(57)【要約】【課題】従来の成膜装置は、被成膜処理基材が立体的な場合、均一な膜厚を実現するため、成膜処理室内に被成膜処理基材の自公転機構を有する回転テーブルを用いていることにより、装置が大型化し、高コストの装置になる。【解決手段】減圧可能な成膜処理室１と、成膜処理室内に被成膜処理基材２を配置する試料台３と、成膜用元素を含むターゲット５と、ガス供給手段４と、減圧する排気手段１１を用い、被成膜処理基材２とターゲット５との間にスパッタ用ガスによるプラズマを発生させるべく、前記ターゲットに電圧を印加する電力供給手段６ａとを備えるスパッタ装置にて、被成膜処理基材２の外周面に対向するようにターゲット５を配置することにより、均一性の高い薄膜が形成可能となる。また、回転機構を用いないため装置の小型化が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧可能な成膜処理室と、前記成膜処理室内に被成膜処理基材を配置する接地電位に接続された試料台と、成膜用元素を含む材料で構成されたターゲットと、前記成膜処理室にスパッタ用ガスを供給するガス供給手段と、前記成膜処理室の減圧する排気手段と、前記試料台に配置された被成膜処理基材とターゲットとの間にスパッタ用ガスによるプラズマを発生させるべく、前記ターゲットに電圧を印加する手段とを備えるスパッタ装置において、前記被成膜処理基材の外周面に対向するように前記ターゲットを配置することを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】
請求項１記載のスパッタ装置において、前記試料台に配置された前記被成膜処理基材の全周囲に対向するように、前記ターゲットを配置することを特徴とするスパッタ装置。
【請求項３】
請求項１乃至２記載のスパッタ装置において、前記試料台に配置された被成膜処理基材の外周面に対向するように配置する前記ターゲットは、前記被成膜処理基材の中心軸を軸とした同軸円筒面に内接する位置に配置する複数枚の板状ターゲットであることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項４】
請求項１乃至２記載のスパッタ装置において、前記試料台に配置された被成膜処理基材の外周面に対向するように配置する前記ターゲットは、前記被成膜処理基材の中心軸を軸とした同軸円筒形状であることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項５】
請求項１乃至４記載のスパッタ装置において、前記ターゲットの高さは、前記被成膜処理基材の膜厚分布が９５％以上となる、被成膜処理基材と同等以上の高さであることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項６】
請求項１乃至５記載のスパッタ装置において、前記試料台に配置された被成膜処理基材とターゲットの距離は、前記被成膜処理基材の膜厚分布が９５％以上になる２から１００ｍｍの距離を有することを特徴とするスパッタ装置。
【請求項７】
請求項１乃至６記載のスパッタ装置において、前記ターゲットの後方に極性の異なる２種類の磁石を配置することを特徴とするスパッタ装置。
【請求項８】
請求項７記載のスパッタ装置において、前記ターゲットの後方に極性の異なる２種類の磁石の設置距離は、前記被成膜処理基材の膜厚分布が９５％以上になる距離を有することを特徴とするスパッタ装置。
【請求項９】
請求項１乃至８記載のいずれかのスパッタ装置において、前記被成膜処理基材とターゲットの間に、前記被成膜処理基材の中心軸を中心とした放射上に複数枚の板状の遮蔽板を有することを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９記載のいずれかのスパッタ装置において、前記ターゲットの後方にターゲットの冷却を行う手段を有することを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０記載のいずれかのスパッタ装置において、前記試料台に配置された被成膜処理基材は円筒形状及び柱状形状であることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１記載のいずれかのスパッタ装置において、前記試料台に配置された被成膜処理基材とターゲットとの間に、前記ターゲットから蒸発された成膜粒子を遮断する、接地電位に接続されたシャッターを有することを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１３】
請求項１２記載のスパッタ装置において、前記試料台に配置された被成膜処理基材とターゲットとの間に、上下運動が可能な、前記被成膜処理基材の中心軸を同軸とした、接地電位に接続された円筒形状のシャッターを有することを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１４】
請求項１２記載のスパッタ装置において、前記試料台に配置された被成膜処理基材とターゲットとの間に接地電位に接続された固定翼と回転翼を持ちシャッターが開口時には、回転翼が固定翼と同じ位置にあり、シャッターが閉口時には、回転翼が回転し、固定翼と回転翼が互い違いになる前記被成膜処理基材の中心軸を同軸としたシャッターを有することを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４記載のスパッタ装置において、前記ターゲットと前記シャッターの距離は、ターゲットとシャッターの間を通過する酸素原子に対して、シャッターに付着するターゲット材の原子の数が多くなる場合の２つの距離より短く、ターゲットとシャッターの間でスパッタ用ガスによるプラズマを発生する放電可能な極力短い距離を有すことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１６】
