WO2015037315A1 - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents

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WO2015037315A1
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film forming
forming apparatus
film
electrode
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Inventor
悟 尾崎
佑 徳嵩
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株式会社島津製作所
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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
    • 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
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/564—Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases
    • 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
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32091—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332—Coating
    • H01J2237/3321—CVD [Chemical Vapor Deposition]

Definitions

  • the present invention relates to a film forming apparatus, and more particularly to a film forming apparatus and a film forming method for performing film formation by sputtering on a resin workpiece.
  • injection molded resin products are used as reflectors and instruments for automobile headlamps.
  • 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.
  • a silicon oxide protective film or the like is formed by plasma CVD in order to prevent oxidation of the metal film. That is, the workpiece 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.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a film forming apparatus and a film forming method capable of completing a film forming process on a resin workpiece in a short time. To do.
  • the invention described in claim 1 is a film forming apparatus for performing film formation by sputtering on a resin work, and a chamber for storing the work, and the inside of the chamber is 0.1 Pascal or more and 1.0 Pascal.
  • Pressure reducing means for reducing the pressure to less than the pressure
  • an inert gas supply unit for supplying an inert gas into the chamber, a target material, a sputtering electrode disposed in the chamber, and a surface area of the target material
  • a DC power supply for applying a DC voltage to the sputter electrode is provided so that the input power is 25 watts or more per square centimeter.
  • the invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, further comprising a gas supply unit for supplying a gas having a dew point of 0 degrees Celsius or less into the chamber.
  • the pressure reducing means includes a turbo molecular pump having a maximum exhaust speed of 300 liters or more per second.
  • the invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein a CVD electrode disposed in the chamber, a high-frequency power source for applying a high-frequency voltage to the CVD electrode, A source gas supply unit for supplying a source gas into the chamber; a shutter that is movable between a contact position that covers the target material by contacting the sputtering electrode; and a retreat position that is separated from the sputtering electrode; are further provided.
  • the invention according to claim 5 is a film forming method for performing film formation by sputtering on a resin workpiece, and carrying in the injection molded resin workpiece into the chamber from the injection molding machine.
  • a gas having a dew point of 0 degrees Celsius or less is supplied into the chamber.
  • the chamber in the fifth aspect of the present invention, in the decompression step, is evacuated at an evacuation rate of 300 liters per second or more.
  • a shutter arranging step of covering the target material with a shutter after the DC voltage applying step and before the venting step And a source gas supply step for supplying source gas into the chamber, and a high frequency application step for applying a high frequency voltage to the CVD electrode disposed in the chamber.
  • suitable film formation can be performed even when the pressure in the chamber before film formation is about 0.1 Pascal or more and less than 1.0 Pascal. Is possible. For this reason, it is possible to reduce the time required for film formation, and it is possible to form a workpiece that is sent out from the injection molding machine at a constant interval in a manner linked with the production cycle of the workpiece by the injection molding machine.
  • the moisture contained in the air can be reduced from adhering to the chamber, and the evacuation time during the next film formation process can be shortened. It becomes.
  • film formation by sputtering and film formation by plasma CVD can be continuously performed in a short time in the same chamber.
  • FIG. 1 is a schematic front view of a film forming apparatus according to the present invention. It is a side surface schematic diagram which shows the principal part of the film-forming apparatus which concerns on this invention. It is a side surface schematic diagram which shows the raising / lowering operation
  • FIG. 1 is a schematic front view of a film forming apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is a schematic side view showing an essential part thereof.
  • the film forming apparatus performs film formation by sputtering and film formation by plasma CVD on a resin workpiece.
  • the pressure in the chamber is set to a medium vacuum of 0.1 Pascal or more and less than 1.0 Pascal to shorten the time required for film formation.
  • a DC voltage is applied to the sputter electrode so that the input power is 25 watts or more per square centimeter with respect to the surface area of the target material.
  • This film forming apparatus includes a chamber 10 composed of a main body 11 and an opening / closing part 12.
  • the opening / closing part 12 is movable between a loading / unloading position for loading an injection-molded resin workpiece W and a closed position constituting the chamber 10 sealed with the main body 11 via the packing 14. It has become.
  • an opening for carrying the work W into and out of the chamber 10 is formed on the side surface of the chamber 10.
  • a work placement portion 13 for placing the work W is disposed so as to pass through a passage hole formed in the opening / closing portion 12.
