(57)【要約】【課題】  ワークに対して高品質な成膜処理を実行することが可能な成膜装置および成膜方法を提供する。【解決手段】  成膜チャンバー１０内には、スパッタリング電極２３と、ＣＶＤ電極２４と、成膜チャンバー１０内の酸素の分圧あるいは水分の分圧を測定するための分圧測定器１８とが配設されている。分圧測定器１８により測定された成膜チャンバー１０内の酸素の分圧または水分の分圧が設定値以下となった時点で、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、酸化の影響を受けずにスパッタリング現象でターゲット材料２２の反射率が良好な薄膜がワークＷの表面に形成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに対して金属薄膜をＰＶＤ成膜する成膜装置であって、
成膜チャンバーと、
前記成膜チャンバーを減圧する成膜チャンバー減圧部と、
前記成膜チャンバー内の酸素の分圧あるいは水分の分圧を測定する分圧測定部と、
前記分圧測定部によって測定された酸素の分圧あるいは水分の分圧が設定値以下となったときにＰＶＤ成膜を開始させる制御部と、
を備える、成膜装置。
【請求項２】
請求項1に記載の成膜装置において、
前記成膜チャンバー内に配設されたターゲット材料を有するスパッタ電極と、
前記成膜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をさらに備え、
前記制御部は、前記分圧測定部によって測定された酸素の分圧あるいは水分の分圧が設定値以下となったときに、前記スパッタ電極に対して電圧を印加する成膜装置。
【請求項３】
請求項２に記載の成膜装置において、
前記金属は、アルミニウム、アルミニウム合金、ＣｒあるいはＳＵＳである成膜装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の成膜装置において、
前記成膜チャンバー内に配設されたＣＶＤ電極と、
前記成膜チャンバー内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記成膜チャンバー内に酸素を供給する酸素供給部と、
を備え、
スパッタリングにより成膜を実行した後のワークに対して、プラズマＣＶＤによる成膜を実行する成膜装置。
【請求項５】
請求項４に記載の成膜装置を使用した成膜方法において、
前記成膜チャンバー内にワークを搬入するワーク搬入工程と、
前記成膜チャンバー内を減圧する減圧工程と、
前記成膜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、
前記成膜チャンバー内の酸素の分圧あるいは水分の分圧が設定値以下となったときに、前記スパッタ電極に対して電圧を印加するスパッタリング成膜工程と、
前記チャンバー内に原料ガスと酸素とを供給する原料ガス、酸素供給工程と、
前記ＣＶＤ電極に対して電圧を印加するＣＶＤ成膜工程と、
前記成膜チャンバー内からワークを搬出するワーク搬出工程と、
を含む、成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ワークに対して金属薄膜を、スパッタリング成膜等のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：物理気相成長）成膜により成膜する成膜装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、アルミニウム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。
【０００３】
また、スパッタリングによる成膜後には、金属膜の酸化防止や表面の傷付き等の保護のため、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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−５８０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような樹脂製のワークに対する成膜時には、射出成型機より一定の間隔で送り出されるワークを、射出成型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、成膜開始前のチャンバー内の圧力を１０−３Ｐａ（パスカル）程度の高真空圧まで減圧を行わないと、スパッタリング後のワークの表面の反射率が低下したり、黄変と呼ばれる現象が発生したりするという問題が発生することが知られている。このため、減圧に長い時間を要するという問題があった。このような問題は、主として、チャンバー内の酸素または水分の影響によるものである。
【０００７】
図３は、チャンバー内の圧力を０．９Ｐａ程度の低真空としてスパッタリングによる成膜を実行したときのアルゴン（Ａｒ）の分圧と水分（Ｈ２  Ｏ）を示すグラフであり、図４は、それにより成膜されたアルミニウム薄膜の分光反射率を示すグラフである。また、図５は、チャンバー内の圧力を１０−３Ｐａ程度の高真空としてスパッタリングによる成膜を実行したときのアルゴン（Ａｒ）の分圧と水分（Ｈ２  Ｏ）を示すグラフであり、図６は、それにより成膜されたアルミニウム薄膜の分光反射率を示すグラフである。ここで、図３および図５の横軸は時間を示し、縦軸はチャンバー内の圧力に比例する分圧（Ｐａ）を示している。また、図４および図６の横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は反射率（％）を示している。さらに、図３および図５における符号Ｔは、スパッタリングによる成膜を実際に実行した時間を示している。
【０００８】
図３に示すように、チャンバー内の圧力を０．９Ｐａ程度の低真空としてスパッタリングによる成膜を実行した場合と、図５に示すように、チャンバー内の圧力を１０−３Ｐａ程度の高真空とした場合では、アルゴンの分圧に大きな差異はないが、水分の分圧は、高真空時においては低真空時の十分の一程度となっている。これは、減圧の程度により水分の分圧が大きく変化することを示している。
【０００９】
ここで、０．９Ｐａ程度の低真空下でスパッタリングによる成膜を行った場合には、図４に示すように、特に、アルミニウム薄膜に対する短波長側での反射率が低くなる。これにより、アルミニウム薄膜の表面が黄色がかって見える黄変という現象が発生する。一方、１０−３Ｐａ程度の高真空下でスパッタリングによる成膜を行った場合には、アルミニウム薄膜に対して高い反射率を維持することが可能となる。このため、スパッタリングによる成膜時に高い反射率を得るためには、チャンバー内の水分の分圧を小さくする必要があることが理解できる。スパッタリングによる成膜時に酸化作用を有する酸素の分圧についても、同様の考え方をとることができる。
【００１０】