請求項１２乃至１５記載のいずれかのスパッタ装置において、
前記試料台の接地電位と前記電圧印加手段とを切り替える手段と、ターゲットの前記電圧印加手段と接地電位とを切り替える手段と、前記成膜処理室に原料ガスを供給するガス供給手段と、それらを有するプラズマＣＶＤ機能を備えたことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６記載のいずれかのスパッタ装置により成膜処理された部材。
【請求項１８】
請求項１７記載の部材を用いた製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、減圧された真空状態の成膜処理室において被成膜処理基材の表面に対して成膜処理を施すための成膜処理装置に関する技術分野に属する。例えば、機械部品、軸受、刃物、工具、光学部品、磁気記録装置、磁気記録媒体、光学記録装置、光学記録媒体、半導体、光学部品、光触媒製品など用いられる部品表面の成膜処理に関する技術分野である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の成膜装置は、様々な分野において被成膜処理基材に成膜処理を行う成膜処理装置が利用されている。たとえば、動圧軸受に用いられるシャフトなどに中間層を介して、硬質炭素膜を形成する場合、スパッタ粒子の飛来方向とターゲット表面を垂直に保持し、膜圧が均一になるように回転を与えながら、中間層及び、硬質炭素膜をスパッタにより成膜を行っている。（例えば特許文献１参照）。
また、中空状の被成膜処理部材に対して、外周を薄膜形成する場合においては、成膜処理室内にターゲットを配置し、均一な膜厚を実現するため、成膜処理室内に被成膜処理基材の自公転機構を有する回転テーブルを用いて上記と同様に成膜を行っていた。（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１３２２２４号公報（第４項）
【特許文献２】
特開平１１−１３１２４１号公報（第２項、第５−８項）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被成膜処理基材が立体的な外形を有する場合においては、外周面に均一な膜厚を実現するため、成膜処理室内に被成膜処理基材の自公転機構を有する回転テーブルを用いて成膜を行っているが、回転機構を用いることにより、装置が大型化し、その結果、高コストの成膜装置になる。
【０００５】
そこで本発明は、被成膜処理基材が立体的な外形を有するものでも、外周面に安定して均一な膜厚を生産性良く成膜処理できるスパッタ装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明は、減圧可能な成膜処理室と、前記成膜処理室内に被成膜処理基材を配置する接地電位に接続された試料台と、成膜用元素を含む材料で構成されたターゲットと、前記成膜処理室にスパッタ用ガスを供給するガス供給手段と、前記成膜処理室の減圧する排気手段と、前記試料台に配置された被成膜処理基材とターゲットとの間にスパッタ用ガスによるプラズマを発生させるべく、前記ターゲットに電圧を印加する手段とを備えるスパッタ装置において、前記被成膜処理基材の外周面に対向するように前記ターゲットを配置することを特徴とするスパッタ装置を提供する。これにより、被成膜処理基材の外周面に安定して均一な膜厚を生産性良く成膜処理でき、回転機構を用いない、低コストのスパッタ装置を提供することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、減圧可能な成膜処理室と、前記成膜処理室内に被成膜処理基材を配置する接地電位に接続された試料台と、成膜用元素を含む材料で構成されたターゲットと、前記成膜処理室にスパッタ用ガスを供給するガス供給手段と、前記成膜処理室の減圧する排気手段と、前記試料台に配置された被成膜処理基材とターゲットとの間にスパッタ用ガスによるプラズマを発生させるべく、前記ターゲットに電圧を印加する手段とを備えるスパッタ装置において、
前記被成膜処理基材の外周面に対向するように前記ターゲットを配置することを特徴としたものである。
【０００８】
これにより、被成膜処理基材と成膜処理基材の外周面に対向するように配置するターゲットとの間に、スパッタ用ガスを充満させ、ターゲットに電圧を印加して、スパッタ用ガスをプラズマ化させ、ターゲットをスパッタし、被成膜処理基材上にターゲット材を安定して薄膜の形成が可能である。また、回転機構を用いないため、低コストのスパッタ装置が可能である。
【０００９】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載のスパッタ装置において、前記試料台に配置された前記被成膜処理基材の全周囲に対向するように、前記ターゲットを配置することを特徴としたものである。
【００１０】
これにより、被成膜処理基材と成膜処理基材の外周面に対向するように配置するターゲットとの間に、スパッタ用ガスを充満させ、ターゲットに電圧を印加して、スパッタ用ガスをプラズマ化させ、被成膜処理基材の全周囲に対向するよう配置されたターゲットをスパッタし、被成膜処理基材の回転機構がなくても、被成膜処理基材上にターゲット材を安定して均一な薄膜の形成が可能である。また、回転機構を用いないため、低コストのスパッタ装置が可能である。