  • the workpiece placement unit 13 is movable relative to the opening / closing unit 12 with the workpiece W placed thereon.
  • this film forming apparatus includes a sputter electrode 23 composed of an electrode part 21 and a target material 22.
  • the sputter electrode 23 is attached to the main body 11 in the chamber 10 via an insulating member (not shown).
  • the main body 11 constituting the chamber 10 is grounded by a grounding portion 19.
  • the sputter electrode 23 is connected to a DC power source 41.
  • this DC power supply 41 what can apply a DC voltage to the sputter electrode 23 so that it may become input electric power of 25 watts or more per square centimeter with respect to the surface area of the target material 22 is used. That is, the DC power supply 41 inputs 25 watts or more per square centimeter as the input power to the sputtering electrode 23 with respect to the surface area of the target material 22.
  • this film forming apparatus includes a CVD electrode 24.
  • the CVD electrode 24 is attached to the main body 11 in the chamber 10 through an insulating member (not shown), like the sputtering electrode 23.
  • the CVD electrode 24 is connected to a matching box 46 and a high frequency power source 45.
  • the high frequency power supply 45 described above for example, one that generates a high frequency of about several tens of MHz (megahertz) can be used.
  • the high frequency described in this specification means a frequency of 20 kHz (kilohertz) or more.
  • the main body 11 constituting the chamber 10 is connected to a supply unit 33 of an inert gas such as argon via an on-off valve 31 and a flow rate adjustment valve 32.
  • the main body 11 constituting the chamber 10 is connected to a source gas supply unit 36 such as HMDSO or HMDS (hexa-methyl-di-silazane) through an on-off valve 34 and a flow rate adjustment valve 35.
  • the main body 11 constituting the chamber 10 is connected to a dry air supply unit 83 via an on-off valve 81 and a flow rate adjustment valve 82.
  • main body 11 constituting the chamber 10 is connected to a turbo molecular pump 37 via an on-off valve 39, and the turbo molecular pump 37 is connected to an auxiliary pump 38 via an on-off valve 48. Further, the auxiliary pump 38 is also connected to the main body 11 constituting the chamber 10 through an on-off valve 49.
  • turbo molecular pump 37 a pump having a maximum exhaust speed of 300 liters or more per second is used.
  • the pump itself can be reduced in size while obtaining a large exhaust speed. For this reason, the film forming apparatus itself can be miniaturized.
  • dry air supplied from the above-described dry air supply unit 83 one having a dew point of 0 degrees Celsius or less is used.
  • an inert gas having a dew point of 0 degrees Celsius or less may be used.
  • the film forming apparatus also includes a shutter 51 that can move up and down between a contact position that covers the target material 22 by contacting the sputter electrode 23 and a retracted position near the bottom of the chamber 10.
  • the shutter 51 is made of a conductive material such as metal and a non-magnetic material.
  • a material of the shutter 51 for example, aluminum can be adopted.
  • the shutter 51 is lifted from the retracted position toward the contact position by driving the air cylinder 53 while being supported from below by the cylinder rod 54 of the air cylinder 53.
  • the shutter 51 is supported at a contact position by a slide pin 62 (see FIGS. 7 to 9) at the tip of the cylinder rod in the air cylinder 61 fixed to the main body 11 in the chamber 10 by the L-shaped bracket 18.
  • the air cylinder 53 functions as a shutter lifting mechanism that lifts the shutter 51 from the retracted position toward the contact position by supporting the shutter 51 from below.
  • the air cylinder 61 supports the shutter 51 at the contact position. Functions as a shutter support mechanism.
  • 3 to 6 are schematic side views showing the lifting and lowering operation of the shutter 51 by the shutter lifting and lowering mechanism.
  • 7 to 9 are partially enlarged views showing the support operation of the shutter 51 by the shutter support mechanism.
  • FIG. 3 shows a state in which the shutter 51 is disposed below the sputter electrode 23 at a retracted position near the bottom of the main body 11 constituting the chamber 10.
  • the shutter 51 is supported by a support portion 52 attached to the bottom of the main body 11.
  • the cylinder rod 54 of the air cylinder 53 is in a contracted state accommodated in the main body of the air cylinder 53.
  • the shutter 51 When the shutter 51 is moved from the retracted position shown in FIG. 3 to a contact position that covers the target material 22 by contacting the sputter electrode 23, the shutter 51 is first supported by the cylinder rod 54 of the air cylinder 53. By extending the cylinder rod 54, the shutter 51 is raised to a position directly below the sputter electrode 23 as shown in FIG. In this state, as shown in FIG. 7, the lower surface of the target material 22 in the sputtering electrode 23 and the front surface of the shutter 51 are separated by a minute distance d.
