特許 6194768 成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6194768

(24)【登録日】2017年8月25日

(45)【発行日】2017年9月13日

(54)【発明の名称】成膜装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/24 20060101AFI20170904BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/24 J

   C23C14/24 F

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-232865(P2013-232865)

(22)【出願日】2013年11月11日

(65)【公開番号】特開2015-93997(P2015-93997A)

(43)【公開日】2015年5月18日

【審査請求日】2016年10月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(72)【発明者】

【氏名】森元 陽介

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 正康

【審査官】 宮崎 園子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１８１８３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／２４

Ｃ２３Ｃ １６／４５８

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面にプラズマが輸送される処理対象のワークにバイアス電圧を印加する成膜装置であって、
プロセスチャンバーと、
前記プロセスチャンバー内に格納された筐体のステージホルダと、
前記ステージホルダの表面に配置された絶縁材からなる絶縁ステージと、
前記ワークが搭載され、前記絶縁ステージを介して前記ステージホルダ上に配置されて前記プロセスチャンバー内に格納されたワークホルダと、
少なくとも一部が前記ステージホルダ内に配置され、一方の端部が前記ステージホルダの壁面及び前記絶縁ステージを貫通して前記端部の開口端が前記ワークホルダに面する、絶縁材からなる管形の絶縁パイプと、
前記絶縁パイプの内部に配置され、前記バイアス電圧を前記ワークホルダを介して前記ワークに印加するバイアス導入シャフトと
を備えることを特徴とする成膜装置。

【請求項2】

前記バイアス電圧が伝播する部分と、該部分に直接に対向する接地電位に設定される部分との空間距離が、前記バイアス電圧をＶ（ｋＶ）として、｜Ｖ｜×３（ｍｍ）以上であり、
前記バイアス電圧が伝播する部分を覆う絶縁材の端部から該絶縁材の表面に沿って接地電位に設定される部分に達するまでの沿面距離が、前記バイアス電圧をＶ（ｋＶ）として、｜Ｖ｜×６（ｍｍ）以上であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記絶縁パイプ及び前記絶縁ステージの表面に、前記沿面距離に沿って凹凸が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記ステージホルダに前記ワークホルダを脱着するワーク脱着機構を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記絶縁パイプ及び前記バイアス導入シャフトを回転軸として前記ワークを前記プロセスチャンバー内で回転させるワーク回転機構と、
前記ステージホルダ内に配置された回転導入器と
を更に備え、前記回転導入器を介して前記絶縁パイプの前記端部が前記ステージホルダの外側に露出していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項6】

前記絶縁パイプの他方の端部に配置され、前記バイアス導入シャフトに前記バイアス電圧を伝播するロータリーコネクタを更に備えることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。

【請求項7】

前記ステージホルダを前記プロセスチャンバー内で傾ける傾斜機構を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項8】

ターゲットが格納される放電室と、
前記プロセスチャンバーと前記放電室とを連結するプラズマ輸送路と
を更に備え、前記放電室内でアーク放電を励起して前記ターゲットの表面に形成したアークプラズマを前記プラズマ輸送路を介して前記ワーク上に輸送し、前記ターゲットに含まれる原料を主成分とする膜を前記ワーク上に形成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プロセスチャンバー内で処理中のワークにバイアス電圧を印加する成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

処理対象のワーク上に輸送したプラズマを利用した成膜装置が用いられている。例えば、フィルタード・アーク・デポジション（ＦＡＤ）法、フィルタード・カソーディック・バキューム・アーク（ＦＣＶＡ）法と呼ばれる手法を用いた真空アーク蒸着装置によれば、材料のターゲット表面（カソード）にアーク放電を連続的に生成し、材料をイオン化したプラズマをワーク表面に導いてワーク上に薄膜が形成される。

