(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内部で高周波電力を用いて基材にイオン加工を行うためのチャンバと、
前記チャンバ内に配設され上記基材が装着される導電性の基材ホルダと、
前記チャンバの壁部を貫通するように配設され、前記チャンバ内部側の端に前記基材ホルダが取り付けられている導電性の回転軸と、
前記回転軸と電気的に絶縁され、前記回転軸の前記チャンバ外部に突出した突出部を回転駆動する回転駆動装置と、
前記回転軸の突出部に高周波電源から供給される高周波電力を伝達する電力伝達構造と、
前記回転軸から電気的に絶縁され、前記回転軸を回動自在に支持する軸受けを有し、前記回転駆動装置を覆わず、かつ、前記電力伝達構造と、前記回転駆動装置と前記回転軸との接続部を除く前記回転軸の突出部とを覆うように形成されたハウジングとを備えたことを特徴とするイオン加工装置。
【請求項２】
前記電力伝達構造は、前記回転軸に接するように配設され前記高周波電源に接続されたブラシが配設されてなる請求項１記載のイオン加工装置。
【請求項３】
前記チャンバの内部で前記高周波電力とともに直流電力を用いて前記イオン加工が行われる請求項１記載のイオン加工装置。
【請求項４】
その内部で高周波電力を用いて基材にイオン加工を行うためのチャンバと、
前記チャンバ内に配設され上記基材が装着される導電性の基材ホルダと、
前記チャンバの壁部を貫通するように配設され、前記チャンバ内部側の端に前記基材ホルダが取り付けられている導電性で、かつ、中空の回転軸と、
前記回転軸と電気的に絶縁され、前記回転軸の前記チャンバ外部に突出した突出部を回転駆動する回転駆動装置と、
前記回転軸の突出部に高周波電源から供給される高周波電力を伝達する電力伝達構造と、
前記回転軸から電気的に絶縁され、前記回転軸を回動自在に支持する軸受けを有するハウジングと、
前記イオン加工により前記基材の表面に形成された膜の膜厚を検出するための膜厚モニタと、を備え、
前記ハウジングは、前記電力伝達構造と、前記回転駆動装置と前記回転軸との接続部及び前記回転軸の中空部を除く前記回転軸の突出部と、を覆うように形成されており、前記回転軸の中空部に前記膜厚モニタが配設されていることを特徴とするイオン加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン加工装置に関し、特に、高周波電力を用いてチャンバ内で発生させたプラズマを用いて基材をイオン加工するイオン加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のイオン加工装置として、例えばイオンプレーティング装置がある。このイオンプレーティング装置では、チャンバ内に基材ホルダが配置され、この基材ホルダを一端に取り付けた回転軸がチャンバの壁部を貫通するように配設され、この回転軸のチャンバの外部に突出した部分（以下、チャンバ外突出部と呼ぶ）に回転駆動装置が接続されている。そして、このチャンバ外突出部には高周波電源から供給される高周波電力を基材ホルダに伝達するように、高周波電源に接続されたブラシが直接接触するように配置されている。この回転軸のチャンバ外突出部は、ハウジングの有する回転軸を回動可能に支持する軸受けにより支持されている。そして、この回転軸のチャンバ外突出部、ブラシおよびハウジングは、高周波電力の漏れを防止するための専用カバー部材で覆われている。このような構造を有するイオンプレーティング装置では、ブラシがチャンバの外部に設けられているため、回転軸の回転によりブラシが損耗して削りかすが生じてもこの削りかすがチャンバ内部に排出されることはなく、よってブラシの削りかすが成膜特性に悪影響を及ぼすことはない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回転軸のチャンバ外突出部、ブラシおよびハウジングが個々に分散して設けられていることから、カバー部材によってこれら全部を覆って高周波電力が漏れないように密閉を行うのは容易ではない。このため、カバー部材から外部に高周波電力が漏れるのを十分に防止することは困難であり、よって、高周波電力の伝達効率が低下する。
