JP7653776B2 - 表面処理装置および表面処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、被処理材にプラズマを照射する等の表面処理を行う表面処理装置および表面処理方法に関する。

従来、プラズマを用いて被処理材の表面の洗浄や改質を行うことによって、金属触媒層や官能基等を形成する表面処理装置や、スパッタリング装置を用いて、被処理材の表面に薄膜を形成する表面処理装置が知られている。

例えば、特許文献１に記載された成膜装置では、台車にセットした複数の基板を、成膜装置の内部に搬送して、必要な表面処理を行っている。また、表面処理の一例として、特許文献２に記載されプラズマ処理が知られている。

特開平４－２３１４６４号公報 国際公開第２０１７／１５９８３８号

特許文献１の成膜装置は、大量の被処理材の表面処理を行うのに適した構造を有しており、装置の規模が大きいため、小規模生産から中規模生産には適していなかった。また、被処理材の表面処理を行う際には、スパッタリングや、特許文献２に記載されたプラズマ処理等の異なる種類の表面処理を、１つの装置で行うことができるのが望ましい。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、少量から中量の材料の表面処理を行うのに適した表面処理装置および表面処理方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る表面処理装置は、直立する自身の外周面に被処理材の表面を外側に向けて取り付けた取付部材を載置する載置手段と、前記被処理材が載置された前記載置手段を収容する収容ユニットと、前記載置手段に載置した前記被処理材を、前記収容ユニットに収容される位置まで搬送する搬送手段と、前記収容ユニットの内側に立設して、前記収容ユニットに収容された前記被処理材の表面状態を改質する少なくとも１種類の表面処理を行う表面処理手段と、前記収容ユニットに収容した前記載置手段を、前記被処理材が前記表面処理手段と対向する向きに所定の回転パターンで回転させる第１の回転手段と、前記取付部材を、前記表面処理手段と対向する向きに所定の回転パターンで回転させる第２の回転手段と、を有する回転手段と、を備えて、前記載置手段は、自身が前記収容ユニットに収容された際に、当該収容ユニットを閉鎖する壁部材を備えることを特徴とする。

本発明に係る表面処理装置は、少量から中量の被処理材の表面処理を行うのに適する、という効果を奏する。

図１は、実施形態の表面処理装置の外観図である。 図２は、被処理材載置部の外観図である。 図３は、被処理材を取り付ける取付部材の外観図である。 図４は、被処理材搬送部の作用を説明する図である。 図５は、チャンバーの内部構造の一例を示す図である。 図６は、プラズマ生成装置の構成の一例を示す断面図である。 図７は、スパッタリング装置の構成の一例を示す断面図である。 図８は、表面処理装置が被処理材に施す表面処理の一例を示す図である。 図９は、表面処理装置が被処理材に表面処理を施す際のチャンバー内の圧力変化の一例を示す図である。 図１０は、表面処理装置が被処理材に表面処理を施す際に行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。

以下に、本開示に係る表面処理装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能、且つ、容易に想到できるもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

本開示の実施形態は、例えば樹脂材料で成形された被処理材Ｗ（ワーク）の表面にプラズマを照射することによって、被処理材Ｗの表面に官能基を生成して、その後、官能基の生成によって皮膜の密着性が向上した被処理材Ｗの表面にスパッタリングによって薄膜を形成する表面処理装置１０の例である。なお、被処理材Ｗは、プラスチック樹脂等の樹脂材料で成形された部材である。

［１．表面処理装置の全体構成の説明］
まず、図１を用いて、表面処理装置１０の概略構造を説明する。図１は、実施形態の表面処理装置の外観図である。

図１に示すように、表面処理装置１０は、チャンバー２０と、被処理材載置部３０と、被処理材搬送部４０とを備える。そして、チャンバー２０の奥側には、排気装置５０が備えられる。更に、表面処理装置１０は、図１に示す冷却装置５１と、制御装置５２と、電源供給装置５３と、ガス供給装置５４と、操作盤５５とを備える。