【0003】

プラズマを利用する成膜装置では、ワークにバイアス電圧を印加することによって、ワーク上に輸送されたプラズマをワーク表面に引き込む方法を採用可能である。例えば真空アーク蒸着装置では、膜の密着性向上のために、イオンを高エネルギーでワークに注入するイオンミキシング法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これにより、膜の密着性が向上する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３５５５９２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、バイアス電圧が高くなるほど、バイアス電圧が伝播する部分と接地電位の部分との絶縁性を確保しながらワークにバイアス電圧を印加することが困難である。絶縁性が確保できない場合、バイアス電圧が伝播する部分と接地電位の部分との間にリーク電流が流れるなどして、所望のバイアス電圧をワークに印加できないなどの問題が生じる。また、バイアス電圧が伝播する部分と接地電位の部分との間で異常放電が発生して、ワークやプロセスチャンバー内の部品などが破損する場合がある。

【0006】

上記問題点に鑑み、本発明は、プロセスチャンバー内に格納されたワークに高いバイアス電圧を安定して印加できる成膜装置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】

【0007】

本発明の一態様によれば、表面にプラズマが輸送される処理対象のワークにバイアス電圧を印加する成膜装置であって、（イ）プロセスチャンバーと、（ロ）プロセスチャンバー内に格納された筐体のステージホルダと、（ハ）ステージホルダの表面に配置された絶縁材からなる絶縁ステージと、（ニ）ワークが搭載され、絶縁ステージを介してステージホルダ上に配置されてプロセスチャンバー内に格納されたワークホルダと、（ホ）少なくとも一部がステージホルダ内に配置され、一方の端部がステージホルダの壁面及び絶縁ステージを貫通して端部の開口端がワークホルダに面する、絶縁材からなる管形の絶縁パイプと、（ヘ）絶縁パイプの内部に配置され、バイアス電圧をワークホルダを介してワークに印加するバイアス導入シャフトとを備える成膜装置が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、プロセスチャンバー内に格納されたワークに高いバイアス電圧を安定して印加できる成膜装置を提供できる。

【0009】

なお、バイアス電圧が伝播する部分を覆う絶縁材の端部からその絶縁材の表面に沿って接地電位に設定される部分に達するまでの沿面距離に沿って、絶縁パイプ及び絶縁ステージの表面に凹凸を形成する。これにより、プロセスチャンバーやステージホルダのサイズの増大を抑制しつつ、沿面距離を長くしてバイアス電圧が伝播する部分と接地電位の部分との絶縁性を確保できる。

【0010】

更に、ステージホルダにワークホルダを脱着するワーク脱着機構を更に備えることにより、処理の前後において絶縁ステージにワークホルダを取り付けたり取り外したりできる。また、ステージホルダ内に配置された回転導入器を介して絶縁パイプの端部をステージホルダの外側に露出させ、絶縁パイプ及びバイアス導入シャフトを回転軸としてワークをプロセスチャンバー内で回転させるワーク回転機構によって、ワークの主面に均一に成膜処理することができる。このとき、絶縁パイプの他方の端部にロータリーコネクタを配置することによって、バイアス導入シャフトにバイアス電圧を伝播することができる。

【0011】

また、ステージホルダをプロセスチャンバー内で傾ける傾斜機構を備えることによって、ワークの主面が曲面である場合などに、主面の特定の領域のみがプラズマ供給方向に向くことを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る成膜装置の例を示す模式図である。

【図2】本発明の実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。

【図3】本発明の実施形態に係る成膜装置の絶縁シールドとバイアス導入シャフトの構造を示す模式図であり、図３（ａ）は延伸方向に沿った断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ方向に沿った断面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る成膜装置のワーク脱着機構を示す模式図であり、図４（ａ）はワークを搭載したワークホルダがステージホルダ上の絶縁ステージに密着、保持された状態を示し、図４（ｂ）はワークを搭載したワークホルダがステージホルダから離間した状態を示す。

【図5】本発明の実施形態に係る成膜装置のワーク回転機構を示す模式図である。

【図6】本発明の実施形態に係る成膜装置の傾斜機構の機能を説明する模式図である。

【図7】本発明の実施形態に係る成膜装置により処理されるワークの例を示す模式図であり、図７（ａ）は凸状の曲面を有する例を示し、図７（ｂ）は凹状の曲面を有する例を示す。