  • a concave portion 59 having a tapered surface is formed at the edge of the shutter 51.
  • the recesses 59 are formed at the positions of the four corners of the rectangular shutter 51 in plan view.
  • the air cylinder 61 described above is disposed at a position facing the recess 59 when the shutter 51 is raised by the action of the air cylinder 53.
  • the air cylinder 61 is fixed to the main body 11 in the chamber 10 by an L-shaped metal fitting 18, and a slide pin 62 at the tip of the cylinder rod in the air cylinder 61 passes through the main body 11.
  • a tapered portion having a shape corresponding to the tapered surface of the recess 59 formed in the shutter 51 is formed at the tip of the slide pin 62.
  • the slide pin 62 at the tip of the cylinder rod in the air cylinder 61 is extended toward the shutter 51.
  • the tip of the slide pin 62 is disposed at a position facing the upper end of the recess 59 formed in the shutter 51.
  • the tip of the slide pin 62 enters the recess 59 formed in the shutter 51.
  • the shutter 51 moves upward in accordance with the intrusion operation into the recess 59 at the tip of the slide pin 62.
  • the shutter 51 is disposed at a contact position that covers the target material 22 by contacting the sputtering electrode 23, and is supported at that position.
  • the cylinder rod 54 of the air cylinder 53 is lowered, and the cylinder rod 54 is brought into a contracted state accommodated in the main body of the air cylinder 53. Thereby, a space in which the workpiece W can be arranged is formed below the sputter electrode 23 and the shutter 51.
  • the film forming operation by the film forming apparatus having the above configuration will be described.
  • the injection-molded work W is transferred from the injection molding machine and transferred into the chamber 10.
  • the opening / closing part 12 is moved to the loading / unloading position, and the work W placed on the work placing part 13 is opposed to the sputter electrode 23 in the chamber 10 as indicated by a virtual line in FIG. Place it at the position you want.
  • the shutter 51 is disposed at a retracted position near the bottom of the chamber 10.
  • four workpieces W are injection-molded and discharged in one shot from the preceding injection molding machine, and these four workpieces W are collectively carried into a film forming apparatus for film formation. Processing.
  • the film forming operation can be performed efficiently, and adsorbed gas such as moisture can be prevented from adhering to the workpiece W.
  • two injection molding machines and one film forming apparatus may be combined.
  • eight workpieces having the same size as above are discharged from the injection molding machine in one shot, one injection molding machine and two film forming apparatuses may be combined. That is, the combination of the injection molding machine and the film forming apparatus may be considered according to the amount and size of the work discharged from the injection molding machine and the cycle time.
  • the opening / closing part 12 is placed at the closed position, and the inside of the chamber 10 is depressurized from 0.1 Pascal to a medium vacuum of less than 1 Pascal.
  • the turbo pump 37 having a maximum pumping speed of 300 liters per second or more is used, the chamber 10 has a time of about 20 seconds, from 0.1 Pascal to a medium vacuum of less than 1 Pascal.
  • the pressure can be reduced. If necessary, the pressure is reduced at a high speed to about 100 Pascal using an auxiliary pump 38 such as a dry pump before the pressure is reduced by the turbo molecular pump 37.
  • an inert gas such as argon is supplied into the chamber 10 from the inert gas supply unit 33 so that the degree of vacuum in the chamber 10 is 0.5 to 3 Pascals.
  • the chamber 10 is filled with an inert gas.
  • a DC voltage is applied from the DC power supply 41 to the sputter electrode 23. Thereby, a thin film of the target material 22 is formed on the surface of the workpiece W by a sputtering phenomenon.
  • a DC voltage is applied from the DC power supply 41 to the sputtering electrode 23 so that the input power is 25 watts or more per square centimeter relative to the surface area of the target material 22 in the sputtering electrode 23.
  • the input power is 25 watts or more per square centimeter relative to the surface area of the target material 22 in the sputtering electrode 23.
  • This plasma polymerization is a kind of plasma CVD (Chemical Vapor Deposition).