チャンバー２０は、内部に収容した被処理材Ｗに対して表面処理を行う、密閉された反応容器である。なお、チャンバー２０は、本開示における収容ユニットの一例である。

チャンバー２０は直方体の形状をなして、立設した４枚の立壁面のうち１枚の立壁面２０ａの部分が開放された形状を有する。チャンバー２０の他の３枚の立壁面、即ち立壁面２０ｂ、立壁面２０ｃ，立壁面２０ｄには、それぞれ異なる表面処理手段が設置されている。具体的には、立壁面２０ｂにはプラズマ生成装置２１が設置されている。また、立壁面２０ｃと立壁面２０ｄには、それぞれ、スパッタリング装置２２，２３が設置されている。ここで、プラズマ生成装置２１、スパッタリング装置２２，２３の配置条件は問わない。即ち、プラズマ生成装置２１とスパッタリング装置２２，２３は、立壁面２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのいずれに配置してもよい。なお、プラズマ生成装置２１とスパッタリング装置２２，２３は、本開示における表面処理手段の一例である。

スパッタリング装置２２は、被処理材Ｗにスパッタリングを行うことによって、被処理材Ｗに対してめっき加工の下地となる薄膜を形成する表面処理を行う。

プラズマ生成装置２１は、ＨＣＤ（Hollow Cathode Discharge）によってプラズマを生成して、生成されたプラズマを、例えばスパッタリング装置２２によって薄膜が形成された被処理材Ｗに照射することによって、被処理材Ｗの表面処理を行う。より具体的には、被処理材Ｗの表面に、例えば官能基を生成する。これによって、後工程で被処理材Ｗの表面にめっき加工の下地となる薄膜を生成する際の薄膜の密着性を高める。

スパッタリング装置２３は、プラズマ生成装置２１によって表面処理された面に、更に異なる薄膜を形成する表面処理を行う。

なお、本実施の形態では、３枚の立壁面２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにそれぞれ異なる表面処理手段を設けた例を説明するが、設ける表面処理手段の数は問わない。即ち、一つの表面処理手段のみを設けてもよい。また、表面処理手段の種類は、前記したものに限定されない。即ち、前記したものとは異なる表面処理手段を設けてもよい。

被処理材載置部３０は、被処理材Ｗを載置する部位である。被処理材載置部３０の詳細構造について、詳しくは後述する（図２参照）。

被処理材搬送部４０は、被処理材載置部３０を、被処理材Ｗを載置した状態でチャンバー２０に収容する搬送機構である。即ち、被処理材搬送部４０は、図１におけるＸ軸に沿って、被処理材載置部３０を搬送する。なお、被処理材搬送部４０は、本開示における搬送手段の一例である。被処理材搬送部４０の詳細構造について、詳しくは後述する（図４参照）。

チャンバー２０の裏側（Ｙ軸負方向側）には、排気装置５０と、冷却装置５１と、制御装置５２と、電源供給装置５３と、ガス供給装置５４が備えられる。

排気装置５０は、チャンバー２０の内部を減圧して真空状態にする。排気装置５０は、例えば、ロータリーポンプやターボ分子ポンプで構成される。

冷却装置５１は、機器や電源等を冷却する冷却水を生成する。

制御装置５２は、表面処理装置１０全体の制御を行う。

電源供給装置５３は、表面処理装置１０の各部に供給する電源を収容する。

ガス供給装置５４は、チャンバー２０に、成膜用のガス、および反応用のガスを供給する。

また、チャンバー２０のそばには、操作盤５５が備えられる。操作盤５５は、表面処理装置１０に対する操作指示を受け付ける。また、操作盤５５は、表面処理装置１０の動作状態を表示する機能を備える。