【図8】本発明の実施形態に係る成膜装置の各機構の配置例を示す模式図である。

【図9】比較例１の成膜装置の例を示す模式図である。

【図10】比較例２の成膜装置の例を示す模式図である。

【図11】比較例３の成膜装置の例を示す模式図である。

【図12】本発明の実施形態に係る成膜装置における空間距離の例を示す模式図である。

【図13】本発明の実施形態に係る成膜装置における沿面距離の例を示す模式図である。

【図14】本発明の実施形態に係る成膜装置における沿面距離の他の例を示す模式図である。

【図15】本発明の実施形態に係る成膜装置において沿面距離を長くする例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

【0014】

本発明の実施形態に係る成膜装置１を図１に示す。図１は、アーク放電によって生成したプラズマ３００を利用して、処理対象のワーク１００上に所望の薄膜を形成するＦＡＤ法を採用したアークプラズマ成膜装置である。先ず、このアークプラズマ成膜装置について説明する。

【0015】

図１に示したアークプラズマ成膜装置は、成膜用のターゲット２００を陰極（カソード）として放電室４２０内に発生させたアーク放電によって、ターゲット２００に含まれる原料の正イオンを含むプラズマ３００を生成する。ターゲット２００は格納室４１０に格納され、一部が放電室４２０内に露出している。このプラズマ３００に含まれるターゲット２００の正イオンをプラズマ輸送路４３０を介して放電室４２０からプロセスチャンバー１０内のワーク１００表面に輸送して、ワーク１００上に薄膜が形成される。

【0016】

プラズマ３００は、プラズマ輸送路４３０に沿って配置した多段の誘導コイル４４１〜誘導コイル４４６によって形成される磁場により、プラズマ輸送路４３０に沿って誘導される。以下に、誘導コイル４４１〜誘導コイル４４６を総称して「誘導コイル４４０」という。誘導コイル４４０は、例えば供給される電流によって励磁される環状の電磁誘導コイルである。図示を省略する励磁電流源により供給される電流の大きさに応じて、誘導コイル４４０により形成される磁場の強さがそれぞれ制御される。誘導コイル４４０に流れる電流を制御することにより中心磁場が制御され、プラズマ３００がプラズマ輸送路４３０内を誘導される。なお、図１に示したように、放電室４２０とプラズマ輸送路４３０、及び誘導コイル４４０を併せて、以下において「ガンソース部４００」という。

【0017】

図１に示したアークプラズマ成膜装置では、ワーク１００にバイアス電圧を印加することによって、ガンソース部４００からプロセスチャンバー１０内のワーク１００上に輸送されたプラズマ３００を、矢印Ａ１で示したようにワーク１００表面に引き込む。以下に、図２を参照して、プロセスチャンバー１０について説明する。

【0018】

プロセスチャンバー１０内には、ワーク１００を搭載したワークホルダ２１が表面に配置されたステージホルダ２０が格納されている。ステージホルダ２０は、内部が空洞の筐体である。成膜装置１によるワーク１００の処理中は、プロセスチャンバー１０内は真空状態であるが、ステージホルダ２０の内部は大気圧に保たれる。なお、プロセスチャンバー１０内は真空ポンプ１１によって排気され、真空状態が維持される。

【0019】

ワーク１００はワークホルダ２１に固定され、ワーク１００はワークホルダ２１ごとステージホルダ２０に保持される。また、ステージホルダ２０のワークホルダ取付け面には、絶縁材からなる絶縁ステージ２２が配置され、ワークホルダ２１は絶縁ステージ２２を挟んでステージホルダ２０に保持される。

【0020】

ステージホルダ２０内には、ステージホルダ２０のワークホルダ２１が配置された壁面を貫通して、絶縁材からなる管形の絶縁パイプ３０が配置されている。つまり、ステージホルダ２０の外側に絶縁パイプ３０の一方の端部３１が露出している。このとき、端部３１の開口端がワークホルダ２１に面するように、貫通孔がステージホルダ２０及び絶縁ステージ２２に形成される。絶縁パイプ３０と絶縁ステージ２２には、例えばアルミナ材などが使用される。