  • the work W placed on the work placement unit 13 is placed at a position facing the CVD electrode 24 in the chamber 10. 1 and 2, the shutter 51 is disposed at a contact position that covers the target material 22 by contacting the sputter electrode 23. In this state, the shutter 51 is supported by the slide pin 62 in the air cylinder 61 as shown in FIG. Further, the cylinder rod 54 of the air cylinder 53 is in a contracted state housed in the main body of the air cylinder 53 as shown in FIG.
  • the source gas is supplied from the source gas supply unit 36 into the chamber 10, and the degree of vacuum in the chamber 10 is 0.1 to 10 Pascals.
  • the inside is filled with raw material gas.
  • a high frequency voltage is applied from the high frequency power supply 45 to the CVD electrode 24 via the matching box 46 to perform film formation by plasma polymerization.
  • a thin film of the source gas is deposited on the surface of the workpiece W by the plasma polymerization reaction.
  • the inside of the chamber 10 is vented.
  • the inside of the chamber 10 is vented by dry air by opening the on-off valve 81 and supplying dry air from the dry air supply unit 83 into the chamber 10.

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Abstract

　この成膜装置は、電極部２１とターゲット材料２２とからなるスパッタ電極２３を備える。直流電源４１としては、ターゲット材料２２の表面積に対して、１平方センチ当たり２５ワット以上の投入電力となるように、スパッタ電極２３に直流電圧を印加し得るものが使用される。チャンバー１０は、開閉弁３９を介して、ターボ分子ポンプ３７と接続されている。このターボ分子ポンプ３７としては、その最大排気速度が、１秒当たり３００リットル以上のものが使用される。

Description

成膜装置および成膜方法
　この発明は、成膜装置に関し、特に、樹脂製のワークに対してスパッタリングによる成膜を実行する成膜装置および成膜方法に関する。
　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、射出成型された樹脂製品が使用される。そして、これらの樹脂製品に対しては、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。
　また、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。すなわち、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。
　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。
特開２０１１－５８０４８号公報
　このような樹脂製のワークに対する成膜時には、射出成形機より一定の間隔で送り出されるワークを、射出成形機によるワークの生産サイクルと連動した形で成膜することが好ましい。しかしながら、従来の成膜装置においては、好適な成膜を実行するためには、成膜開始前のチャンバー内の圧力を１０－３Ｐａ（パスカル）程度まで減圧することが必要となり、減圧に長い時間を要していた。
　このため、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による成膜を実行する必要があった。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。従って、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。
　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、樹脂製のワークに対して短時間で成膜処理を完了することが可能な成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。
　請求項１に記載の発明は、樹脂製のワークに対してスパッタリングによる成膜を実行する成膜装置であって、ワークを収納するチャンバーと、前記チャンバー内を０．１パスカル以上１．０パスカル未満の圧力に減圧する減圧手段と、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、ターゲット材料を備え、前記チャンバー内に配設されたスパッタ電極と、前記ターゲット材料の表面積に対して、１平方センチ当たり２５ワット以上の投入電力となるように、前記スパッタ電極に直流電圧を印加する直流電源と、を備えたことを特徴とする。