【０００４】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、良好な成膜特性を実現するとともに漏れをなくして効率よく高周波電力を伝達することが可能なイオン加工装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るイオン加工装置は、その内部で高周波電力を用いて基材にイオン加工を行うためのチャンバと、前記チャンバ内に配設され上記基材が装着される導電性の基材ホルダと、前記チャンバの壁部を貫通するように配設され、前記チャンバ内部側の端に前記基材ホルダが取り付けられている導電性の回転軸と、前記回転軸と電気的に絶縁され、前記回転軸の前記チャンバ外部に突出した突出部を回転駆動する回転駆動装置と、前記回転軸の突出部に高周波電源から供給される高周波電力を伝達する電力伝達構造と、前記回転軸から電気的に絶縁され、前記回転軸を回動自在に支持する軸受けを有し、前記回転駆動装置を覆わず、かつ、前記電力伝達構造と、前記回転駆動装置と前記回転軸との接続部を除く前記回転軸の突出部とを覆うように形成されたハウジングとを備えたものである（請求項１）。
【０００６】
かかる構成によれば、回転軸から電気的に絶縁されたハウジングにより、少なくとも、前記電力伝達構造と、前記回転駆動装置と前記回転軸との接続部を除く前記回転軸の突出部とが実質的に覆われるため、ハウジングの外部に高周波電力が漏れるのを抑制することができる。この場合、回転軸と回転駆動部とが電気的に絶縁されているため、回転駆動部を介して回転軸から外部に高周波電力が漏れるのを防止することが可能となる。したがって、効率よく高周波電力を回転軸に供給することが可能となる。また、この場合においては、回転軸を支持する軸受けを設けるために必要なハウジングを用いて高周波電力の漏れを抑制することができるため、従来のように高周波電力の漏れを抑制するためのカバー部材を別部材として設ける必要がない。したがって、装置の構成部材数を削減することが可能となり、装置の製造コストを低減化することが可能となるとともに装置の小型化が図られる。
【０００７】
また、前記電力伝達構造は、前記回転軸に接するように配設され前記高周波電源に接続されたブラシが配設されてなってもよい（請求項２）。
【０００８】
かかる構成によれば、簡単な構成で電力伝達構造を実現することが可能となる。
【０００９】
また、前記チャンバの内部で前記高周波電力とともに直流電力を用いて前記イオン加工が行われてもよい（請求項３）。
【００１０】
かかる構成によれば、高周波電力によって発生したプラズマによって励起されたイオンを直流電力により基材に向かって加速させることが可能となる。それにより、基材の表面に衝突する際のイオンのエネルギーを大きくすることが可能となり、イオン加工の加工特性を向上させることが可能となる。
また、前記イオン加工装置は、その内部で高周波電力を用いて基材にイオン加工を行うためのチャンバと、前記チャンバ内に配設され上記基材が装着される導電性の基材ホルダと、前記チャンバの壁部を貫通するように配設され、前記チャンバ内部側の端に前記基材ホルダが取り付けられている導電性で、かつ、中空の回転軸と、前記回転軸と電気的に絶縁され、前記回転軸の前記チャンバ外部に突出した突出部を回転駆動する回転駆動装置と、前記回転軸の突出部に高周波電源から供給される高周波電力を伝達する電力伝達構造と、前記回転軸から電気的に絶縁され、前記回転軸を回動自在に支持する軸受けを有するハウジングと、前記イオン加工により前記基材の表面に形成された膜の膜厚を検出するための膜厚モニタと、を備え、前記ハウジングは、前記電力伝達構造と、前記回転駆動装置と前記回転軸との接続部及び前記回転軸の中空部を除く前記回転軸の突出部と、を覆うように形成されており、前記回転軸の中空部に前記膜厚モニタが配設されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係るイオン加工装置の構成を模式的に示す断面図であり、図２は、図１のイオン加工装置の回転軸のチャンバ貫通部分の構造を模式的に示す部分断面図である。本実施の形態では、イオン加工装置として、無ガスイオンプレーティング装置を例示している。
【００１２】
図１に示すように、無ガスイオンプレーティング装置は、導電性部材からなる真空チャンバ１内に、薄膜形成材料を蒸発させる蒸発源２１が配設され、この蒸発源２１に対向するように導電性の部材からなる基材ホルダ５が配置されている。蒸発源２１は、ここでは薄膜形成材料を入れるボート２の外周に、加熱用電源４に接続された加熱用コイル３が配設されてなる。基材ホルダ５の背面中央部には、導電性の部材からなる回転軸６が真空チャンバ１の壁部を貫通して外部に延びるように配設されている。回転軸６のチャンバ壁部貫通部分から先端に至る部分（以下、突出部と呼ぶ）は、回転駆動伝達部１２を介して回転駆動部たるモータ１３に接続されており、モータ１３は取り付け部材２２によって真空チャンバ１の外壁面に取り付けられている。この回転駆動伝達部１２と回転駆動部たるモータ１３からなる回転駆動装置により、回転軸６が回転する。
【００１３】