【0021】

更に、絶縁パイプ３０の内部にバイアス導入シャフト４０が配置されている。バイアス導入シャフト４０は絶縁パイプ３０の端部３１の開口端でワークホルダ２１に電気的に接続し、ワークホルダ２１に固定されたワーク１００にバイアス電圧を印加する。バイアス導入シャフト４０やワークホルダ２１には、ステンレス鋼（ＳＵＳ）や銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などの導体が使用される。

【0022】

ワークホルダ２１は、例えばピンやフックなどによってバイアス導入シャフト４０の端部に固定される。

【0023】

絶縁パイプ３０とバイアス導入シャフト４０とは密着させてもよいし、絶縁パイプ３０とバイアス導入シャフト４０間に隙間があってもよい。絶縁パイプ３０とバイアス導入シャフト４０間に隙間がある場合には、例えば図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、Ｏリングシール３５を配置して絶縁パイプ３０とバイアス導入シャフト４０間の真空シールを行う。

【0024】

図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、成膜装置１はステージホルダ２０に設けた絶縁ステージ２２にワークホルダ２１を脱着するワーク脱着機構７０を備える。即ち、絶縁パイプ３０のパイプ支持部７５を介して絶縁パイプ３０及びその内部に構成するバイアス導入シャフト４０に接続するワーク脱着機構７０によって、絶縁パイプ３０及びその内部のバイアス導入シャフト４０が矢印Ａ３で示したように移動する。これにより、ワークホルダ２１が絶縁ステージ２２から離れたり、密着したりする。ワークホルダ２１を絶縁ステージ２２から離すことによって、処理の前後において絶縁ステージ２２にワークホルダ２１を取り付けたり取り外したりできる。

【0025】

ワーク脱着機構７０には、例えばエアシリンダなどを採用可能である。図４では絶縁パイプ３０の両側にそれぞれワーク脱着機構７０を配置する例を示したが、絶縁パイプ３０及びバイアス導入シャフト４０が安定して移動できるなら、ワーク脱着機構７０が１台であってもよい。

【0026】

また、成膜装置１は、図５に示すように、絶縁パイプ３０及びバイアス導入シャフト４０を回転軸としてワークホルダ２１に固定されたワーク１００をプロセスチャンバー１０内で回転させるワーク回転機構８０を備える。例えば図５に矢印Ａ４で示すワーク回転機構８０の回転によって、絶縁パイプ３０に接続するギア８５を介して絶縁パイプ３０及びバイアス導入シャフト４０の延伸方向を回転軸方向として矢印Ａ５の方向に回転させる。ワーク回転機構８０には、例えばモータなどを採用する。

【0027】

なお、ステージホルダ２０内に配置された絶縁パイプ３０及びバイアス導入シャフト４０の回転によってステージホルダ２０の外側に配置されるワーク１００及びワークホルダ２１を回転させるために、回転導入器５０がステージホルダ２０内に配置されている。回転導入器５０は、例えば磁性流体シールなどであり、回転導入器５０を介して絶縁パイプ３０とバイアス導入シャフト４０の端部がステージホルダ２０の外側（真空中）に露出している。ステージホルダ２０の外側でバイアス導入シャフト４０をワークホルダ２１に連結することによって、真空中でワーク１００を回転させることができる。

【0028】

ガンソース部４００からのプラズマ供給方向に面するワーク１００の主面を、上記のように主面の面法線方向を回転軸方向として回転させることによって、ワーク１００の主面に均一に成膜処理することができる。