【００１１】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項１乃至２記載のスパッタ装置において、前記試料台に配置された被成膜処理基材の外周面に対向するように配置する前記ターゲットは、前記被成膜処理基材の中心軸を軸とした同軸円筒面に内接する位置に配置する複数枚の板状ターゲットであることを特徴としたものである。
【００１２】
これにより、被成膜処理基材と成膜処理基材の外周面に対向するように配置するターゲットとの間に、スパッタ用ガスを充満させ、ターゲットに電圧を印加して、スパッタ用ガスをプラズマ化させ、被成膜処理基材の全周囲に対向するよう配置された複数枚の板状ターゲットをスパッタし、被成膜処理基材の回転機構がなくても、被成膜処理基材上にターゲット材を安定して均一な薄膜の形成が可能である。また、回転機構を用いないため、低コストのスパッタ装置が可能である。
【００１３】
本発明の請求項４記載の発明は、請求項１乃至２記載のスパッタ装置において、前記試料台に配置された被成膜処理基材の外周面に対向するように配置する前記ターゲットは、前記被成膜処理基材の中心軸を軸とした同軸円筒形状であることを特徴としたものである。
【００１４】
これにより、被成膜処理基材と成膜処理基材の外周面に対向するように配置するターゲットとの間に、スパッタ用ガスを充満させ、ターゲットに電圧を印加して、スパッタ用ガスをプラズマ化させ、被成膜処理基材の全周囲に対向するよう配置された円筒形状ターゲットをスパッタし、被成膜処理基材の回転機構がなくても、ターゲットと被成膜処理基材との距離がどの点を取っても等しいため、被成膜処理基材上にターゲット材を安定して均一な薄膜の形成が可能である。また、回転機構を用いないため、低コストのスパッタ装置が可能である。
【００１５】
本発明の請求項５記載の発明は、請求項１乃至４記載のスパッタ装置において、前記ターゲットの高さは、前記被成膜処理基材の膜厚分布が９５％以上となる、被成膜処理基材と同等以上の高さであることを特徴としたものである。
【００１６】
これにより、被成膜処理基材と成膜処理基材の外周面に対向するように配置するターゲットとの間に、スパッタ用ガスを充満させ、ターゲットに電圧を印加して、スパッタ用ガスをプラズマ化させ、ターゲットをスパッタし、被成膜処理基材上にターゲット材を安定して薄膜の形成が可能である。また、ターゲットの高さを規定したため、被成膜処理基材に膜厚分布が９５％以上の薄膜を形成できる。
【００１７】
本発明の請求項６記載の発明は、請求項１乃至５記載のスパッタ装置において、前記試料台に配置された被成膜処理基材とターゲットの距離は、前記被成膜処理基材の膜厚分布が９５％以上になる２から１００ｍｍの距離を有することを特徴としたものである。
【００１８】
これにより、被成膜処理基材と成膜処理基材の外周面に対向するように配置するターゲットとの間に、スパッタ用ガスを充満させ、ターゲットに電圧を印加して、スパッタ用ガスをプラズマ化させ、ターゲットをスパッタし、被成膜処理基材上にターゲット材を安定して薄膜の形成が可能である。また、被成膜処理基材とターゲットとの距離を規定したため、被成膜処理基材に膜厚分布が９５％以上の薄膜を形成できる。
【００１９】
本発明の請求項７記載の発明は、請求項１乃至６記載のスパッタ装置において、前記ターゲットの後方に極性の異なる２種類の磁石を配置することを特徴としたものである。
【００２０】
これにより、被成膜処理基材と成膜処理基材の外周面に対向するように配置するターゲットとの間に、スパッタ用ガスを充満させ、ターゲットに電圧を印加して、スパッタ用ガスをプラズマ化させ、ターゲットをスパッタし、被成膜処理基材上にターゲット材を安定して薄膜の形成が可能である。また、ターゲットの後方に極性の異なる２種類の磁石を配置することにより、ターゲット表面近傍の電子をトラップし、プラズマ密度を上げ、膜圧レートの早い、低コストの成膜装置が可能となる。
【００２１】
本発明の請求項８記載の発明は、請求項７記載のスパッタ装置において、前記ターゲットの後方に極性の異なる２種類の磁石の設置距離は、前記被成膜処理基材の膜厚分布が９５％以上になる距離を有することを特徴としたものである。
【００２２】
これにより、被成膜処理基材と成膜処理基材の外周面に対向するように配置するターゲットとの間に、スパッタ用ガスを充満させ、ターゲットに電圧を印加して、スパッタ用ガスをプラズマ化させ、ターゲットをスパッタし、被成膜処理基材上にターゲット材を安定して薄膜の形成が可能である。また、ターゲットの後方に極性の異なる２種類の磁石を配置することにより、ターゲット表面近傍の電子をトラップし、プラズマ密度を上げ、膜圧レートの早い、低コストの成膜装置が可能となる。また、極性が異なる２種類の磁石の設置距離を規定したため、被成膜処理基材に膜厚分布が９５％以上の薄膜を形成できる。
【００２３】
本発明の請求項９記載の発明は、請求項１乃至８記載のいずれかのスパッタ装置において、前記被成膜処理基材とターゲットの間に、前記被成膜処理基材の中心軸を中心とした放射上に複数枚の板状の遮蔽板を有することを特徴としたものである。
【００２４】
これにより、被成膜処理基材と成膜処理基材の外周面に対向するように配置するターゲットとの間に、スパッタ用ガスを充満させ、ターゲットに電圧を印加して、スパッタ用ガスをプラズマ化させ、ターゲットをスパッタし、被成膜処理基材上にターゲット材を安定して薄膜の形成が可能である。また、ターゲットから出たスパッタ粒子が、ターゲットに戻ってくる再付着率を低下させ、ターゲットがきれいな状態に保つ作用を有する。