［２．被処理材載置部の構成の説明］
次に、図２を用いて、被処理材載置部３０の構成を説明する。図２は、被処理材載置部の外観図である。

被処理材載置部３０は、被処理材Ｗを載置する２つのテーブル３１，３２を備える。テーブル３１は円形状をなして、ＸＹ平面に沿う床面部材３５の上方に、ＸＹ平面に沿う同一平面上に設置される。そして、テーブル３１は、非図示のサーボモータが回転駆動する回転板３１ａの外側面と接触することによって、Ｚ軸に沿うテーブル回転軸３１ｂの周りに回転する。なお、テーブル３１の回転方向は問わない。テーブル回転軸３１ｂは、本開示における回転手段または第１の回転手段の一例である。また、テーブル３１，３２は、本開示における載置手段の一例である。

床面部材３５は、ＹＺ平面に沿って立設する壁部材３３に直交するように固定されている。壁部材３３は、被処理材載置部３０をＸ軸正側に移動させてチャンバー２０に収容した際に、壁部材３３が立壁面２０ａを密閉することによって、チャンバー２０の内部を閉空間にする。

同様に、テーブル３２は円形状をなして、ＸＹ平面に沿う床面部材３６の上方に、ＸＹ平面に沿って設置される。そして、テーブル３２は、非図示のサーボモータが回転駆動する回転板３２ａの外側面と接触することによって、Ｚ軸に沿うテーブル回転軸３２ｂの周りに回転する。なお、テーブル３２の回転方向は問わない。テーブル回転軸３２ｂは、本開示における回転手段または第１の回転手段の一例である。

床面部材３５は、ＹＺ平面に沿って立設する壁部材３４に直交するように固定されている。

壁部材３３，３４の下方には、Ｚ軸に沿う被処理材載置部回転軸３７が設置されている。被処理材載置部回転軸３７は、非図示のサーボモータによって回転駆動されて、被処理材載置部３０全体をＺ軸周りに回転させる。これによって、テーブル３１，３２のいずれか一方が、チャンバー２０に収容される。なお、被処理材載置部回転軸３７は、本開示における選択手段または第３の回転手段の一例である。

なお、テーブル３２がチャンバー２０に収容される場合には、壁部材３４が立壁面２０ａを密閉することによって、チャンバー２０の内部を閉空間にする。

なお、テーブル３１，３２には、非図示のサーボモータによって回転駆動される取付部材回転軸３１ｃ，３２ｃが設置される。取付部材回転軸３１ｃ，３２ｃは、ｚ軸に沿って設置されて、後述する取付部材３８（図３参照）を、被処理材Ｗを取り付けた状態で、Ｚ軸周りに回転させる。なお、取付部材回転軸３１ｃ，３２ｃの回転方向は問わない。なお、取付部材回転軸３１ｃ，３２ｃは、本開示における回転手段または第２の回転手段の一例である。

図２の例では、取付部材回転軸３１ｃ，３２ｃは、テーブル回転軸３１ｂ，３２ｂを中心としてそれぞれ略９０°の間隔で４本設置されている。なお、取付部材回転軸３１ｃ，３２ｃの設置本数は問わない。

［３．取付部材の構成の説明］
次に、図３を用いて、被処理材Ｗを取り付ける構成を説明する。図３は、被処理材を取り付ける取付部材３８の外観図である。

取付部材３８は、被処理材Ｗを取り付けた状態で実施形態の表面処理装置１０は、に載置される。図３の例では、取付部材３８は、正６角柱状に成形されて、各側面に、被処理材Ｗを３枚ずつ取付可能とされている。即ち、一つの取付部材３８に１８枚の被処理材Ｗを取付可能である。

取付部材３８は、当該取付部材３８の中心軸３８ａが取付部材回転軸３１ｃ，３２ｃと一致するように、テーブル３１，３２に設置される。即ち、図２の構成の被処理材載置部３０には、テーブル３１，３２に、それぞれ最大７２枚の被処理材Ｗが取付可能である。なお、取付部材３８の形状は、図３に示す例に限定されるものではない。このようにして取り付けられた被処理材Ｗの表面が、表面処理装置１０によって表面処理される。