【0029】

図２に示す成膜装置１では、バイアス電圧がバイアス供給装置１２からプロセスチャンバー１０内に供給される。バイアス供給装置１２は、例えば直流電圧や直流パルス電圧を出力する。バイアス供給装置１２から出力されたバイアス電圧は、プロセスチャンバー１０内でステージホルダ２０を支持する支持部１３の内部を通過し、ステージホルダ２０内に配置されたバイアス用ケーブル１６を伝播する。バイアス用ケーブル１６は絶縁材によって被覆され、更に、プロセスチャンバー１０の壁面やステージホルダ２０の壁面から離間して空中配線されている。

【0030】

なお、図２に示したように、中空である支持部１３の内部ではバイアス用ケーブル１６が絶縁支持部１４によって支持され、バイアス用ケーブル１６が支持部１３の内壁から離間するように配置される。バイアス用ケーブル１６は導体を絶縁材で被覆した構造であり、その外側に絶縁支持部１４が構成される。

【0031】

前述のようにワークホルダ２１を絶縁パイプ３０及びバイアス導入シャフト４０ごと回転させるため、バイアス導入シャフト４０とバイアス用ケーブル１６とは、例えばロータリーコネクタ６０などを用いて電気的に接続することが好ましい。即ち、ワーク１００側の端部３１とは反対側の絶縁パイプ３０の端部３２にロータリーコネクタ６０が配置される。そして、バイアス導入シャフト４０と電気的に接続されたロータリーコネクタ６０とバイアス用ケーブル１６とが電気的に接続される。ロータリーコネクタ６０は絶縁材６５で覆われている。

【0032】

また、成膜装置１は、ステージホルダ２０をプロセスチャンバー１０内で傾ける傾斜機構１５を更に備える。傾斜機構１５は、ステージホルダ２０を支持する支持部１３を、図２に矢印Ａ２で示すように支持部１３の延伸方向を回転軸方向として回転させる。これにより、図６に矢印Ａ６で示すようにステージホルダ２０が傾き、ステージホルダ２０に搭載されたワーク１００の主面の方向が変化する。図６は、支持部１３の延伸する方向から見た図である。

【0033】

傾斜機構１５は、例えばワーク１００の処理対象である主面１０１が図７（ａ）に示すように凸状の曲面を有する場合や、図７（ｂ）に示すように凹状の曲面を有する場合などに有効である。即ち、ワーク１００の主面１０１が曲面である場合などに、主面１０１の特定の領域のみがガンソース部４００からのプラズマ供給方向に向くことを防止できる。これにより、ワーク１００の主面１０１が曲面であっても、主面全体を均一に処理できる。

【0034】

ワーク脱着機構７０やワーク回転機構８０は、例えば図８に示すように、ステージホルダ２０内で回転導入器５０の周囲に配置される。図８は、絶縁パイプ３０及びバイアス導入シャフト４０の延伸方向からみた平面図である。図８では、絶縁パイプ３０やバイアス導入シャフト４０、ステージホルダ２０の断面が円形状である例を示したが、断面が多角形などの他の形状であってもよい。

【0035】

ステージホルダ２０内は大気圧であるため、ワーク脱着機構７０やワーク回転機構８０などを真空仕様にする必要がない。このため、成膜装置１の製造コストを抑制することができる。

【0036】

次に、成膜装置１内部での絶縁性の確保について説明する。以下において、ワーク１００に印加されるバイアス電圧が伝播する経路に含まれる部分を、「バイアス印加部」という。つまり、バイアス導入シャフト４０、ロータリーコネクタ６０、ワークホルダ２１、ワーク１００などはバイアス印加部である。また、ワーク１００の処理工程中に接地電位に設定される部分を、以下において「接地電位部」という。例えば、プロセスチャンバー１０の壁面やステージホルダ２０、支持部１３などは接地電位部である。

【0037】

バイアス印加部と接地電位部との間で絶縁性が保たれないと、バイアス印加部と接地電位部間にリーク電流が流れるなどして、所望の大きさのバイアス電圧をワーク１００に印加できないという問題が生じる。また、バイアス印加部と接地電位部間で異常放電が発生して、ワーク１００やプロセスチャンバー１０内の部品などが破損する場合がある。