従って、この発明はこのような知見のもとでなされたものであり、ワークに対して高品質な成膜処理を実行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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、ワークに対して金属薄膜をＰＶＤ成膜する成膜装置であって、成膜チャンバーと、前記成膜チャンバーを減圧する成膜チャンバー減圧部と、前記成膜チャンバー内の酸素の分圧あるいは水分の分圧を測定する分圧測定部と、前記分圧測定部によって測定された酸素の分圧あるいは水分の分圧が設定値以下となったときにＰＶＤ成膜を開始させる制御部と、を備える。
【００１２】
第２の発明は、前記成膜チャンバー内に配設されたターゲット材料を有するスパッタ電極と、前記成膜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をさらに備え、前記制御部は、前記分圧測定部によって測定された酸素の分圧あるいは水分の分圧が設定値以下となったときに、前記スパッタ電極に対して電圧を印加する。
【００１３】
第３の発明は、前記金属は、アルミニウム、アルミニウム合金、ＣｒあるいはＳＵＳである。
【００１４】
第４の発明は、前記成膜チャンバー内に配設されたＣＶＤ電極と、前記成膜チャンバー内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記成膜チャンバー内に酸素を供給する酸素供給部と、を備え、スパッタリングにより成膜を実行した後のワークに対して、プラズマＣＶＤによる成膜を実行する。
【００１５】
第５の発明は、前記成膜チャンバー内にワークを搬入するワーク搬入工程と、前記成膜チャンバー内を減圧する減圧工程と、前記成膜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、前記成膜チャンバー内の酸素の分圧あるいは水分の分圧が設定値以下となったときに、前記スパッタ電極に対して電圧を印加するスパッタリング成膜工程と、前記チャンバー内に原料ガスと酸素とを供給する原料ガス、酸素供給工程と、前記ＣＶＤ電極に対して電圧を印加するＣＶＤ成膜工程と、前記成膜チャンバー内からワークを搬出するワーク搬出工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、分圧測定部による酸素の分圧あるいは水分の分圧が設定値以下となったときにＰＶＤ成膜を開始させることから、反射率が高い金属薄膜を成膜することが可能となる。
【００１７】
第２の発明によれば、必要最小限の真空度にてスパッタリングにより成膜を行うことから、真空引きに要する時間が短く，スパッタリングを早く開始することができ、高速成膜が可能となり、短いタクトタイムで高品質・高反射率の金属薄膜を成膜することが可能となる。  
【００１８】
第３の発明によれば、酸化されやすいアルミニウム、アルミニウム合金、ＣｒあるいはＳＵＳの薄膜を成膜する場合においても好適に成膜を実行することができ、高品質、高反射率の金属薄膜を成膜することが可能となる。
【００１９】
第４の発明および第５の発明によれば、成膜チャンバー内の酸素の分圧を制御して、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、同一チャンバー内で連続して実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明に係る成膜装置の正面概要図である。
【図２】この発明に係る成膜装置の制御系を示すブロック図である。
【図３】チャンバー内の圧力を０．９Ｐａ程度の低真空としてスパッタリングによる成膜を実行したときのアルゴン（Ａｒ）の分圧と水分（Ｈ２  Ｏ）を示すグラフである。
【図４】アルミニウム薄膜の分光反射率を示すグラフである。
【図５】チャンバー内の圧力を１０−３Ｐａ程度の高真空としてスパッタリングによる成膜を実行したときのアルゴン（Ａｒ）の分圧と水分（Ｈ２  Ｏ）を示すグラフである。
【図６】アルミニウム薄膜の分光反射率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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る。
【００２２】
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り、本体１１と開閉部１２とから構成される成膜チャンバー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成膜チャンバー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、成膜チャンバー１０の側面に、ワークＷを成膜チャンバー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。
【００２３】
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、成膜チャンバー１０における本体１１に装着されている。なお、成膜チャンバー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。
【００２４】
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。ターゲット材料２２は、アルミニウム、アルミニウム合金、ＣｒあるいはＳＵＳが採用され得る。
【００２５】
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、成膜チャンバー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。
【００２６】
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。
【００２７】
成膜チャンバー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、成膜チャンバー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、成膜チャンバー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、酸素の供給部８３と接続されている。さらに、成膜チャンバー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を介して成膜チャンバー１０を構成する本体１１とも接続されている。
【００２８】
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、補助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。
【００２９】
