters are opened by swinging in different directions from the center toward both sides, the occupation required when opening and closing the shutters is adopted.
  • the space can be reduced and the chamber can be downsized.
  • the pair of shutters since the tip portions of the pair of shutters are in contact with each other on the contact surfaces facing the direction crossing the direction from the electrode to the workpiece, the pair of shutters is formed at the time of film formation by plasma CVD. It is possible to effectively prevent the electrodes from being contaminated from the gaps between them.
  • the shutter since the shutter is disposed so as to be swingable with respect to the arm, the shutter and the electrode provided with the target material can be brought into close contact with each other. Become. For this reason, contamination of the electrode can be prevented more reliably, and the shutter can function more appropriately as an electrode for plasma CVD.
  • the arm and the shutter can be insulated by the action of the insulating member. Then, due to the action of the flange portion in the insulating member, a film extending between each arm and each shutter is formed at the time of film formation of the conductor, and the arm connected to the chamber and the shutter contacting the electrode are electrically connected to each other. It is possible to prevent the electrode from being short-circuited.
  • 1 is a schematic diagram of a film forming system to which a film forming apparatus 1 according to the present invention is applied.
  • 1 is a schematic diagram of a film forming apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention. It is an enlarged view near the electrode 20 of the film-forming apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is an enlarged view of a shutter mechanism. It is an enlarged view of the insulating member 36 vicinity in a shutter mechanism. It is explanatory drawing which shows the various front-end
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a film forming system to which a film forming apparatus 1 according to the present invention is applied.
  • This film forming system includes an injection molding machine 2, a film forming apparatus 1 according to the present invention, and a transfer apparatus 3 for transferring the workpiece W from the injection molding machine 2 to the film forming apparatus 1.
  • the workpiece W formed by injection molding in the injection molding machine 2 is held by the hand 4 in the transfer device 3 and transferred to the film forming device 1.
  • the film forming apparatus 1 includes a chamber 10 including a main body 11 and an opening / closing part 12.
  • the workpiece W transported by the transport device 3 is placed on the workpiece placing portion 13 attached to the opening / closing portion 12 in the film forming apparatus 1 by the hand 4. Thereafter, the opening / closing part 12 moves to the main body 11 side, whereby the workpiece W is placed in the chamber 10 of the film forming apparatus 1.
  • the film forming apparatus 1 can be installed in the immediate vicinity of the injection molding machine 2, and the workpiece W injection molded by the injection molding machine 2 is directly carried into the film forming apparatus 1. It becomes possible. For this reason, since the work W can be transported to the film forming apparatus 1 before the adsorbed gas such as moisture adheres to the workpiece W after the injection molding, the adsorbed gas such as moisture which has been conventionally required. It is possible to omit a high-vacuum pump for removing. For this reason, it is possible to realize low cost and low energy, and to efficiently perform the film forming operation.
  • FIG. 2 is a schematic view of the film forming apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the electrode 20.
  • the film forming apparatus 1 includes the chamber 10 including the main body 11 and the opening / closing unit 12.
  • the opening / closing part 12 is movable between a loading position for loading the workpiece W and a closed position constituting the chamber 10 sealed between the main body 11.
  • the opening / closing part 12 is provided with a work placing part 13 for placing the work W thereon.
  • the film forming apparatus 1 includes an electrode unit 21 having a magnet 22 therein and an electrode 20 including a target material 23.
  • the electrode 20 is attached to the main body 11 in the chamber 10 via the insulating member 14.
  • the main body 11 constituting the chamber 10 is grounded by a grounding portion 19.
  • the electrode 20 is connected to the filter 42 and the DC power source 41 via the switch 45.
  • the electrode 20 is connected to the matching box 43 and the high frequency power supply 44 through the switch 46.
  • a shutter mechanism including a pair of shutters 31 is disposed below the target material 23 in the electrode 20.
  • the high frequency power supply 44 what generate
  • the high frequency described in this specification means a frequency of 20 kHz (kilohertz) or more.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the shutter mechanism.
  • the shutter 31 is supported by an arm 39 that swings around a swing shaft 15 connected to the main body 11 of the chamber 10.
  • the arm 39 has a pair of arm members 32 and 33 that can be swung with respect to each other about a shaft 34 that extends in parallel with the swing shaft 15, and a posture of the pair of arm members 32 and 33 for making the posture straight.