【0038】

このため、絶縁パイプ３０によって、バイアス印加部であるバイアス導入シャフト４０はシールドされている。高いバイアス電圧の場合にもバイアス導入シャフト４０をシールドできるように、バイアス電圧の大きさや材料の絶縁破壊電圧などを考慮して、絶縁パイプ３０の材料と厚みを選択する。例えば、絶縁パイプ３０を厚み１０ｃｍ程度のアルミナ材で構成する。

【0039】

また、ワークホルダ２１とステージホルダ２０の間は絶縁ステージ２２によってシールドされている。絶縁ステージ２２についても、バイアス電圧の大きさや材料の絶縁破壊電圧などを考慮して、絶縁ステージ２２の材料と厚みを選択する。例えば、絶縁ステージ２２を厚み２０ｃｍ程度のアルミナ材で構成する。また、ロータリーコネクタ６０を十分な厚みの絶縁材６５でシールドする。

【0040】

上記の絶縁パイプ３０、絶縁ステージ２２、絶縁材６５を、例えば絶縁破壊電圧が１３．０ｋＶ／ｍｍのアルミナで構成する場合、バイアス電圧Ｖ（ｋＶ）として、以下の式（１）が成立するようにアルミナの膜厚ｄ（ｍｍ）を設定する：

ｄ≧Ｖ／１３．０×ｋ ・・・（１）

式（１）で、ｋは安全係数である。ロータリーコネクタ６０を覆う絶縁材６５を十分な厚みにするためには、例えばｋ＝１０とする。

【0041】

また、バイアス印加部の絶縁材に覆われずに露出した箇所と接地電位部との間で絶縁性を保つ必要がある。

【0042】

本発明の実施形態に係るプロセスチャンバー１０によれば、従来技術よりも高いバイアス電圧をワークに印加できること、及び装置サイズの増大を抑制できることを、プロセスチャンバー１０と以下の比較例１〜比較例３との比較によって説明する。

【0043】

図９〜図１１に示したそれぞれ示した比較例１〜比較例３について以下に検討する。比較例１〜比較例３は、ＦＡＤ法を用いた真空アーク蒸着装置などに使用可能なプラズマチャンバーの例である。

【0044】

図９に示した比較例１では、ワーク１００を固定したワークホルダ２１ａに接続する回転軸５０１を真空に維持したプロセスチャンバー１０ａ内に導入するために、回転導入器５０２を使用する。そして、バイアス供給装置５０３から回転導入器５０２にバイアス電圧を供給して、回転導入器５０２の内側に配置された回転軸５０１を介してワークホルダ２１ａ及びワーク１００にバイアス電圧を印加する。

【0045】

図１０に示した比較例２では、ステージホルダ２０ａ内の回転軸５０１の端部に設置したカーボンブラシなどのスリップリング５０４を介することで、ワーク１００にバイアス電圧が印加される。

【0046】

比較例１及び比較例２においては、プロセスチャンバー１０ａ及びステージホルダ２０ａは接地電位部であり、ワークホルダ２１ａや回転導入器５０２はバイアス印加部である。なお、図９〜図１１では、バイアス印加部を太線で図示している。バイアス印加部とプロセスチャンバー１０ａやステージホルダ２０ａとの絶縁性を確保するために、回転導入器５０２とプロセスチャンバー１０ａの間に絶縁材５０５が配置されている。

【0047】

比較例１のように磁性流体シールの回転導入器５０２を介してワーク１００に−１０ｋＶ〜−５０ｋＶ程度のバイアス電圧を印加すると、回転部のベアリングや真空シール部の磁性流の発熱、劣化が生じ、部品が破損する。このため、比較例１の構成では、高いバイアス電圧をワーク１００に印加できない。

【0048】

また、比較例２のようにスリップリング５０４を介してワーク１００に高いバイアス電圧を印加する場合、高電圧用のサイズの大きいスリップリング５０４を使用する必要がある。