なお、表面処理を行っている間、取付部材３８は、中心軸３８ａ（取付部材回転軸３１ｃ）の周りを自転しながら、当該取付部材３８は、テーブル３１（またはテーブル３２）のテーブル回転軸３１ｂ（またはテーブル回転軸３２ｂ）の周りを公転する。これによって、被処理材Ｗの表面は、所定時間毎にプラズマ生成装置２１またはスパッタリング装置２２，２３と対向する（平行になる、向かい合う）ため、表面が均一に処理される。なお、取付部材３８の自転速度、公転速度、および自転方向、公転方向は、所定の回転パターンで任意に設定することができるため、実行する表面処理の種類や被処理材Ｗの種類等に応じて、適宜設定される。例えば、被処理材Ｗを一定の回転数で自転および公転させてもよい。また、被処理材Ｗを、当該被処理材Ｗが表面処理手段と対向したときに、所定時間の間、自転および公転を停止させてもよい。また、被処理材Ｗは自転のみ、あるいは公転のみさせてもよい。

なお、取付部材３８の形態は、図３に示す例に限定されない。例えば、取付部材３８を板状部材として、当該板状部材の両面にそれぞれ複数の被処理材Ｗを取り付けて、板状部材に設けた中心軸３８ａを取付部材回転軸３１ｃ（３２ｃ）の周りに回転させながら、テーブル回転軸３１ｂ（３１ｃ）の周りに回転させてもよい。また、取付部材回転軸３１ｃ（３２ｃ）の回転を停止させて、取付部材３８をテーブル回転軸３１ｂ（３１ｃ）のみの周りに回転させてもよい。また、被処理材Ｗを直接テーブル３１（３２）に設置してもよい。

［４．被処理材搬送部の構成の説明］
次に、図４を用いて、被処理材搬送部４０の構成を説明する。図４は、被処理材搬送部の作用を説明する図である。

図４（ａ）に示すように、被処理材搬送部４０は、支持台４１と、溝部４２を備える。支持台４１は、被処理材載置部３０を支持する。溝部４２は、被処理材載置部３０をＸ軸に沿って搬送させる際に、被処理材載置部回転軸３７が通過する隙間である。

図４（ｂ）は、被処理材載置部３０が図４（ａ）の状態にあるときに、被処理材搬送部４０が、被処理材載置部３０をＸ軸正方向に搬送させて、テーブル３１をチャンバー２０に収容した状態を示す図である。このとき、図４（ｂ）に示すように、テーブル３１と、回転板３１ａと、床面部材３５とがチャンバー２０に収容される。そして、チャンバー２０の立壁面２０ａは、壁部材３３によって密閉される。

図４（ｃ）は、被処理材載置部３０が図４（ａ）の状態にあるときに、被処理材載置部回転軸３７を１８０°回転させて、被処理材搬送部４０が、被処理材載置部３０をＸ軸正方向に搬送させて、テーブル３２をチャンバー２０に収容した状態を示す図である。このとき、図４（ｃ）に示すように、テーブル３２と、回転板３２ａと、床面部材３６とがチャンバー２０に収容される。そして、チャンバー２０の立壁面２０ａは、壁部材３４によって密閉される。

なお、図４（ｂ）の状態にあるときに、表面処理装置１０は、テーブル３１に載置された被処理材Ｗに対して表面処理を行う。このとき、作業者は、次に表面処理を行う被処理材Ｗを、取付部材３８に取り付けて、被処理材Ｗを取り付けた取付部材３８をテーブル３２に載置する。

また、図４（ｃ）の状態にあるときに、表面処理装置１０は、テーブル３２に載置された被処理材Ｗに対して表面処理を行う。このとき、作業者は、表面処理が終了した被処理材Ｗを、テーブル３１に載置された取付部材３８から取り外す。