【００２５】
本発明の請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９記載のいずれかのスパッタ装置において、前記ターゲットの後方にターゲットの冷却を行う手段を有することを特徴としたものである。
【００２６】
これにより、被成膜処理基材と成膜処理基材の外周面に対向するように配置するターゲットとの間に、スパッタ用ガスを充満させ、ターゲットに電圧を印加して、スパッタ用ガスをプラズマ化させ、ターゲットをスパッタし、被成膜処理基材上にターゲット材を安定して薄膜の形成が可能である。また、スパッタを行うと、ターゲットは高温になり、結晶構造の変化や高温のまま大気開放を行うと酸化の原因となるため、特にターゲットの後方に、磁石を配置した場合、ターゲットの後方を冷却することにより、ターゲットが高温になることを防ぐ。
【００２７】
本発明の請求項１１記載の発明は、請求項１乃至１０記載のいずれかのスパッタ装置において、前記試料台に配置された被成膜処理基材は円筒形状及び柱状形状であることを特徴としたものである。
【００２８】
これにより、被成膜処理基材と成膜処理基材の外周面に対向するように配置するターゲットとの間に、スパッタ用ガスを充満させ、ターゲットに電圧を印加して、スパッタ用ガスをプラズマ化させ、ターゲットをスパッタし、被成膜処理基材上にターゲット材を安定して薄膜の形成が可能である。また、被成膜処理基材が、円筒形状及び柱状形状で有れば、ターゲットと被成膜処理基材との距離がどの点を取っても等しくなるため、均一性の高い薄膜が形成可能となる。
【００２９】
本発明の請求項１２記載の発明は、請求項１乃至１１記載のいずれかのスパッタ装置において、前記試料台に配置された被成膜処理基材とターゲットとの間に、前記ターゲットから蒸発された成膜粒子を遮断する、接地電位に接続されたシャッターを有することを特徴としたものである。
【００３０】
これにより、被成膜処理基材にスパッタ成膜する前に、成膜処理室内をスパッタ用ガスで充満させ、ターゲットに電圧を印加することにより、スパッタ用ガスをプラズマ化させ、ターゲットをスパッタし、シャッター上にスパッタ粒子を付着させることで、ターゲットに付着した付着物や酸化膜等の汚染物を除去しターゲットのクリーニングが可能である。また、ターゲットのクリーニングを行った際、汚染されたスパッタ粒子をシャッター上に付着させることで、被成膜処理基材に付着させない作用を有する。
【００３１】
本発明の請求項１３記載の発明は、請求項１２記載のスパッタ装置において、前記試料台に配置された被成膜処理基材とターゲットとの間に、上下運動が可能な、前記被成膜処理基材の中心軸を同軸とした、接地電位に接続された円筒形状のシャッターを有することを特徴としたものである。
【００３２】
これにより、被成膜処理基材にスパッタ成膜する前に、成膜処理室内をスパッタ用ガスで充満させ、ターゲットに電圧を印加することにより、スパッタ用ガスをプラズマ化させ、ターゲットをスパッタし、円筒形状シャッター上にスパッタ粒子を付着させることで、ターゲットに付着した付着物や酸化膜等の汚染物を除去しターゲットのクリーニングが可能である。
【００３３】
本発明の請求項１４記載の発明は、請求項１２記載のスパッタ装置において、前記試料台に配置された被成膜処理基材とターゲットとの間に接地電位に接続された固定翼と回転翼を持ちシャッターが開口時には、回転翼が固定翼と同じ位置にあり、シャッターが閉口時には、回転翼が回転し、固定翼と回転翼が互い違いになる前記被成膜処理基材の中心軸を同軸としたシャッターを有することを特徴としたものである。
【００３４】
これにより、被成膜処理基材にスパッタ成膜する前に、成膜処理室内をスパッタ用ガスで充満させ、ターゲットに電圧を印加することにより、スパッタ用ガスをプラズマ化させ、ターゲットをスパッタし、ハニカム構造シャッター上にスパッタ粒子を付着させることで、ターゲットに付着した付着物や酸化膜等の汚染物を除去しターゲットのクリーニングが可能である。また、ハニカム構造シャッターの可動範囲が回転方向のみなので、成膜処理室の排気容積が小さすることができる。そのため、排気時間が短くなるという作用を有する。
【００３５】
本発明の請求項１５記載の発明は、請求項１２乃至１４記載のスパッタ装置において、前記ターゲットと前記シャッターの距離は、ターゲットとシャッターの間を通過する酸素原子に対して、シャッターに付着するターゲット材の原子の数が多くなる場合の２つの距離より短く、ターゲットとシャッターの間でスパッタ用ガスによるプラズマを発生する放電可能な極力短い距離を有すことを特徴としたものである。
【００３６】
これにより、被成膜処理基材にスパッタ成膜する前に、成膜処理室内をスパッタ用ガスで充満させ、ターゲットに電圧を印加することにより、スパッタ用ガスをプラズマ化させ、ターゲットをスパッタし、シャッター上にスパッタ粒子を付着させることで、ターゲットに付着した付着物や酸化膜等の汚染物を除去しターゲットのクリーニングが可能である。また、ターゲットとシャッターとの距離を規定したため、ターゲットの酸化がしにくくなり、ターゲットからスパッタされた、スパッタ粒子がターゲットに再付着する再付着率が低下する。
【００３７】
本発明の請求項１６記載の発明は、請求項１２乃至１５記載のいずれかのスパッタ装置において、前記試料台の接地電位と前記電圧印加手段とを切り替える手段と、ターゲットの前記電圧印加手段と接地電位とを切り替える手段と、前記成膜処理室に原料ガスを供給するガス供給手段と、それらを有するプラズマＣＶＤ機能を備えたことを特徴としたものである。