【0049】

更に、比較例１や比較例２では、バイアス印加部と接地電位部間の絶縁性を確保するために、回転導入器５０２やワークホルダ２１ａなどのバイアス印加部と接地電位部との間に十分な空間距離及び沿面距離を確保する必要がある。例えば、回転導入器５０２とステージホルダ２０ａ間の距離や、スリップリング５０４とステージホルダ２０ａの壁面間の距離を長くする必要がある。このため、プロセスチャンバー１０ａやステージホルダ２０ａのサイズが大きくなるなどの問題が生じる。

【0050】

図１１に示した比較例３では、ワーク１００を回転させるために回転軸６０１をプロセスチャンバー１０ｂ内部に貫通させる。回転軸６０１は、外部のモータ６０５によって回転される。バイアス供給装置６０４から回転軸６０１にバイアス電圧を供給することによって、軸受け６０２及びギア６０３を介して、ワークホルダ２１ｂ上のワーク１００にバイアス電圧が印加される。

【0051】

比較例３の構成で高いバイアス電圧をワーク１００に印加する場合、真空中に配置される回転軸６０１、軸受け６０２、ギア６０３、ワークホルダ２１ｂに高いバイアス電圧が印加されることになる。このため、回転軸６０１のプロセスチャンバー１０ｂへの導入部に絶縁材６０６が配置され、軸受け６０２がプロセスチャンバー１０ｂに支持される部分に絶縁材６０７が配置されている。また、モータ６０５と回転軸６０１間にインシュレータ６０８が配置されている。そして、バイアス印加部と接地電位部であるプロセスチャンバー１０ｂの内壁面との間に十分な空間距離及び沿面距離を確保する必要がある。その結果、プロセスチャンバー１０ｂのサイズが大きくなるという問題が生じる。

【0052】

上記の比較例の問題点に対して、本発明の実施形態に係るプロセスチャンバー１０では、バイアス印加部と接地電位部間の空間距離及び沿面距離について以下のような対策が取られる。以下の対策は、本発明者らが実験を重ねるなどして得られた新たな知見に基づいて、設定し得たものである。

【0053】

まず、バイアス電圧をＶとして、バイアス印加部と接地電位部間の空間距離Ｙ１について、式（２）の条件が設定される：

Ｙ１（ｍｍ）≧｜Ｖ（ｋＶ）｜×３ ・・・（２）

空間距離Ｙ１は、バイアス印加部と、そのバイアス印加部に直接に対向する接地電位部との間の距離である。

【0054】

例えば、図１２に示すワーク１００とプロセスチャンバー１０の内壁面間の距離Ｄ１が、空間距離Ｙ１の一例である。ワーク１００に−２５ｋＶのバイアス電圧を印加する場合には、距離Ｄ１は７５ｍｍ以上とする。

【0055】

バイアス印加部と接地電位部間の沿面距離Ｙ２について、式（３）の条件が設定される：

Ｙ２（ｍｍ）≧｜Ｖ（ｋＶ）｜×６ ・・・（３）

沿面距離とは、例えばバイアス印加部を覆う絶縁材の端部から絶縁材表面に沿って接地電位部に達するまでの距離である。沿面距離の例を、図１３に示す。

【0056】

図１３に示すように、絶縁パイプ３０の端部３２におけるバイアス導入シャフト４０からパイプ支持部７５までの、絶縁パイプ３０の表面に沿った距離Ｄ２が沿面距離の一例である。また、絶縁パイプ３０の端部３１におけるバイアス導入シャフト４０から回転導入器５０までの、絶縁パイプ３０の表面に沿った距離Ｄ３も沿面距離である。

【0057】

更に、図１４に示すように、ワークホルダ２１からステージホルダ２０までの絶縁ステージ２２の表面及び絶縁パイプ３０の表面に沿った距離Ｄ４も、沿面距離である。

【0058】

距離Ｄ２〜距離Ｄ４は式（３）を満足するように設定される。例えばバイアス電圧が−２５ｋＶの場合は１５０ｍｍ以上、バイアス電圧が−５０ｋＶの場合は３００ｍｍ以上に、距離Ｄ２〜距離Ｄ４が設定される。