また、回転軸６の突出部の所定部分には回転軸６と直接接するように電力伝達構造たるブラシ９が配置され、このブラシ９と、回転駆動伝達部１２と回転軸６との接続部を除く回転軸６の突出部の領域と、を覆うように導電性の部材からなるハウジング７が配設されている。ハウジング７は絶縁性の部材からなる軸受け８を有しており、軸受け８により回転軸６が回動可能に軸方向に支持されている。ハウジング７は真空チャンバ１により支持されている。また、ブラシ９は、ケーブル１１を通じて、直流ブロッキングコンデンサＣｏおよびマッチング回路１６を介して高周波電源１５に接続されるとともに高周波ブロッキング用チョークコイルＬｏを介して直流電源１７に接続されている。この高周波電源１５、直流電源１７および真空チャンバ１はそれぞれ接地されている。
【００１４】
図２に示すように、真空チャンバ１の壁部には貫通穴１ａが形成され、この貫通穴１ａを通じて回転軸６の所定部分が真空チャンバ１の外部に突出している。回転軸６は中空の円筒状に形成されており、基端から一定長に渡って小径に形成されるとともに（以下、この部分を小径部６１と呼ぶ）、小径部６１に連続して大径の部分（以下、この部分を大径部６２と呼ぶ）が形成されている。この小径部６１と大径部６２との段面がハウジング７の備える軸受け８に支持されている。大径部６２では内周面にさらに段部が形成されており、この段部に配置されたシール部材２５ｂを介して、後述するように回転軸６とハウジング７の蓋部７ｂとが嵌合されている。なお、ここでは図示を省略しているが、回転軸６の中空の内部には膜厚モニタが配設されている。
【００１５】
外部に突出した回転軸６の大径部６２の外周には、横置きされたモータ１３のの回転駆動を回転軸６に伝達する回転駆動伝達部１２たるモータ出力軸が接続されており、それにより、この回転駆動伝達部１２を介してモータ１３が回転軸６に接続されている。モータ出力軸は、ハウジング７の基体７ａを貫通するように配置され、出力軸の先端にはかさ歯車が設けられている。この場合、回転軸６側のかさ歯車とモータ出力軸先端のかさ歯車との少なくともいずれか一方を絶縁性の部材から構成する。モータ出力軸が貫通したハウジング７の基体７ａの貫通穴にはシール部材が設けられている。また、大径部６２外周の回転駆動伝達部１２接続部と対向する側には、ブラシ９が直接接触するように配設されている。
【００１６】
回転駆動伝達部１２の接続部を除く回転軸６の突出部とブラシ９とを覆うようにハウジング７が配設されている。ハウジング７は、回転軸６の突出部の側部外周を覆うように配設された円筒状の基体７ａと、回転軸６の上端面に配設されシール部材２５ｂを介して回転軸６の内周面に接するように設けられた蓋部７ｂとから構成される。なお、この場合、回転軸６は中空であり、先端の内周面が前述のように蓋部７ｂにより覆われていることから、回転軸６の突出部は実質的にハウジング７により覆われていると見なせる。基体７ａは絶縁部材２６を介して真空チャンバ１の上壁に載置され、ボルト等の固定部材（図示せず）により回転軸６に対し回転しないように真空チャンバ１に固定されている。また、蓋部７ｂはボルト等の固定部材（図示せず）により回転軸６に対し回転しないように基体７ａに固定されている。基体７ａと回転軸６の外周面との隙間は、回転軸６を回転自在な状態でシールする絶縁性のシール部材２５ａによりシールされている。また、蓋部７ｂと回転軸６の内周面との隙間は、回転軸６を回転自在な状態でシールする絶縁性のシール部材２５ｂによりシールされている。このような構造により、真空チャンバ１の内部が外部からシールされている。なお、シール部材２５ａ，２５ｂとしては、例えば絶縁性のオイルシールが用いられる。
【００１７】
ハウジング７の基体７ａには貫通穴が形成されており、この貫通穴を通してハウジング７外部の回転駆動伝達部１２がハウジング７内部の回転軸６に接続されている。また、この回転駆動伝達部１２との接続部と対向する側の基体７ａには、高周波電源１５および直流電源１７とブラシ９とを接続するケーブル１１を通すための貫通穴が形成されるとともに、基体７ａとケーブル１１とを絶縁するようにこの貫通穴を埋めかつ基体７ａとブラシ９とを絶縁するように絶縁部材１０が配設されている。このように、ブラシ９とハウジング７とは絶縁部材１０により絶縁されている。また、回転軸６とハウジング７とは絶縁性の部材からなる軸受け８およびシール部材２５ａ，２５ｂにより絶縁されている。また、回転駆動伝達部１２たるモータ出力軸の回転軸側のかさ歯車および／または出力軸先端のかさ歯車が絶縁部材から構成されていることから、回転軸６とモータ１３とが絶縁されている。さらに、ハウジング７と真空チャンバ１とは絶縁部材２６により絶縁されている。
【００１８】
次に、以上のように構成された無ガスイオンプレーティング装置の動作を説明する。
【００１９】