【００３８】
これにより、成膜処理室内に原料ガスを充満させ、試料台に電圧を印加して、ターゲットを接地電位に接続することによって、原料ガスをプラズマ化させ、被成膜処理基材上に薄膜が形成される。さらに、シャッターを用いることで、スパッタ工程とプラズマＣＶＤ工程とが連動的に動作させることができる。尚、スパッタ工程とプラズマＣＶＤ工程を同時に動作することも可能である。
【００３９】
また、成膜処理室内に不活性ガスを充満させ、試料台に電圧を印加して、ターゲットを接地電位に接続することによって、被成膜処理基材に付着している、付着物及び、酸化膜を除去し被成膜処理基材のクリーニングも可能である。尚、被成膜処理基材とターゲットの洗浄はシャッターを閉じて、同時に動作することも可能である。
【００４０】
本発明の請求項１７記載の発明は、請求項１乃至１６記載のいずれかのスパッタ装置により成膜処理された部材であることを特徴としたものである。
【００４１】
これにより、膜厚の均一性の高い部材を用いることにより、高精度で信頼性の高い製品が可能となる。
【００４２】
本発明の請求項１８記載の発明は、請求項１７記載の部材を用いた製品であることを特徴としたものである。
【００４３】
これにより、膜厚の均一性の高い部材を用いることにより、高精度で信頼性の高い製品が可能となる。
【００４４】
（実施の形態１）
以下に、本発明の請求項１乃至、請求項１１に記載された発明の実施の形態について、図１乃至図３を用いて説明する。
図１は、被成膜処理基材２の形状が円筒形状である基材の円筒の外周面に成膜処理を行うのに好適なスパッタ装置の一例であるが、被成膜処理基材２の形状は立体形状なら成膜は可能である。代表的には円筒形状などの筒状形状、柱状のものであれば良い。材質としては、導電性部材なら成膜可能である。
【００４５】
成膜処理室１の概略形状は円筒形状の真空容器を基本とした構造が好適であるが、他の形状でも問題はない。また、成膜処理室１の容積および内面積は、真空引き時間を大きく支配する要素となり、可能な限り容積および内面積は小さくし、排気抵抗が小さいことが望ましい。被成膜処理基材２は、円筒形状である成膜処理室の中心軸線上に配置されるのが望ましい。これを支持できるように試料台３が備えられている。基材支持台３は、接地電位となっており、被成膜処理基材２を支持した状態で接地電位と適切に接続される構造となっている。被成膜処理基材２の中心軸を中心として同心円上に、少なくとも一種類以上の金属原子を含む、ターゲット５が配置されている。また、ターゲットの形状は、被成膜処理基材２の中心軸を中心とした円筒形状及び、複数の板状ターゲットからなる多角形の被成膜処理基材２の全周を取り囲むものが望ましい。また、磁石１０を設置してない場合、ターゲット５の高さ寸法は、被成膜処理基材２に成膜される膜厚分布が９５％以上となる高さを備えていれば良く、願わくは、被成膜処理基材２の高さより、同等以上の高さのターゲット５であることが望ましい。例えば、被成膜処理基材２の高さを２０ｍｍとし、被成膜処理基材２とターゲット５の距離を２５ｍｍとした場合、ターゲットの高さを１０、２０、３０ｍｍと変更したとき、ターゲット５の一点から放出したスパッタ粒子が、被成膜処理基材２に到着した点との角度をθとし場合、ＣＯＳθの分布を取ると、被成膜処理基材２の膜厚分布は端部付近で９３％、９６％、９８％となる。
【００４６】
また、被成膜処理基材２とターゲット５の距離に付いては、被成膜処理基材２の膜厚分布が９５％以上になる距離に配置すれば良く、好ましくは、２〜１００ｍｍの距離に配置できるターゲットであることが望ましい。例えば、被成膜処理基材２の高さを２０ｍｍとし、ターゲットの高さを２０ｍｍとした場合、被成膜処理基材２とターゲット５の距離を１０、２０、３０ｍｍと変更したとき、被成膜処理基材２の膜厚分布は端部付近で９３％、９５％、９７％となる。
【００４７】
ターゲット５は、電力を供給できるように導入端子７ａを介して、電力供給手段６ａに接続される。ターゲット５への電力供給手段６ａとしては、直流電源、高周波電源、パルス電源等が上げられる。
【００４８】
ターゲット５の後方に磁界形成手段である極性の異なる２種類の磁石１０が備えられている。なお、磁石１０の変わりに電磁石などを用いても良い。なお、磁界を形成する手段であれば同様の効果が得られる。磁界形成手段は、ターゲット５の後方、またはバッキングプレート（図示せず）に取付けることも可能である。ターゲット表面上にトンネル状の磁界を形成することによりターゲット５表面近傍の電子をトラップし、プラズマ密度を上げることができ、スパッタレートを高くし、成膜速度を速くする事が可能となる。磁石１０の磁束密度は、ターゲット５の表面で電子をトラップできれば良く、願わくは、ターゲット表面の磁束密度が２００〜２０００ガウス程度であれば良い。また、磁石を設置した場合、ターゲット５の高さ寸法及び、被成膜処理基材２とターゲット５の距離に付いては、磁石を設置してない場合と同様だが、磁石１０の接地位置による膜厚分布が加わることとなる。極性が異なる２種類の磁石の設置距離は、被成膜処理基材２の膜厚分布が９５％以上になる距離に配置すれば良い。
【００４９】
４はスパッタ用ガスを成膜処理室１内に供給するためのガス導入口である。被成膜処理基材２の種類、膜質、成膜プロセスなどに応じて、適切なスパッタ用ガスおよび構造をとる必要がある。一般的にスパッタでは、不活性ガスである希ガスであれば良く、例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ラドン（Ｒｎ）などが用いられる。また、希ガスを含む、一種類以上の混合ガスによりスパッタを行う場合もある。
