(57)【要約】【課題】種々の形状と材質とを有する被処理物の全表面に種々の材料による薄膜を好ましく形成する安価で作業性に優れたスパッタリング装置を提供する。【解決手段】真空容器１内には被処理物３を収納するバレル５と、ターゲット表面を有するスパッタリングカソード７とを配設し、該バレルに回転と進退と揺動とを組み合わせた動きを与えることにより、該バレル内の被処理物を転動、混合させ、以て該被処理物の全表面にターゲット材の成膜を行うようにしたことを特徴とするスパッタリング装置。【選択図】図１
2012172240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内には被処理物を収納するバレルと、ターゲット表面を有するスパッタリングカソードとを配設し、該バレルに回転と進退と揺動とを組み合わせた動きを与えることにより、該バレル内の被処理物を転動、混合させ、以て該被処理物の全表面にターゲット材の成膜を行うようにしたことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記真空容器には該真空容器内の真空を維持した状態で該真空容器を内外に貫く回転軸を配設し、該回転軸の内側端を前記バレルに連結し、該回転軸を回転させる手段と、該回転軸を進退させる手段と、該回転軸を揺動させる手段とを配設したことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記バレルは、全部又は一部を多孔体により形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記バレルにおける前記スパッタリングカソードに臨む側を開口して開口部となし、該開口部に多孔体により形成した蓋を着脱自在に備えさせたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記真空容器内には前記バレルを複数配設し、前記回転軸における内側端に太陽歯車を取り付け、該太陽歯車に複数の遊星歯車を歯合させ、各遊星歯車を各バレルに連結したことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物の表面に薄膜を形成するためのスパッタリング装置に関するものである。被処理物の表面に薄膜を形成するめっきは、一般に、湿式めっきと乾式めっきとに分類されるが、本発明によるスパッタリング装置は、乾式めっきに属する。
【０００２】
本発明における被処理物は、一辺の内側寸法が１０μｍ〜１０ｍｍ程度の立方体容器中に収納し得る大きさの金属、合成樹脂、セラミックス等により形成されたものとするが、球体、円柱体、円錐体、直方体、角錐体等その形状の如何を問わない。本発明における被処理物には、例えば装飾品、ねじ、ピン、機械部品等が含まれる。
【背景技術】
【０００３】
特許第３６２０８４２号公報は、ターゲットを内設した内部形状が多角形の真空容器内に微粒子を収容し、該真空容器を回転ないし振動させることにより該微粒子の表面に薄膜を形成するようにした多角バレルスパッタ装置（以下「従来のスパッタリング装置」という。）を提供している。
【０００４】
一方、湿式めっきにおけるガラめっき装置も知られている。ガラめっき装置は、細かなワークを容器中に収納した状態で該容器を回転、振動、揺動等させるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６２０８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかるに、上記従来のスパッタリング装置においては、微粒子の表面に薄膜が形成される時間の大部分の間、該微粒子は多角形状の真空容器内における水平面上に存在する。したがって、該微粒子の全表面に薄膜を形成するためには、該微粒子の全表面を成膜粒子の飛来方向に平等に向ける必要がある。換言すれば、上記従来のスパッタリング装置においては、微粒子の全表面に薄膜を形成するためには、複数のカソードに複数のターゲットを備えさせた多元スパッタにより薄膜を成膜しなければならないことになる。しかして、複数のカソードを真空容器内に配設するためには、大型の真空容器が必要になる。その結果、大容量の真空ポンプが必要になると共に、装置全体が大型化、複雑化し、製造コスト及び運転費用が嵩むという問題が生ずる。
【０００７】
一方、上記従来のガラめっき装置は、複雑な形状を有するワークの表面に均一な皮膜を形成することができるものではあるが、洗浄、乾燥等の後工程が必須であり、イオン化した溶液になる皮膜材料が必要であり、更に化合物、合金、絶縁物等の成膜が困難である等の問題がある。また、乾式で上記従来のガラめっきに相当する方法で化合物、合金、絶縁物等の成膜を行おうとする技術は未だ歴史が浅く、工業的には未完成の域を出ないものである。
【０００８】
本発明は、上記従来の技術における上述の如き問題を解決し、種々の形状と材質とを有する被処理物の全表面に種々の材料による薄膜を好ましく形成する安価で作業性に優れたスパッタリング装置を提供しようとしてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、下記のスパッタリング装置を提供するものである。
【００１０】