図１および図２において、基材ホルダ５に基材を取り付け、モータ１３を回転させる。すると、この回転が、歯車２３ａ，２３ｂ，２３ｃが介挿された回転駆動伝達構造１２を介して回転軸６に伝達され、回転軸６とその一端に取り付けられた基材ホルダ５とが回転する。一方、高周波電源１５および直流電源１７を動作させる。すると、高周波電力および直流電力がケーブル１１を介してブラシ９に供給され、さらにブラシ９に接触している回転軸６に伝達される。それにより、基材ホルダ５と真空チャンバ１との間に高周波電力および直流電流が与えられる。次いで、蒸発源２１のボート２内に入れた薄膜形成材料を加熱用電源４により加熱溶融して蒸発させる。すると、蒸発した薄膜形成材料が高周波電力により発生したプラズマにより励起され、この励起された薄膜形成材料が、直流電流により加速され、基材の表面に衝突して付着する。それにより、基材の表面に緻密な薄膜が形成される。
【００２０】
この際、回転軸６から電気的に絶縁されたハウジング７により回転軸６の突出部およびブラシ９が覆われているため、高周波電源１５から供給されブラシ９から回転軸６に伝達される高周波電力の漏れを低減して効率よく高周波電力を伝達することが可能となる。また、この場合においては、回転軸６とモータ１３とが絶縁されているため、高周波電力が回転軸６からモータ１３へ伝達されモータ１３から外部へ漏れることはない。よって、高周波電力の伝達効率がより向上する。また、このようにハウジング７が高周波電力の漏れを防止するカバー部材として機能するため、従来の装置のように専用のカバー部材を別部品として設ける必要がない。このため、装置の構成部材数を削減して装置の製造コストを低減化することが可能となるとともに、装置の小型化を図ることが可能となる。さらに、この装置においては、ブラシ９が真空チャンバ１の外部に配設されているため、回転軸６の回転によりブラシ９が損耗して削りかすが生じても、この削りかすが真空チャンバ１内に排出されることはない。したがって、ブラシ９の削りかすが成膜特性に悪影響を及ぼすことはなく、良好な成膜特性を実現することが可能となる。
【００２１】
なお、本実施の形態においてはモータ１３が真空チャンバ１に固定されて支持されているが、例えばイオンプレーティング装置を設置する室内の壁にモータ１３を固定して支持してもよい。
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２にかかるイオン加工装置の回転軸のチャンバ貫通部分の構造を模式的に示す部分断面図である。なお、真空チャンバ内の構造は図１に示す実施の形態１の無ガスイオンプレーティング装置の場合と同様である。
【００２２】
図３に示すように、イオンプレーティング装置では、真空チャンバ１の壁部に貫通穴１ａが形成され、この貫通穴１ａを通して回転軸６ａの所定部分が真空チャンバ１の外部に突出している。回転軸６ａは中実の円柱状に形成されており、基端から一定長に渡って小径に形成されるとともに（以下、この部分を小径部６１ａと呼ぶ）、小径部６１ａに連続して大径の部分（以下、この部分を大径部６２ａと呼ぶ）が形成されている。この小径部６１ａと大径部６２ａとの段面がハウジング７’の備えた軸受け８に支持されている。
【００２３】
外部に突出した回転軸６ａの上には絶縁性のカップリング部材２７が配設されており、このカップリング部材２７を介して回転駆動伝達部１２たるモータ出力軸が回転軸６ａに接続され、それにより回転駆動伝達部１２を介してモータ１３が回転軸６ａに接続されている。モータ出力軸はハウジング７’を貫通するように配置されており、この貫通部分には回転軸６ａを回転自在な状態でシールする絶縁性のシール部材２５ｃが設けられている。このような構造により、真空チャンバ１の内部が外部からシールされている。なお、シール部材２５ｃとしては、例えば絶縁性のオイルシールが用いられる。また、大径部６２外周の所定部分には、電気伝達構造であり高周波電源１５および直流電源１７に接続しているブラシ９が直接接触するように配設されている。
【００２４】
回転駆動伝達部１２との接続部となる領域を除いて回転軸６ａの突出部の外周を覆いかつカップリング部材２７を覆うようにハウジング７’が配設されている。ハウジング７’は絶縁部材２６を介して真空チャンバ１の上壁に載置され、ボルト等の固定部材（図示せず）により回転軸６ａに対し回転しないように真空チャンバ１に固定されている。
【００２５】
また、ハウジング７’の所定部分には、高周波電源１５および直流電源１７とブラシ９とを接続するケーブル１１を通すための貫通穴が形成されるとともに、ハウジング７’とケーブル１１とを絶縁するようにこの貫通穴を埋めかつハウジング７’とブラシ９とを絶縁するように絶縁部材１０が配設されている。このように、ブラシ９とハウジング７’とは絶縁部材１０により絶縁されている。また、回転軸６ａとハウジング７’とは絶縁性の部材からなる軸受け８により絶縁されている。また、回転軸６ａとモータ１３とは絶縁性のカップリング部材２７により絶縁されている。さらに、ハウジング７’と真空チャンバ１とは絶縁部材２６により絶縁されている。