【００５０】
成膜処理室１には排気バルブ１２が備えられ、開閉する事により、成膜処理室１内のガスを排気することができる。全開および全閉のみできる開閉バルブでも良いが、任意位置で開口度を調整できるコンダクタンスバルブやゲートバルブが望ましい。また、ガス導入口４と排気バルブ１２の配置は、ガスの流れの経路上に被成膜処理基材が配置されるようにし、被成膜処理基材２に対して成膜面全体が均等にガス拡散できるような配置が望ましい。排気手段１１としては真空ポンプであり、例えば、ターボ分子ポンプ、ロータリーポンプ、クライオポンプ、油拡散ポンプ、イオンポンプなどを用いることが可能である。使用する真空ポンプの特性により動作可能な圧力範囲があり、粗引き用の副真空ポンプ（図示せず）および切り替え用バルブ（図示せず）を併用する事が一般的である。
【００５１】
スパッタはターゲットに電圧を印加するため、また、磁石をターゲットの後方に設置し、プラズマ密度を上げるため、ターゲットは高温になる。そのため、ターゲットの後方には、冷却手段１５を配置している。冷却手段としては、ターゲットの後ろにバッキングプレートを備え、それを水やイオン水などで冷却したり、ターゲットの周辺に中空の銅管を配置して、水やイオン水などで冷却を行ったりする。
【００５２】
また、図２は、ターゲット５と被成膜処理基材２との間に、遮蔽板１６を配置した装置の一例である。遮蔽板１６は、被成膜処理基材２の中心軸を中心とした、放射状に配置したものであり、スパッタ時にターゲット５より、スパッタされたスパッタ粒子をターゲット５に再付着させないようにする構造である。図３では、４枚の遮蔽板１６が配置されているが、４枚以上配置しても同様の効果が得られる。再付着は、高真空の場合は、成膜処理室１に存在する酸素原子の量が少ないため、再付着しても、薄膜の膜質や密着強度に影響は及ぼしにくいが、逆に低真空の場合、成膜処理室１に存在する酸素原子の量が多くなるため、酸化したスパッタ粒子がターゲット５に再付着するため、ターゲットが汚染されてしまう。そのため、薄膜の膜質や密着強度に影響を及ぼすようになる。よって、遮蔽板１６を導入することで、再付着率が低下し、ターゲットの汚染は軽減される。
【００５３】
次に動作について説明する。まず始めに、試料台３に被成膜処理基材２を配置し、排気手段１１にて成膜処理室１の内部を１０−３〜１０−６Ｐａ程度の真空に排気したあと、スパッタ成膜のために、ガス導入口４よりスパッタ用ガスを供給し、成膜処理室１を０．１〜１０Ｐａ程度に調整する。電力供給手段６ａを駆動させスパッタ用ガスをプラズマ化してイオンを発生し、そのイオンにて金属で構成するターゲット５をスパッタリングする。スパッタリングにて蒸発した粒子は被成膜処理基材２上に堆積して薄膜を形成する。
【００５４】
以上の方法で、均一性の高い薄膜が形成可能となる。また、回転機構を用いないため装置の小型化が可能となり、低コストの成膜装置が可能となる。
【００５５】
（実施の形態２）
以下に、本発明の請求項１２乃至、請求項１３に記載された発明の実施の形態について、図４を用いて説明する。
【００５６】
図４は、（実施の形態１）における構成に加えて、ターゲット５と被成膜処理基材２の間に、上下移動可能なシャッター１３が備えている。シャッター１３は、成膜処理室１の内壁と等電位、すなわち、接地電位の電極として機能するものであり、直線導入器（図示せず）などに取付けられている。スパッタによる成膜の場合には、シャッター１３を開状態にして、完全にターゲット５前から待避した状態になって作用を及ぼさず、ターゲット５の表面に付着している酸化膜や水分やコンタミなどを除去する作業（今後プレスパッタと呼ぶ）時に、シャッター１３を閉状態にして、汚染された、ターゲット粒子が被成膜処理基板２に付着しない機能を有する。
【００５７】
ターゲット５とシャッター１３の距離は、ターゲット５とシャッター１３の間に存在する酸素原子の数に対して、ターゲット５よりスパッタされたターゲット粒子がシャッター１３に付着する原子の数が多くなるような距離を持ったシャッターであることが必要である。願わくは、スパッタされた、スパッタ粒子がターゲットに再付着する可能性もあるため、ターゲット５とシャッター１３の距離が放電可能な極力短い距離を備えたシャッターであることが望ましい。以上のようなシャッターであれば、プレスパッタ時にターゲット表面の吸着した汚染物や酸化膜の除去が可能となる。なお、プレスパッタ時のプロセス条件としては、スパッタ成膜時と同様である。
【００５８】
以下は、（実施の形態１）と同様なため、省略する。
【００５９】
（実施の形態３）
以下に、本発明の請求項１４に記載された発明の実施の形態について、図５を用いて説明する。
【００６０】
図５は、（実施の形態１）における構成に加えて、ハニカム構造のシャッターを備えている。また、図６（ａ）、（ｂ）は、シャッターの構造を示したものである。
【００６１】
シャッター１３は、成膜処理室１の内壁と等電位、すなわち、接地電位の電極として機能するものであり、回転導入器（図示せず）などに回転翼１３ｂを取付けられている。スパッタによる成膜の場合には、図６（ａ）に示すように、ターゲット５前で固定翼１３ａと回転翼１３ｂを重ね合わせることで、シャッター１３を開状態にして作用を及ぼさず、プレスパッタ時には、図６（ｂ）に示すように、ターゲット５前で固定翼１３ａと回転翼１３ｂを互い違いにすることで、シャッター１３を閉状態にして、汚染された、ターゲット粒子が被成膜処理基板に付着しない機能を有する。