【0059】

プロセスチャンバー１０やステージホルダ２０のサイズの増大を抑制しつつ距離Ｄ２を長くするためには、例えば図１５に示すように、絶縁パイプ３０の外側表面に凹凸を形成してもよい。即ち、絶縁パイプ３０の外側をフィン形状にする。

【0060】

また、距離Ｄ４を長くするためには、絶縁ステージ２２を厚くすることが有効である。或いは、絶縁ステージ２２の表面に凹凸を形成してもよい。

【0061】

絶縁パイプ３０の外側表面に形成する凹凸の高低差が大きいほど、バイアス導入シャフト４０の長さを短くできる。また、絶縁ステージ２２の表面に形成する凹凸の高低差が大きいほど、ワークホルダ２１からステージホルダ２０までの距離を短縮できる。例えば、絶縁パイプ３０の端部３２からパイプ支持部７５までの距離は、絶縁パイプ３０の外側表面に凹凸を形成すると１００ｍｍ程度である場合に、凹凸がない場合は２００ｍｍ以上に設定される。凹凸の高低差が大きいほど、成膜装置１を小型化できる。

【0062】

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る成膜装置１では、ワーク１００に印加するバイアス電圧を伝播するバイアス導入シャフト４０が、絶縁パイプ３０によってシールドされている。このため、成膜装置１のサイズ増大を抑制しつつバイアス印加部と接地電位部間の絶縁性を確保して、ワーク１００に高いバイアス電圧を安定して印加できる。更に、空間距離Ｙ１と沿面距離Ｙ２を式（２）、式（３）のように規定することにより、バイアス印加部と接地電位部間の絶縁性を確実に維持できる。装置サイズが同様である場合に、従来構造ではワーク１００に安定して印加できるバイアス電圧は−５００Ｖ程度であるのに対し、成膜装置１によればワーク１００に−３０ｋＶ程度のバイアス電圧を安定して印加できる。

【0063】

例えば、図１に示したアークプラズマ成膜装置によれば、−３０ｋＶ程度の高いバイアス電圧をワーク１００に印加することによって、ワーク１００上に密着性の高い膜を形成することができる。ターゲット２００にカーボンターゲットを用いることにより、ワーク１００にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜などを良好に形成できる。

【0064】

ワーク１００は、例えばレンズの金型や基板などである。−３０ｋＶ程度の高いバイアス電圧をワーク１００に印加可能であり、更にワーク１００を回転させるワーク回転機構８０やワーク１００を傾斜させる傾斜機構１５を有する成膜装置１によれば、表面が曲面の金型にも所望の膜を良好に成膜できる。例えば、耐熱性保護膜としてレンズ金型の表面にカーボン膜を成膜する。

【0065】

また、プロセスチャンバー１０内での異常放電が抑制されるために、処理対象のワーク１００の破損や製品の短寿命化が防止される。表面粗さが低減され、工具や機械部品を処理対象とした場合などに摩擦係数の低減や耐摩擦性の向上を実現できる。

【0066】

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

【0067】

例えば、アークプラズマ成膜装置以外のプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）装置や、プラズマスパッタ装置、プラズマアッシング装置、プラズマエッチング装置などに、本発明の実施形態に係るプロセスチャンバー１０の構成は適用可能である。これらの装置においても、プラズマをワーク１００表面に効果的に引き込むことができる。

【0068】

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

【符号の説明】

【0069】

１…成膜装置
１０…プロセスチャンバー
１３…支持部
１５…傾斜機構
１６…バイアス用ケーブル
２０…ステージホルダ
２１…ワークホルダ
２２…絶縁ステージ
３０…絶縁パイプ
３１、３２…端部
４０…バイアス導入シャフト
５０…回転導入器
６０…ロータリーコネクタ
７０…ワーク脱着機構
８０…ワーク回転機構
１００…ワーク
２００…ターゲット
３００…プラズマ
４００…ガンソース部
４１０…格納室
４２０…放電室
４３０…プラズマ輸送路
４４０…誘導コイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】