  • a pair of leaf springs 35 that are attached to one arm member 32 of the pair of arm members 32 and 33 by screws 37 and sandwich the other arm member 33 are provided.
  • the arm member 32 is swingable about a swing shaft 15 connected to the main body 11.
  • the shutter 31 is made of a material that is a conductor such as metal and is nonmagnetic. As a material of the shutter 31, for example, aluminum can be adopted.
  • each arm 39 swings about the swing shaft 15, so that the pair of shutters 31 has a closed position covering the target material 23 in the electrode 20 indicated by a solid line in FIGS. 2 and 3. 2 and 3 oscillates between the electrode 20 indicated by the phantom line and the release position where the target material 23 is released. That is, the pair of shutters 31 has a double door structure that is opened when the pair of shutters 31 swings in different directions from the center toward both sides from the closed position.
  • the tip portions of the pair of shutters 31 are in contact with each other on the contact surface 38.
  • the contact surface 38 faces in a direction orthogonal to the direction from the electrode 20 toward the workpiece W, and is a surface parallel to the surface of the target material 23.
  • these contact surfaces 38 can be brought into a completely contacted state. This makes it possible to effectively prevent the phenomenon that the target material 23 in the electrode 20 is contaminated by the polymerization deposit during film formation by plasma polymerization, as will be described later.
  • the arm 39 includes a pair of arm members 32 and 33 that can be swung with each other, and a pair of arms for making the posture of the pair of arm members 32 and 33 linear.
  • a leaf spring 35 is provided.
  • the pair of shutters 31 can swing in a tilting direction with the axis 34 parallel to the swinging shaft 15 as the center. Thereby, even when the lower surface of the target material 23 in the electrode 20 and the upper surface of the shutter 31 are not completely parallel, the shutter 31 is pressed by the leaf spring 35 together with the arm member 33 by pressing the shutter 31 against the target material 23. By tilting against the force, the lower surface of the target material 23 and the upper surface of the shutter 31 can be completely adhered to each other.
  • the arm member 33 and the shutter 31 are insulated from each other between the arm member 33 and the shutter 31, and a film extending between the arm member 33 and the shutter 31 is formed during film formation by sputtering.
  • An insulating member 36 is provided to prevent this.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of the insulating member 36 in the shutter mechanism.
  • An insulating member 36 is attached to the edge on the shutter side of the arm member 33 constituting the arm 39 in the shutter mechanism.
  • the insulating member 36 has a substantially U-shaped cross section in which flanges 48 are formed at both ends thereof. A voltage is applied to the workpiece W between the electrode 20 and the chamber 10. For this reason, it is necessary to keep the arm 39 connected to the main body 11 in the chamber 10 and the shutter 31 in contact with the electrode 20 in an insulated state.
  • a film made of the target material 23 is formed not only on the workpiece W but also on the surfaces of the shutter 31 and the arm 39 during film formation by sputtering described later.
  • this film is a conductor, if this film is formed over the arm member 33 of the arm 39 and the shutter 31, the arm 39 connected to the chamber 10 and the shutter 31 contacting the electrode 20 are electrically connected. As a result, the chamber 10 and the electrode 20 are short-circuited.
  • the main body 11 constituting the chamber 10 is connected to an inert gas supply unit 53 such as argon through an on-off valve 51 and a flow rate adjustment valve 52.
  • the main body 11 constituting the chamber 10 is connected to a source gas supply unit 56 such as HMDSO or HMDS (hexa-methyl-di-silazane) through an on-off valve 54 and a flow rate adjustment valve 55.
  • the main body 11 constituting the chamber 10 is connected to a dry pump 58 and a mechanical booster pump 57.
  • the film forming operation by the film forming apparatus 1 having the above configuration will be described.
  • the film forming apparatus 1 performs a film forming operation, as shown in FIG. 1, the work W formed by injection molding in the injection molding machine 2 is held by the hand 4 in the transport apparatus 3 to form the film forming apparatus. 1 is placed on the work placing portion 13 attached to the opening / closing portion 12 in FIG. Thereafter, when the opening / closing part 12 moves to the main body 11 side, the workpiece W is arranged at a position facing the electrode 20 in the chamber 10 in the film forming apparatus 1.
  • the pressure in the chamber 10 is reduced from about 0.1 Pascal to about 5 Pascals.