【００６２】
ターゲット５とシャッター１３の距離は、（実施の形態２）と同様な位置に配置されている。また、このハニカム構造のシャッターにおいては、シャッター１３を開状態にした時、ターゲット５の前からシャッター１３を待避する必要がないため、成膜処理室１の容積を円筒形状のシャッター１３を有する場合と比較して、極力小さくすることが可能である。そのため、成膜処理室１の容積および内面積は、真空引き時間を大きく支配する要素となり、成膜処理室１内の排気手段１１による排気時間を短くすることが可能となる。
【００６３】
以下は、（実施の形態１）と同様なため、省略する。
【００６４】
（実施の形態４）
以下に、本発明の請求項１４に記載された発明の実施の形態について、図７を用いて説明する。
【００６５】
図７は、（実施の形態１）及び、（実施の形態２）における構成に加えて、プラズマＣＶＤ機構を備えている。
【００６６】
試料台３は、電力を供給できるように導入端子７ｂを介して電力切り替え手段１４ｂに接続され、電力供給手段６ｂまたは接地電位に切り替える事が出来るようになっている。電力供給手段６ｂとしては、直流電源、高周波電源、パルス電源等が上げられる。
【００６７】
ターゲットは、電力を供給できるように導入端子７ａを介して電力切り替え手段１４ａに接続され、電力供給手段６ａに接続されるか、もしくは、接地電位に接続されるように切り替えることができるようになっている。
【００６８】
ガス導入口４はスパッタ用ガス及び、プラズマＣＶＤ原料ガスを成膜処理室１内に供給するためのものである。スパッタにおいては、被成膜処理基材２の種類、膜質、成膜プロセスなどに応じて、適切なスパッタ用ガスおよび構造をとる必要がある。一般的にスパッタでは、不活性ガスである希ガスであれば良く、例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ラドン（Ｒｎ）などが用いられる。また、希ガスを含む、一種類以上の混合ガスによりスパッタを行う場合もある。また、プラズマＣＶＤ装置においては、被成膜処理基材２に成膜するものに応じて、原料ガスを選択すれば良い。例えば、被成膜処理基材２に硬質炭素膜（ダイヤモンド  ライク  カーボン）を成膜する際、炭化水素系の原料ガスであるメタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）等の炭素を含む化合物を用いることができる。また、炭化水素系の原料ガスをガス導入口４より導入する際に、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、アルゴン（ＡｒＡｒ）等の単体ガスあるいは混合ガスとして同時に導入して用いることもできる。
【００６９】
磁石１０は、プラズマＣＶＤの時に膜厚分布への影響が出るため、プラズマＣＶＤにより、薄膜を形成するときには、磁石１０を退避させる。また、膜厚分布への影響でない、スパッタ時に電子をトラップできる、磁束密度の極力弱い磁石を用いても同様の効果が得られる。
【００７０】
構造に関しては、（実施の形態１）及び、（実施の形態２）と同様なため、省略する。
【００７１】
次に動作について説明する。まず始めに、スパッタについては、電力切り替え手段１４ｂによって設置電位に接続された試料台３に、被成膜処理基材２を配置する。また、ターゲット５は、電力切り替え手段１４ａによって電力供給手段６ａに接続されている。そして、排気手段１１にて成膜処理室１の内部を１０−３〜１０−６Ｐａ程度の真空に排気したあと、ガス導入口４よりスパッタ用ガスを供給し、成膜処理室１を０．１〜１０Ｐａ程度に調整する。電力供給手段６ａを駆動させスパッタ用ガスをプラズマ化してイオンを発生し、そのイオンにて金属で構成するターゲット５をスパッタリングする。スパッタリングにて蒸発したターゲット粒子は被成膜処理基材２上に堆積して薄膜を形成する。スパッタ成膜時は、シャッター１３は開状態である。また、シャッター１３を閉状態で、以上のような動作を行いターゲットのプレスパッタを行うことも出来る。
【００７２】
次に、プラズマＣＶＤについては、電力切り替え手段１４ｂによって電力供給手段６ｂに接続された、試料台３に被成膜処理基材２を配置する。また、ターゲット５は、電力切り替え手段１４ａによって接地電位に接続されている。ガス導入口４より原料ガスを供給し、成膜処理室１を１〜１００Ｐａ程度に調整する。電力供給手段６ｂを駆動させ、炭化水素ガスのプラズマを励起し、イオンを発生させる。イオン化された炭化水素が被成膜処理基材２上に堆積し薄膜が形成する。このとき、原料ガスとして、不活性ガスである希ガス、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）などを導入し、被成膜処理基材２の洗浄（以後ボンバードと呼ぶ）を行うことも出来る。ボンバードは、成膜前に行うのが一般的で、被成膜処理基材２の表面にある、酸化膜、コンタミ、汚染物などを除去する働きがある。プラズマＣＶＤ時は、シャッター１３は閉状態である。
【００７３】
次に、スパッタとプラズマＣＶＤを同時に行う場合については、電力切り替え手段１４ｂによって電力供給手段６ｂに接続された試料台３に、被成膜処理基材２を配置する。また、ターゲット５は、電力切り替え手段１４ａによって電力供給手段６ａに接続されている。スパッタとプラズマＣＶＤを同時に行う時は、シャッター１３は開状態である。ガス導入口４より不活性ガスと原料ガスを供給し、成膜処理室１を０．１〜５０Ｐａ程度に調整する。スパッタ用電力供給手段６ａとプラズマＣＶＤ用電力供給手段６ｂを駆動させ、不活性ガスのプラズマと炭化水素ガスのプラズマを発生させる。そして、スパッタリングにて蒸発したターゲット粒子とイオン化された炭化水素が被成膜処理基材２上に堆積し薄膜が形成する。