　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、前記チャンバー内に露点が摂氏０度以下の気体を供給する気体供給部をさらに備える。
　請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記減圧手段は、最大排気速度が１秒当たり３００リットル以上のターボ分子ポンプを有する。
　請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、前記チャンバー内に配設されたＣＶＤ電極と、前記ＣＶＤ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原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記スパッタ電極と当接することにより前記ターゲット材料を覆う当接位置と、前記スパッタ電極から離隔する退避位置との間を移動可能なシャッターと、をさらに備える。
　請求項５に記載の発明は、樹脂製のワークに対してスパッタリングによる成膜を実行する成膜方法であって、射出成型された樹脂製のワークを、射出成形機よりチャンバー内に搬入する搬入工程と、前記チャンバー内を０．１パスカル以上１．０パスカル未満の圧力に減圧する減圧工程と、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工程と、ターゲット材料を備え前記チャンバー内に配設されたスパッタ電極に対し、前記ターゲット材料の表面積に対して、１平方センチ当たり２５ワット以上の投入電力となるように、前記スパッタ電極に直流電圧を印加する直流電圧印加工程と、前記チャンバー内を大気圧までベントするベント工程と、成膜完了後のワークを前記チャンバー内から搬出する搬出工程と、を備えたことを特徴とする。
　請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記ベント工程においては、前記チャンバー内に露点が摂氏０度以下の気体を供給する。
　請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記減圧工程においては、１秒当たり３００リットル以上の排気速度で前記チャンバー内から排気を行う。
　請求項８に記載の発明は、請求項５から請求項７のいずれかに記載の発明において、前記直流電圧印加工程の後で前記ベント工程の前に、前記ターゲット材料をシャッターにより覆うシャッター配置工程と、前記チャンバー内に原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、前記チャンバー内に配設されたＣＶＤ電極に高周波電圧を印加する高周波印加工程と、をさらに備える。
　請求項１および請求項５に記載の発明によれば、成膜開始前のチャンバー内の圧力を０．１パスカル以上１．０パスカル未満程度とした場合においても、好適な成膜を実行することが可能となる。このため、成膜に要する時間を短縮することができ、射出成形機より一定の間隔で送り出されるワークを、射出成形機によるワークの生産サイクルと連動した形で成膜することが可能となる。
　請求項２および請求項６に記載の発明によれば、空気中に含まれる水分がチャンバー内に付着することを減少することができ、次の成膜処理時の真空排気時間の短縮化が可能となる。
　請求項３および請求項７に記載の発明によれば、装置全体を小型化しながら真空排気をより短時間で実行することができ、これにより成膜に要する時間を短縮することが可能となる。
　請求項４および請求項８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、同一チャンバー内で短時間に連続して実行することが可能となる。
この発明に係る成膜装置の正面概要図である。 この発明に係る成膜装置の要部を示す側面概要図である。 シャッター昇降機構によるシャッター５１の昇降動作を示す側面概要図である。 シャッター昇降機構によるシャッター５１の昇降動作を示す側面概要図である。 シャッター昇降機構によるシャッター５１の昇降動作を示す側面概要図である。 シャッター昇降機構によるシャッター５１の昇降動作を示す側面概要図である。 シャッター支持機構によるシャッター５１の支持動作を示す部分拡大図である。 シャッター支持機構によるシャッター５１の支持動作を示す部分拡大図である。 シャッター支持機構によるシャッター５１の支持動作を示す部分拡大図である。
　以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る成膜装置の正面概要図であり、図２は、その要部を示す側面概要図である。
　なお、この発明に係る成膜装置は、樹脂製の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ものであるが、特に、スパッタリングによる成膜時において、成膜開始前のチャンバー内の圧力を０．１パスカル以上１．０パスカル未満の中真空として成膜に要する時間を短縮しようとするものである。この発明は、特に、樹脂製ワークに対して成膜を実行する場合においては、ターゲット材料の表面積に対して、１平方センチ当たり２５ワット以上の投入電力となるように、スパッタ電極に直流電圧を印加することにより、成膜開始前のチャンバー内の圧力を０．１パスカル以上１．０パスカル未満の中真空とした場合においても、好適な成膜を実行することが可能となることを、この発明の発明者が見出したことに基づくものである。