【００２６】
本実施の形態のイオンプレーティング装置においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００２７】
なお、実施の形態１および実施の形態２では、ハウジング７，７’が導電性である場合について説明したが、ハウジング７，７’は絶縁性であってもよい。この場合、軸受け部材８は導電性および絶縁性のいずれであってもよく、また、ハウジング７，７’と回転軸６，６ａおよびハウジング７，７’と真空チャンバ１とを絶縁するための絶縁部材１０，２６を配設する必要はない。
【００２８】
また、実施の形態１および実施の形態２では本発明を無ガスイオンプレーティング装置に適用する場合を説明したが、イオン加工には、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）の一種である上記無ガスイオンプレーティングの他、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やエッチングがある。ＣＶＤにおいては、加工物質たる薄膜生成用の原料ガスの反応を促進する目的で、高周波電力によって発生したプラズマにより原料ガスを励起して膜生成を行うことが知られている（プラズマＣＶＤ）。また、エッチングにおいては、エッチングの選択比を高める、あるいは異方性を得る等の目的で、基材と反応する、加工物質たる反応ガス（エッチングガス）をプラズマにより励起してエッチングを行うことが知られている（プラズマエッチング）。このように、かかる技術分野も、高周波電力を用いてプラズマを発生させ、その発生したプラズマを用いて基材を加工する点では、無ガスイオンプレーティングと異ならない。よって、かかる技術分野の装置にも、本発明を、無ガスイオンプレーティング装置の場合と同様に適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したような形態で実施され、以下のような効果を奏する。
（１）回転軸から電気的に絶縁されたハウジングにより、少なくとも、電力伝達構造と、回転駆動装置と回転軸との接続部を除く回転軸の突出部とを実質的に覆って外部に高周波電力が漏れるのを抑制することができるため、効率よく高周波電力を伝達することが可能となる。また、ハウジングを用いて高周波電力の漏れを抑制することができるため、従来のように高周波電力の漏れを抑制するための専用カバー部材を別部材として設ける必要がなく、よって、装置の部材数を削減して装置の製造コストを低減化することが可能となるとともに装置の小型化が図れる。
（２）電力伝達構造が、回転軸に接するように配設され高周波電源に接続されたブラシが配設されてなるとすると、簡単の構成により電気伝達構造を実現することが可能となる。
（３）チャンバの内部で前記高周波電力とともに直流電力を用いて前記イオン加工が行われるとすると、高周波電力によって発生したプラズマによって励起されたイオンを直流電力により基材に向かって加速させることが可能となるため、基材の表面に衝突する際のイオンのエネルギーを大きくすることが可能となり、イオン加工の加工特性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるイオン加工装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図１のイオン加工装置の回転軸のチャンバ貫通部の構造を示す模式的な部分断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２にかかるイオン加工装置の構成を模式的に示すな部分断面図である。
【符号の説明】
１        真空チャンバ
１ａ      貫通穴
２        ボート
３        加熱用コイル
４        加熱用電源
５        基材ホルダ
６，６ａ  回転軸
７，７’  ハウジング
８        軸受け
９        ブラシ
１０，２６絶縁部材
１１      ケーブル
１２      電力伝達構造
１３      モータ
１５      高周波電源
１６      マッチング回路
１７      直流電源
２１      蒸発源
２２      取り付け部材
２５ａ〜２５ｃ  シール部材
２７      カップリング部材
【図１】
0004090749.tif 000002
【図２】
0004090749.tif 000003
【図３】
0004090749.tif 000004