【００７４】
上記に記した成膜の一例として、本発明のスパッタ装置を使用した被成膜処理基材２に中間層を介して、その上に硬質炭素膜を形成する方法を述べる。硬質炭素膜は、硬度が高く、耐摩耗性がよく、また自己潤滑性に富み、アモルファス構造であることから表面粗さが非常に小さいため摩擦係数が非常に小さい。さらに、物質的に安定であり化学的な耐久性も高い。そのため古くから切削・加工用工具、金型、機械部品に利用されており、近年では磁気ディスク記録装置の記録面および磁気記録ヘッド表面やスピンドルモータの軸受摺動部に用いる保護膜として一部利用されている。以下に示す成膜方法の被成膜処理基材２は円筒形状のサンプルで、主にモーターや軸受のシャフトなどの摺動部品への成膜方法である。
【００７５】
始めに、試料台３に被成膜処理基材２を配置し、排気手段１１にて成膜処理室１の内部を１０−５Ｐａ程度の真空に排気したあと、被成膜処理基材２の表面洗浄のためにガス導入口４より不活性ガスを供給し、成膜処理室１を１〜５０Ｐａ程度に調整する。そして、電力供給手段６ｂである高周波電源を作動させ、不活性ガスをプラズマ化し、イオンを発生させ、同時に高周波電圧によって発生する−２００〜−１２００Ｖのセルフバイアス電圧にて被成膜処理基材２の表面をボンバードして被成膜処理基材２表面の洗浄を行う。
【００７６】
次に、電力供給手段６ｂである高周波電源を停止し、ガス導入口４による不活性ガスの供給を行ったままで成膜処理室１内の圧力を０．１〜１０Ｐａに調整し、電力供給手段６ａである直流電源を駆動させ不活性ガスをプラズマ化してイオンを発生し、そのイオンにてシリコン、チタン、クロムまたはタングステンの金属で構成するターゲット５をスパッタリングする。このとき、シャッター１３は閉状態でプレスパッタを行う。プレスパッタとボンバードについては、シャッターを閉状態にして、ガス導入口４より不活性ガスを供給し、電力供給手段６ｂである高周波電源と電力供給手段６ａである直流電源を同時に駆動させ、ターゲット表面の洗浄と被成膜処理基材表面の洗浄を同時に行っても良い。
【００７７】
プレスパッタを行った後に、シャッター１３を開状態にして、スパッタリングにて蒸発した粒子は被成膜処理基材２上に堆積して中間層を形成する。
【００７８】
次に、電力供給手段６ａである直流電源を停止し、不活性ガスの供給も停止して炭化水素ガスを供給する。成膜処理室１内の圧力を１〜１００Ｐａの間で調整し、電力供給手段６ｂである高周波電源を駆動し、炭化水素ガスのプラズマを励起し、イオンを発生させる。高周波電圧により発生するセルフバイアス電圧は−２００〜−１２００Ｖであり、イオン化された炭化水素が被成膜処理基材２上に堆積し硬質炭素膜が形成される。
【００７９】
また、中間層と硬質炭素膜との間に、混合層を形成しても良い。その方法としては、ガス導入口４を用いて不活性ガスと炭化水素ガスを混入し混合ガスを供給する。そして、電力供給手段６ａである直流電源と電力供給手段６ｂである高周波電源より供給される電力によって混合ガスをプラズマ化し、被成膜処理基材２上に混合層を形成しても良い。以上の方法で、均一性の高いスパッタ薄膜及び、プラズマＣＶＤ薄膜が形成可能となる。また、回転機構を用いないため装置の小型化が可能となり、低コストの成膜装置が可能となる。
【００８０】
実施の形態１〜４において、電力供給手段で、高周波電源を用いる場合、電力供給手段の中には、マッチングボックスやブロッキングコンデンサなど適切に電力供給を行う為の各構成要素が含まれているのは言うまでもない。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように本発明のスパッタ装置によれば、立体形状の被成膜処理基材に対して、１つの成膜処理室でスパッタ、及び、プラズマＣＶＤの均一性の高い薄膜が形成可能となり、また、回転機構を用いないため装置の小型化が可能となり、低コストの成膜装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スパッタ装置の一例の構成図
【図２】スパッタ装置のターゲットへの再付着を低減する一例を示す構成図
【図３】遮蔽板の一例を示す構成図
【図４】シャッター機能を備えたスパッタ装置の一例を示す構成図
【図５】ハニカム構造シャッター機能を備えたスパッタ装置の一例を示す構成図
【図６】ハニカム構造シャッターの構成図
【図７】スパッタ及びプラズマＣＶＤ機能を備えたスパッタ装置の構成図
【符号の説明】
１  成膜処理室
２  被成膜処理基材
３  試料台
４  ガス導入口
５  ターゲット
６ａ、６ｂ  電力供給手段
７ａ、７ｂ  導入端子
８  真空パッキン
９  搬入出用蓋
１０  磁石
１１  排気手段
１２  排気用バルブ
１３  シャッター
１３ａ  固定翼
１３ｂ  回転翼
１４ａ、１４ｂ  電力切り替え手段
１５  冷却手段
１６  遮蔽板
【図１】
2004300465.tif 000003
【図２】
2004300465.tif 000004
【図３】
2004300465.tif 000005
【図４】
2004300465.tif 000006
【図５】
2004300465.tif 000007
【図６】
2004300465.tif 000008
【図７】
2004300465.tif 000009