　この成膜装置は、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、射出成型された樹脂製のワークＷを搬入する搬入搬出位置と、本体１１との間でパッキング１４を介して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が搬入搬出位置に移動した状態においては、チャンバー１０の側面に、ワークＷをチャンバー１０に対して搬入および搬出する開口部が形成されることになる。また、開閉部１２に形成された通過孔を通過するようにして、ワークＷを載置するためのワーク載置部１３が配設されている。このワーク載置部１３は、ワークＷを載置した状態で開閉部１２に対して相対的に移動可能となっている。
　また、この成膜装置は、電極部２１とターゲット材料２２とからなるスパッタ電極２３を備える。このスパッタ電極２３は、図示を省略した絶縁部材を介して、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。このスパッタ電極２３は、直流電源４１に接続されている。
　なお、この直流電源４１としては、ターゲット材料２２の表面積に対して、１平方センチ当たり２５ワット以上の投入電力となるように、スパッタ電極２３に直流電圧を印加し得るものが使用される。すなわち、この直流電源４１は、スパッタ電極２３への投入電力として、ターゲット材料２２の表面積に対して、１平方センチ当たり２５ワット以上を投入する。
　さらに、この成膜装置は、ＣＶＤ電極２４を備える。このＣＶＤ電極２４は、スパッタ電極２３と同様、図示を省略した絶縁部材を介して、チャンバー１０における本体１１に装着されている。また、このＣＶＤ電極２４は、マッチングボックス４６および高周波電源４５と接続されている。
　なお、上述した高周波電源４５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。
　チャンバー１０を構成する本体１１は、開閉弁３１および流量調整弁３２を介して、アルゴン等の不活性ガスの供給部３３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３４および流量調整弁３５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３６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８１および流量調整弁８２を介して、ドライエアの供給部８３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、開閉弁３９を介して、ターボ分子ポンプ３７と接続されており、このターボ分子ポンプ３７は、開閉弁４８を介して補助ポンプ３８と接続されている。さらに、この補助ポンプ３８は、開閉弁４９を介してチャンバー１０を構成する本体１１とも接続されている。
　なお、上述したターボ分子ポンプ３７としては、その最大排気速度が、１秒当たり３００リットル以上のものが使用される。ターボ分子ポンプ３７を利用した場合には、大きな排気速度を得ながら、ポンプ自体を小型化することが可能となる。このため、成膜装置そのものを小型化することが可能となる。
　また、上述したドライエアの供給部８３から供給されるドライエアとしては、その露点が摂氏０度以下のものが使用される。なお、ドライエアにかえて、その露点が摂氏０度以下の不活性ガスを使用してもよい。
　また、この成膜装置は、スパッタ電極２３と当接することによりターゲット材料２２を覆う当接位置と、チャンバー１０の底部付近の退避位置との間を昇降可能なシャッター５１を備える。このシャッター５１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。シャッター５１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。
　図２に示すように、シャッター５１は、エアシリンダ５３のシリンダロッド５４により下方から支持された状態で、このエアシリンダ５３の駆動により、退避位置から当接位置に向けて上昇する。そして、このシャッター５１は、当接位置において、チャンバー１０における本体１１に対してＬ型金具１８により固定されたエアシリンダ６１におけるシリンダロッド先端のスライドピン６２（図７～図９参照）により支持される。エアシリンダ５３は、シャッター５１を下方から支持することにより、このシャッター５１を退避位置から当接位置に向けて上昇させるシャッター昇降機構として機能し、エアシリンダ６１は、当接位置においてシャッター５１を支持するシャッター支持機構として機能する。
　以下、シャッター５１の昇降動作について説明する。図３から図６は、シャッター昇降機構によるシャッター５１の昇降動作を示す側面概要図である。また、図７から図９は、シャッター支持機構によるシャッター５１の支持動作を示す部分拡大図である。
　図３は、シャッター５１が、スパッタ電極２３の下方で、チャンバー１０を構成する本体１１の底部付近の退避位置に配置された状態を示している。この状態においては、シャッター５１は、本体１１の底部に付設された支持部５２により支持されている。このときには、エアシリンダ５３のシリンダロッド５４は、エアシリンダ５３の本体内に収納された縮収状態となっている。
　シャッター５１を、図３に示す退避位置から、スパッタ電極２３と当接することによりターゲット材料２２を覆う当接位置まで移動させるときには、最初に、エアシリンダ５３のシリンダロッド５４によりシャッター５１を支持した状態でシリンダロッド５４を伸張させることにより、図４に示すように、シャッター５１をスパッタ電極２３の直下の位置まで上昇させる。この状態においては、図７に示すように、スパッタ電極２３におけるターゲット材料２２の下面とシャッター５１の正面とは、微小な距離ｄだけ離隔した状態となっている。