  • the inside of the chamber 10 is depressurized at high speed using the dry pump 58, and then the inside of the chamber 10 is evacuated using the mechanical booster pump 57.
  • the pair of shutters 31 are arranged at the release positions indicated by phantom lines in FIGS. 2 and 3 by the shutter mechanism. Note that the mechanical booster pump 57 may be omitted when a necessary vacuum pressure is obtained by the dry pump 58.
  • an inert gas such as argon is supplied from the inert gas supply unit 53 into the chamber 10 so that the degree of vacuum in the chamber 10 becomes 0.1 to 5 Pascals.
  • the chamber 10 is filled with an inert gas.
  • a DC voltage is applied to the electrode 20 from the DC power source 41 via the filter 42, or by closing the switch 46, a high frequency is applied to the electrode 20 via the matching box 43.
  • a high frequency voltage is applied from the power supply 44. Thereby, a thin film of the target material 23 is formed on the surface of the workpiece W by a sputtering phenomenon.
  • the plasma is confined in the vicinity of the target material 23 to increase the plasma density, thereby increasing the sputtering speed. Can be improved.
  • This plasma polymerization is a kind of plasma CVD (Chemical Vapor Deposition).
  • plasma CVD Chemical Vapor Deposition
  • the pressure in the chamber 10 is reduced from about 0.1 Pascal to about 5 Pascals.
  • the pair of shutters 31 are disposed at the closed positions indicated by solid lines in FIGS. 2 and 3 by the shutter mechanism.
  • the source gas is supplied from the source gas supply unit 56 into the chamber 10, so that the degree of vacuum in the chamber 10 is 0.1 to 10 Pascals. Is filled with raw material gas.
  • a high frequency voltage is applied to the electrode 20 from the high frequency power supply 44 via the matching box 43.
  • the shutter 31 is caused to function as an electrode for plasma polymerization together with the electrode 20 to perform film formation by plasma polymerization. Thereby, a thin film of the source gas is deposited on the surface of the workpiece W by the plasma polymerization reaction.
  • the non-magnetic shutter 31 is employed, so that the magnet 22 can be used even when the target material 23 in the electrode 20 is covered by the shutter 31 during film formation by plasma polymerization.
  • the effect of magnetron discharge can be obtained. For this reason, it is possible to improve the film formation speed even during film formation by plasma polymerization.
  • the shutter 31 can be integrated with the electrode 20 to function effectively as an electrode for plasma polymerization, and the target material 23 in the electrode 20 can be completely closed to effectively prevent contamination. It becomes.
  • the shutter 31 is a conductor, even if the target material 23 is reduced by continuously executing the film formation by sputtering, the film formation state by polymerization can be kept constant.
  • the shutter 31 and the target material 23 are in close contact with each other if the shutter 31 is a conductor.
  • the voltage on the surface side can be made uniform, and the film formation state can be kept constant.
  • the insulating member 36 for preventing the film 100 extending between the arm member 33 and the shutter 31 from being formed between the arm member 33 and the shutter 31 during film formation by sputtering Therefore, it is possible to prevent the arm 39 connected to the chamber 10 and the shutter 31 in contact with the electrode 20 from conducting, and the chamber 10 and the electrode 20 from being short-circuited. .
  • the tip portions of the pair of shutters 31 are in contact with each other on the contact surface 38 that faces in a direction orthogonal to the direction from the electrode 20 toward the workpiece W. For this reason, when the pair of shutters 31 is disposed at the closed position, these contact surfaces 38 can be brought into a completely contacted state. Thereby, it is possible to effectively prevent the phenomenon that the target material 23 in the electrode 20 is contaminated by the polymerization deposit during film formation by plasma polymerization.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing various tip shapes of the shutter 31.
  • the tip portions of the pair of shutters 31 are in contact with each other at the contact surface 38 that faces in a direction orthogonal to the direction from the electrode 20 toward the workpiece W. In such a case, it is possible to prevent the occurrence of such a gap.
  • the tip of one shutter 31 has a shape that covers the other shutter 31, and the tip of these shutters 31 is orthogonal to the direction from the electrode 20 toward the workpiece W.
  • FIG. 6D when the tip portions of the pair of shutters 31 are in contact with each other on the inclined contact surfaces facing the direction intersecting the direction from the electrode 20 toward the workpiece W. Similarly, it is possible to prevent the occurrence of a gap.