（１）真空容器内には被処理物を収納するバレルと、ターゲット表面を有するスパッタリングカソードとを配設し、該バレルに回転と進退と揺動とを組み合わせた動きを与えることにより、該バレル内の被処理物を転動、混合させ、以て該被処理物の全表面にターゲット材の成膜を行うようにしたことを特徴とするスパッタリング装置（請求項１）。
【００１１】
（２）前記真空容器には該真空容器内の真空を維持した状態で該真空容器を内外に貫く回転軸を配設し、該回転軸の内側端を前記バレルに連結し、該回転軸を回転させる手段と、該回転軸を進退させる手段と、該回転軸を揺動させる手段とを配設する（請求項２）。
【００１２】
（３）前記バレルは、全部又は一部を多孔体により形成する（請求項３）。
【００１３】
（４）前記バレルにおける前記スパッタリングカソードに臨む側を開口して開口部となし、該開口部に多孔体により形成した蓋を着脱自在に備えさせる（請求項４）。
【００１４】
（５）前記真空容器内には前記バレルを複数配設し、前記回転軸における内側端に太陽歯車を取り付け、該太陽歯車に複数の遊星歯車を歯合させ、各遊星歯車を各バレルに連結する（請求項５）。
【発明の効果】
【００１５】
［請求項１の発明］
請求項１の発明によれば、被処理物を収納するバレルに回転と進退と揺動とを組み合わせた動きを与えることにより、該バレル内の被処理物を転動、混合させるようにしたため、種々の形状と材質とを有する被処理物の全表面に種々の材料による薄膜を好ましく形成することができる。被処理物を吊り下げ若しくは係止することも不要である。したがって、このスパッタリング装置は、安価に提供することができると共に作業性にも優れている。
【００１６】
このスパッタリング装置は、被処理物を収納するバレルに回転、進退、揺動等の動きを与えるという点においては、上記従来のガラめっき装置に近いものではあるが、スパッタリング装置であるため、上述した従来のガラめっき装置における諸問題は生じない。
【００１７】
このスパッタリング装置は、スパッタリング法を用いているため、ほとんどのターゲット種類のめっきが可能である。すなわち、湿式めっきでは不可能とされるチタンめっき、タングステンめっき、アルミめっき等の他、金とアルミとの合金めっき、タングステンとクロムとの合金めっき、チタンとニッケルとの合金めっき等の２元合金、更には、ターゲットの数により３元合金、４元合金のめっきも可能である。なお、湿式めっきにより行われているニッケル、クロム、銅、スズ、亜鉛、金、銀、イリジウム、ロジウム、パラジウム等のめっき処理が可能であることはいうまでもない。
【００１８】
また、スパッタリング装置は、金属塩等の溶液を用いないため、酸化物、酸化ケイ素、アルミナ、酸化チタンのめっきも可能である。更に、これを２層、３層等の多層にめっきすることも可能である。
【００１９】
［請求項２の発明］
回転軸を回転させる手段と、該回転軸を進退させる手段と、該回転軸を揺動させる手段とを組み合わせて作動させることにより、バレル内の被処理物を転動、混合させ、以て該被処理物の全表面にターゲット材の成膜を好ましく行うことができる。
【００２０】
［請求項３の発明］
バレルは、全部又は一部を多孔体により形成しているため、成膜材料は該多孔体の孔部を好ましく通過し、被処理物の表面に至る。
【００２１】
［請求項４の発明］
バレルにおけるスパッタリングカソードに臨む側を開口して開口部となし、該開口部に多孔体により形成した蓋を着脱自在に備えさせたため、該蓋は、成膜材料を好ましく通過させると共に、該開口部から被処理物が落下することを防止する。
【００２２】
［請求項５の発明］
太陽歯車に歯合する遊星歯車は、自転しつつ、太陽歯車の周りを公転する。すなわち、各遊星歯車に連結された各バレルは、遊星運動を行う。したがって、各バレルは、進退及び揺動と相俟って複雑な動きを行い、該バレル内の被処理物は好ましく転動、混合する。
【００２３】
複数のバレルにそれぞれ異なるロットの被処理物を収納し、これらの被処理物を同一の成膜条件で成膜することができる。すなわち、少量多品種の同時成膜を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明によるスパッタリング装置の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、同上スパッタリング装置において、バレルを揺動させている状態を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明によるスパッタリング装置の別の一例を示す断面図である。
【図４】図４は、同上スパッタリング装置において、バレルを揺動させている状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
まず、図１、図２に示す事例について説明する。
【００２６】
符号１に示すものは、スパッタリング装置の真空容器である。真空容器１内は、真空排気系（図示せず。）により真空成膜に必要な圧力まで排気する。
【００２７】
真空容器１内には、被処理物３を収納するバレル５と、ターゲット表面を有するスパッタリングカソード７とを配設する。バレル５は該スパッタリングカソード７に臨む側を開口して開口部５ａとなす。スパッタリングカソード７は好ましくは複数個配設し、各スパッタリングカソード７に印加するパワーを各別に制御することにより、各スパッタリングカソード７に装着されたターゲット材の任意組成の合金、化合物等を成膜することができる。なお、スパッタリングカソード７は、マグネトロンカソードのみならず、非マグネトロン（コンベンショナル）カソード、アークカソード等、成膜材料に適したカソードを用いることができる。