　なお、図７に示すように、シャッター５１の端縁には、テーパー面を備えた凹部５９が形成されている。この凹部５９は、平面視において矩形状のシャッター５１の四隅の位置に形成されている。一方、シャッター５１がエアシリンダ５３の作用により上昇したときの凹部５９と対向する位置には、上述したエアシリンダ６１が配設されている。このエアシリンダ６１は、Ｌ型金具１８によりチャンバー１０における本体１１に対して固定されており、このエアシリンダ６１におけるシリンダロッド先端のスライドピン６２は、本体１１を貫通している。そして、このスライドピン６２の先端には、シャッター５１に形成された凹部５９のテーパー面と対応する形状を有するテーパー部が形成されている。
　次に、図４および図７に示す状態から、エアシリンダ６１におけるシリンダロッド先端のスライドピン６２をシャッター５１に向けて伸張する。このときには、最初に、図８に示すように、スライドピン６２の先端部がシャッター５１に形成された凹部５９の上端部と対向する位置に配置される。そして、この状態からさらにスライドピン６２がシャッター５１側に移動することにより、スライドピン６２の先端がシャッター５１に形成された凹部５９内に侵入する。このときには、凹部５９のテーパー面と、スライドピン６２の先端のテーパー部との作用により、スライドピン６２の先端の凹部５９内への侵入動作に伴って、シャッター５１が上方に移動する。これにより、図５および図９に示すように、シャッター５１は、スパッタ電極２３と当接することによりターゲット材料２２を覆う当接位置に配置され、その位置で支持される。
　しかる後、図６に示すように、エアシリンダ５３のシリンダロッド５４を下降させ、このシリンダロッド５４をエアシリンダ５３の本体内に収納された縮収状態とする。これにより、スパッタ電極２３およびシャッター５１の下方に、ワークＷを配置可能な空間が形成される。
　次に、以上のような構成を有する成膜装置による成膜動作について説明する。この成膜装置により成膜動作を実行するときには、射出成型されたワークＷを、射出成形機より搬送し、チャンバー１０内に搬送する。このときには、開閉部１２を搬入搬出位置に移動させた上で、図１において仮想線で示すように、ワーク載置部１３に載置されたワークＷを、チャンバー１０内のスパッタ電極２３と対向する位置に配置する。このときには、図１および図２において実線で示すように、シャッター５１は、チャンバー１０の底部付近の退避位置に配置されている。
　なお、この実施形態においては、前段の射出成形機より１ショットで４個のワークＷが射出成型されて排出され、これら４個のワークＷを一括して成膜装置に搬入して、成膜処理している。これにより、成膜作業を効率的に実行することができ、また、ワークＷに対して水分等の吸着ガスが付着することを防止することができる。なお、１ショットで上記と同様のサイズのワークが２個ずつ射出成形機から排出される場合には、２台の射出成形機と１台の成膜装置を組み合わせればよい。また、１ショットで上記と同様のサイズのワークが８個ずつ射出成形機から排出される場合には、１台の射出成形機と２台の成膜装置を組み合わせればよい。すなわち、射出成形機から排出されるワークの量や大きさ、サイクルタイムに応じて、射出成形機と成膜装置の組み合わせを考慮すればよい。
　次に、開閉部１２を閉鎖位置に配置し、チャンバー１０内を０．１パスカルから１パスカル未満の中真空まで減圧する。この時には、その最大排気速度が１秒当たり３００リットル以上のターボ分子ポンプ３７を使用していることから、チャンバー１０内を２０秒程度の時間で、０．１パスカルから１パスカル未満の中真空まで減圧することができる。なお、必要に応じて、ターボ分子ポンプ３７による減圧前に、ドライポンプ等の補助ポンプ３８を使用して、１００パスカル程度まで高速で減圧を行う。
　次に、開閉弁３１を開放することにより、不活性ガスの供給部３３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０．５～３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、スパッタ電極２３に対して直流電源４１から直流電圧を付与する。これにより、スパッタリング現象でターゲット材料２２の薄膜がワークＷの表面に形成される。
　このスパッタリング工程においては、スパッタ電極２３におけるターゲット材料２２の表面積に対して、１平方センチ当たり２５ワット以上の投入電力となるように、直流電源４１からスパッタ電極２３に直流電圧が印加される。これにより、チャンバー１０内が中真空である場合であっても、樹脂製のワークＷの表面にターゲット材料２２による薄膜が好適に成膜される。例えば、樹脂製のワークＷに対してアルミによる成膜を実行する場合等において、高反射率を有し、かつ、高密着性を有する薄膜を好適に成膜することが可能となる。
　なお、以上のスパッタリング工程を実行する前に、ワークＷがチャンバー内に配置されない状態において上述したスパッタリング工程と同様のプリスパッタリング工程を実行することにより、ターゲット電極２３に付着した水分および絶縁物等を除去するようにしてもよい。
　以上の工程によりスパッタリングによる成膜が完了すれば、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、図１において実線で示すように、ワーク載置部１３に載置されたワークＷを、チャンバー１０内のＣＶＤ電極２４と対向する位置に配置する。また、図１および図２において仮想線で示すように、シャッター５１を、スパッタ電極２３と当接することによりターゲット材料２２を覆う当接位置に配置する。この状態においては、シャッター５１は、図９に示すように、エアシリンダ６１におけるスライドピン６２により支持される。また、エアシリンダ５３のシリンダロッド５４は、図６に示すように、エアシリンダ５３の本体内に収納された縮収状態となっている。