  • a conductor is used as the material of the shutter 31.
  • a material other than a conductor may be adopted as the material of the shutter 31. Even when such a material is employed, film formation by sputtering and film formation by plasma CVD can be performed.
  • the material of the shutter 31 a material having an element common to a film formed by film formation by plasma polymerization may be adopted.
  • a material having a composition close to that of a film formed by plasma polymerization it is possible to prevent impurities from being mixed into the film formation region derived from the material of the shutter 31 during plasma polymerization. It becomes possible.
  • silicon oxide film is formed using HMSO or HMDS as the source gas
  • silicon oxide may be used as the shutter 31.
  • a DLC (diamond-like carbon) film a carbon material may be used as the shutter 31. Even in this case, since the shutter 31 and the target material 23 are in contact with each other in a completely intimate contact state, contamination of the target material 23 can be suitably prevented.
  • the shutter 31 is composed of both a conductor, and a film formed by film formation by CVD formed on the surface of the conductor on the workpiece W side and a material having a common element. May be.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the configuration of the shutter 31 according to such an embodiment.
  • the shutter 31 shown in FIG. 7 includes a conductor 31a, and a material 31b having a common element with a film formed by CVD formed on the lower surface (surface on the workpiece W side) of the conductor 31a. Is done. When such a configuration is adopted, it is possible to prevent impurities from being mixed into the film formation region while efficiently maintaining the electrode function by the conductor 31a.
  • the shutter 31 is made of a non-magnetic material.
  • the shutter 31 may be partially or entirely made of a magnetic material.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the configuration of the shutter 31 according to such an embodiment.
  • the entire shutter 31 shown in FIG. 8A is made of a magnetic material.
  • the shutter 31 shown in FIG. 8B has a configuration in which a magnetic body 31d is attached to the lower surface of the nonmagnetic body 31c.
  • the magnetic field distribution can be adjusted by adjusting the thickness, shape, arrangement, and the like of the magnetic body 31d.
  • FIG. 8 (a) or FIG. 8 (b) it is possible to control the plasma density and plasma distribution during plasma polymerization by controlling the influence of the magnetic field. It is possible to increase parameters for controlling the film thickness and film quality of the polymer film to be formed.
  • FIG. 9 is an enlarged view of the vicinity of the electrodes 20a and 20b of the film forming apparatus 1 according to the second embodiment of the present invention.
  • symbol is attached
  • a pair of electrodes 20 a and 20 b having the same configuration as the electrode 20 in the first embodiment is disposed on the upper part of the main body 11 of the chamber 10, and these electrodes 20 a and 20 b are connected to the LF power source 49.
  • the configuration is as follows.
  • the LF power source 49 is a kind of high-frequency power source, and for example, generates a high frequency of 20 kHz to 100 kHz.
  • the pair of shutters 31 are arranged at the release positions indicated by phantom lines in FIG. 9 as in the first embodiment.
  • the chamber 10 is filled with an inert gas such as argon.
  • the LF power source 49 alternately applies voltages having phases opposite to each other to the pair of electrodes 20a and 20b. Since argon ions in the plasma are positive ions, a negative potential target material is sputtered. That is, the sputtering phenomenon occurs alternately between the electrode 20a and the electrode 20b.
  • the pair of shutters 31 are arranged at the closed position shown by the solid line in FIG. 9 as in the first embodiment. Further, the source gas is filled in the chamber 10. Then, a voltage is applied to the pair of electrodes 20a and 20b by the LF power source 49.
  • the shutter 31 can be made to function as an electrode for plasma polymerization together with the electrodes 20a and 20b, and film formation by plasma polymerization can be executed.
  • the film forming apparatus 1 In the film forming apparatus 1 according to the second embodiment, only the LF power supply 49 is used, and it is not necessary to use the high-frequency power supply 44 or the matching box 43, so that the apparatus can be manufactured at low cost. Further, even when a polymerized deposit adheres to the target material 23, when performing film formation by sputtering using the LF power source 49, it is possible to achieve a cleaning effect of the target material simultaneously with sputtering.

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Abstract

　成膜装置は、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、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、各シャッター３１は、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。前記シャッター機構は、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であり、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し、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覆うものであり、本発明の成膜装置は、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による成膜とを単一のチャンバー内で実行できる。

Description

成膜装置
　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し、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覆うことを特徴とする。
　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し、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覆う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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