【００２８】
真空容器１内には、レフレクタ９とヒータ１１とを配設する。ヒータ１１は、バレル５内の被処理物３を加熱するものであり、該ヒータ１１により、成膜時にバレル５とバレル５内の被処理物３との温度を制御することができる。
【００２９】
バレル５に回転と進退と揺動とを組み合わせた動きを与えることにより、該バレル５内の被処理物３を転動、混合させ、以て該被処理物３の全表面にターゲット材の成膜を行う。
【００３０】
すなわち、真空容器１には該真空容器１内の真空を維持した状態で該真空容器１を内外に貫く回転軸１３を配設する。該回転軸１３の内側端１３ａをバレル５に着脱自在に連結し、該回転軸１３を回転させる手段と、該回転軸１３を進退させる手段と、該回転軸１３を揺動させる手段とを配設する。
【００３１】
真空容器１は、該真空容器１内の真空を維持した状態で、すなわち、該真空容器１内の真空を破ることなく、回転軸１３の回転を導入することができる回転導入シール１５と、該真空容器１内の真空を維持した状態で、すなわち、該真空容器１内の真空を破ることなく、回転軸１３の進退と揺動とを導入することができるベローズ１７を備えている。
【００３２】
回転軸１３を回転させる手段として、駆動機構フランジ１９に絶縁スタッド２１を介して回転駆動モータ２３が取り付けられている。前記回転導入シール１５は、絶縁ブッシュ２５により駆動機構フランジ１９とは電気的に絶縁され、絶縁カプリング２７により回転駆動モータ２３とも電気的に絶縁されている。したがって、バレル５を通して該バレル５内の被処理物３にバイアス電界を印加することができる。
【００３３】
回転軸１３を進退させる手段及び該回転軸１３を揺動させる手段として、複数のリニアアクチュエータ２９における一端２９ａを真空容器１に固定し、他端２９ｂをピボット３１を介して駆動機構フランジ１９に枢着している。リニアアクチュエータ２９は、上下に一対のみが図示されているが、各図の手前側と奥側とに別の一対（図示せず。）を配設してもよい。
【００３４】
各リニアアクチュエータ２９を同時に同方向に同距離作動させたときには、回転軸１３が進退し、該回転軸１３の内側端１３ａに連結されたバレル５も進退する。また、各リニアアクチュエータ２９を各別に作動させたときには、バレル５は所望の方向に揺動する。
【００３５】
したがって、回転駆動モータ２３を回転させると共に、各リニアアクチュエータ２９を制御することにより、バレル５に回転と進退と揺動とを組み合わせた動きを与えることができる。バレル５内の被処理物３は、このようなバレル５の動きにより、効率良く攪拌される。バレル５を高速で進退させることにより、被処理物３を回転軸１３の前後方向にいわば豆煎りの如き運動をさせることができる。バレル５を揺動させることにより、被処理物３の攪拌効率は上昇する。
【００３６】
被処理物３の形状等により、バレル５の回転数、進退速度、揺動角度等を適宜変更することにより、被処理物３の攪拌効率は一層向上する。
【００３７】
バレル５は、好ましくは、全部又は一部を多孔体３３により形成する。多孔体３３は網状体を含む。多孔体３３における孔ないしメッシュの大きさは、被処理物３の形状ないし寸法により異なる。
【００３８】
バレルにおける前記開口部５ａには、好ましくは、多孔体３３により形成した蓋３５を着脱自在に備えさせる。
【００３９】
次に、図３、図４に示す事例について説明する。図３、図４に示す事例については、前記図１、図２に示す事例との相違点についてのみ説明する。
【００４０】
真空容器１内には前記バレル５を複数配設し、前記回転軸１３における内側端１３ａ’に太陽歯車４１を取り付け、該太陽歯車４１に複数の遊星歯車４３を歯合させ、各遊星歯車４３を各バレル５に連結する。
【００４１】
符号４５に示すものは太陽歯車固定フランジであり、符号４７に示すものは太陽歯車固定フランジ４５に取り付けられた太陽歯車固定フランジ取り付けカラーである。太陽歯車固定フランジ取り付けカラー４７は、回転導入シール１５に外嵌される。各遊星歯車４３の回転軸４９は、公転フランジ５１に回転自在に支持されると共に、各バレル５に連結される。
【００４２】
回転駆動モータ２３が回転すると、回転軸１３を介して太陽歯車４１が回転し、該太陽歯車４１に歯合する複数の遊星歯車４３が該太陽歯車４１の周囲を公転する。したがって、各バレル５は、自転しつつ公転するいわゆる遊星回転（自公転）動作を行う。
【符号の説明】
【００４３】
１  真空容器
３  被処理物
５  バレル
５ａ  開口部
７  スパッタリングカソード
９  レフレクタ
１１  ヒータ
１３  回転軸
１３ａ  内側端
１３ａ’  内側端
１５  回転導入シール
１７  ベローズ
１９  駆動機構フランジ
２１  絶縁スタッド
２３  回転駆動モータ
２５  絶縁ブッシュ
２７  絶縁カプリング
２９  リニアアクチュエータ
２９ａ  一端
２９ｂ  他端
３１  ピボット
３３  多孔体
３５  蓋
４１  太陽歯車
４３  遊星歯車
４５  太陽歯車固定フランジ
４７  太陽歯車固定フランジ取り付けカラー
４９  回転軸
５１  公転フランジ
【図１】
2012172240.tif 000003
【図２】
2012172240.tif 000004
【図３】
2012172240.tif 000005
【図４】
2012172240.tif 000006