　この状態において、開閉弁３４を開放することにより、原料ガスの供給部３６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、ＣＶＤ電極２４に対してマッチングボックス４６を介して高周波電源４５から高周波電圧を付与することにより、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。
　プラズマ重合による成膜が完了すれば、チャンバー１０内をベントする。このときには、開閉弁８１を開放することにより、ドライエアの供給部８３からチャンバー１０内にドライエアを供給することにより、ドライエアによりチャンバー１０内をベントする。これにより、空気中に含まれる水分がチャンバー内に付着することを防止することができ、次の成膜処理時の真空排気時間の短縮化が可能となる。
　そして、開閉部１２を搬入搬出位置に配置した上でワーク載置部１３を移動させ、ワーク載置部１３上に載置された成膜完了後のワークＷをチャンバー２３内から搬出して１サイクルの処理を終了する。
　なお、上述した実施形態においては、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、同一チャンバー１０内で連続して実行する成膜装置にこの発明を適用した場合について説明したが、スパッタリングによる成膜のみを実行する成膜装置にこの発明を適用してもよい。
　１０　　チャンバー
　１１　　本体
　１２　　開閉部
　１３　　ワーク載置部
　１９　　接地部
　２１　　電極部
　２２　　ターゲット材料
　２３　　スパッタ電極
　３１　　開閉弁
　３２　　流量調整弁
　３３　　不活性ガスの供給部
　３４　　開閉弁
　３５　　流量調整弁
　３６　　原料ガスの供給源
　３７　　ターボ分子ポンプ
　３８　　補助ポンプ
　３９　　開閉弁
　４１　　直流電源
　４５　　高周波電源
　４６　　マッチングボックス
　４８　　開閉弁
　４９　　開閉弁
　５１　　シャッター
　８１　　開閉弁
　８２　　流量調整弁
　８３　　ドライエアの供給部
　Ｗ　　　ワーク

Claims (8)

  1. 　樹脂製のワークに対してスパッタリングによる成膜を実行する成膜装置であって、
    　ワークを収納するチャンバーと、
    　前記チャンバー内を０．１パスカル以上１．０パスカル未満の圧力に減圧する減圧手段と、
    　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、
    　ターゲット材料を備え、前記チャンバー内に配設されたスパッタ電極と、
    　前記ターゲット材料の表面積に対して、１平方センチ当たり２５ワット以上の投入電力となるように、前記スパッタ電極に直流電圧を印加する直流電源と、
    　を備えた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、
    　前記チャンバー内に露点が摂氏０度以下の気体を供給する気体供給部をさらに備える成膜装置。
  3. 　請求項１に記載の成膜装置において、
    　前記減圧手段は、最大排気速度が１秒当たり３００リットル以上のターボ分子ポンプを有する成膜装置。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれかに記載の成膜装置において、
    　前記チャンバー内に配設されたＣＶＤ電極と、
    　前記ＣＶＤ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原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
    　前記スパッタ電極と当接することにより前記ターゲット材料を覆う当接位置と、前記スパッタ電極から離隔する退避位置との間を移動可能なシャッターと、
    　をさらに備える成膜装置。
  5. 　樹脂製のワークに対してスパッタリングによる成膜を実行する成膜方法であって、
    　射出成型された樹脂製のワークを、射出成形機よりチャンバー内に搬入する搬入工程と、
    　前記チャンバー内を０．１パスカル以上１．０パスカル未満の圧力に減圧する減圧工程と、
    　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工程と、
    　ターゲット材料を備え前記チャンバー内に配設されたスパッタ電極に対し、前記ターゲット材料の表面積に対して、１平方センチ当たり２５ワット以上の投入電力となるように、前記スパッタ電極に直流電圧を印加する直流電圧印加工程と、
    　前記チャンバー内を大気圧までベントするベント工程と、
    　成膜完了後のワークを前記チャンバー内から搬出する搬出工程と、
    　を備えたことを特徴とする成膜装置。
  6. 　請求項５に記載の成膜方法において、
    　前記ベント工程においては、前記チャンバー内に露点が摂氏０度以下の気体を供給する成膜方法。
  7. 　請求項５に記載の成膜方法において、
    　前記減圧工程においては、１秒当たり３００リットル以上の排気速度で前記チャンバー内から排気を行う成膜方法。
  8. 　請求項５から請求項７のいずれかに記載の成膜方法において、
    　前記直流電圧印加工程の後で前記ベント工程の前に、
    　前記ターゲット材料をシャッターにより覆うシャッター配置工程と、
    　前記チャンバー内に原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
    　前記チャンバー内に配設されたＣＶＤ電極に高周波電圧を印加する高周波印加工程と、
    　をさらに備える成膜方法。
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