また、この成膜装置は、図１において仮想線で示すように、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、図１において実線で示すように、成膜チャンバー１０の底部付近において支持部５２により支持される退避位置との間を、エアシリンダ５３の駆動で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、アルミニウムを採用することができる。
【００３０】
さらに、この成膜装置は、分圧測定器１８を備える。この分圧測定器１８は、成膜チャンバー１０内の酸素の分圧あるいは水分の分圧を測定するものであり、この分圧測定器１８としては、Ｑ−ｍａｓｓ分析器（四重極型質量分析計）や、赤外線吸収検知器等を使用することができる。
【００３１】
図２は、この発明に係る成膜装置の制御系を示すブロック図である。
【００３２】
この成膜装置は、論理演算を実行するＣＰＵ、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭ、制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭ等を備え、装置全体を制御する制御部７０を備える。この制御部７０は、成膜チャンバー１０に配設された分圧測定器１８と接続されている。また、制御部７０は、図１に示すワーク載置部１３を移動させる搬送機構を駆動制御する搬送機構駆動部７１と、開閉弁３１、３４、３９、４８、４９、８１等を開閉制御する開閉弁駆動部７２と、開閉部１２を開閉制御する開閉部駆動部７３と、スパッタ電極２３およびＣＶＤ電極２４を駆動制御する電極駆動部７４とも接続されている。
【００３３】
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、成膜チャンバー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、成膜チャンバー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において実線で示すように、シャッター５１は、成膜チャンバー１０の底部付近の退避位置に配置されている。
【００３４】
次に、開閉部１２を閉鎖位置に配置し、成膜チャンバー１０内を０．１パスカルから１パスカル未満の低真空まで減圧する。ターボ分子ポンプ３７による減圧前に、ロータリー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。その後、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、成膜チャンバー１０内を２０秒程度の時間で、０．１パスカルから１パスカル未満の低真空まで減圧することができる。
【００３５】
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から成膜チャンバー１０内にアルゴン等の不活性ガスを供給し、成膜チャンバー１０内の真空度が０．５〜３パスカルとなるように、成膜チャンバー１０内を不活性ガスで充満させる。
【００３６】
また、このときには、分圧測定器１８により、成膜チャンバー１０内の酸素または水分の分圧を測定する。
【００３７】
成膜チャンバー１０の減圧と、成膜チャンバー１０内への不活性ガスの供給とを継続することにより、分圧測定器１８により測定された成膜チャンバー１０内の酸素の分圧または水分の分圧が設定値以下となれば、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。
【００３８】
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、成膜チャンバー１０内が低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。
【００３９】
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、成膜チャンバー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、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。
【００４０】
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から成膜チャンバー１０内に原料ガスを供給し、成膜チャンバー１０内の真空度を０．１〜１０パスカルとする。また、これと同時に、開閉弁８１を開放することにより、酸素の供給部８３から成膜チャンバー１０内に酸素を供給する。
【００４１】
上述したように、スパッタリングにより成膜を行う場合においては、成膜チャンバー１０内の酸素の分圧または水分の分圧を設定値以下とすることにより、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。一方、プラズマＣＶＤによりシリコン酸化物系保護膜であるＳｉＯＸ  を成膜するときには、機械的強度と化学的耐性の兼ね合いで成膜チャンバー１０内に適度の酸素が存在することが好ましい。
【００４２】
このような理由から、この成膜装置においては、プラズマＣＶＤによりシリコン酸化物系保護膜であるＳｉＯＸ  を成膜するときに、適切な酸素濃度になるように成膜チャンバー１０内への酸素供給を制御する。なお、酸素の供給量は、流量調整弁８２により制御される。
【００４３】
成膜チャンバー１０内に適量の酸素が供給されれば、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。
【００４４】
プラズマ重合による成膜が完了すれば、成膜チャンバー１０内をベントする。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を成膜チャンバー１０内から搬出して１サイクルの処理を終了する。
【００４５】
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、同一成膜チャンバー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。
【符号の説明】
【００４６】
１０    成膜チャンバー
１１    本体
１２    開閉部
１３    ワーク載置部
１８    分圧測定器
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
７０    制御部
７１    搬送機構駆動部
７２    開閉弁駆動部
７３    開閉部駆動部
７４    電極駆動部
８１    開閉弁
８２    流量調整弁
８３    酸素の供給部
Ｗ      ワーク
【図１】
2015113513.tif 000003
【図２】
2015113513.tif 000004
【図３】
2015113513.tif 000005
【図４】
2015113513.tif 000006
【図５】
2015113513.tif 000007
【図６】
2015113513.tif 000008