［５．チャンバーの内部構造の説明］
次に、図５を用いて、チャンバー２０の内部構造を説明する。図５は、チャンバー２０の内部構造を示す図である。

チャンバー２０の内部にはシャッター４５が設置されている。シャッター４５は、チャンバー２０の立壁面のうち１面に面する側のみが開口部とされたＣ字状をなして、チャンバー２０の天面に設置されたサーボモータ４６によって回転駆動される。なお、シャッター４５は、テーブル３１（３２）および取付部材３８の回転と干渉しないように設置される。これによって、シャッター４５は、被処理材Ｗの表面処理を行うプラズマ生成装置２１、スパッタリング装置２２，２３のうち、動作中の装置以外の電極面を遮蔽する。また、チャンバー２０にテーブル３１（３２）を出し入れする際には、シャッター４５の開口部を立壁面２０ａの方向に向ける。

シャッター４５は、複数の表面処理手段のうちの一つが被処理材Ｗに対して表面処理を行う際に、当該表面処理手段以外の表面処理手段の表面を遮蔽する。なお、シャッター４５は本開示における遮蔽部材の一例である。

なお、シャッター４５の構成は、図５の構成に限定されるものではない。例えば、立壁面２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの壁面に、それぞれ、細長い複数の板状部材をルーバー状に設置して、これらの板状部材を上方に引き上げることによって、表面処理を行う電極面のみを露出させる構造としてもよい。

［６．プラズマ生成装置の構成の説明］
次に、図６を用いて、プラズマ生成装置２１の構成を説明する。図６は、プラズマ生成装置の構成の一例を示す断面図である。

プラズマ生成装置２１は、プラズマを生成する際に用いる、アルゴン等のガスを供給するガス供給管６６と、高周波電圧によって、ガス供給管６６から供給されたガスよりプラズマを生成する一対の板状導体部６０，６２とを有する。

ガス供給管６６は、支持板６４の厚さ方向に支持板６４を貫通しており、ガス供給管取付部材５８によって支持板６４に取り付けられている。また、ガス供給管６６の内部には、ガス供給管６６の延在方向に沿うガス流路５６が形成されており、当該ガス流路５６を介して、チャンバー２０の外側からチャンバー２０内にガスを供給する。なお、ガス供給管６６の、支持板６４の外側（チャンバー２０の外側）の端部には、ガス供給管６６にガスを供給するガス供給部７８が接続されており、ガス供給管６６の他端側（チャンバー２０の内側）の端部には、ガス流路５６を流れたガスをチャンバー２０内に導入する孔であるガス供給孔５７が形成されている。ガス供給部７８には、質量流量計に流量制御の機能を持たせたマスフローコントローラ（ＭＦＣ）７６を介してガスが供給される。

一対の板状導体部６０，６２は、いずれも平板状に形成されており、アルミニウムなどの金属板、或いはその他の導体板を平行に配置することにより形成されている。板状導体部６０，６２は、支持板７７によって支持されている。支持板７７は、例えば、ガラス、セラミック等の絶縁材料により形成されている。支持板７７は、板の一面側の外周付近の全周に亘って凸部が形成された形状で形成されている。換言すると、支持板７７は、一面側に支持板７７の外周に沿って凹んだ凹部６７が形成された、板状の形状で形成されている。

支持板７７は、凹部６７が形成されていない側の面が支持板６４に対向し、凹部６７が形成されている側の面が、支持板６４が位置する側の反対側に位置する向きで配置され、支持部材５９によって支持されている。支持部材５９は、円筒状の部材と、当該円筒状の部材の両端に位置する取付部材とを有し、一端側の取付部材が支持板６４に取り付けられ、他端側の取付部材が支持板７７に取り付けられている。

支持板６４を貫通するガス供給管６６は、支持部材５９における円筒状の部材の内側を通って支持板７７の位置まで延び、支持板７７を貫通している。そして、ガス供給管６６に形成されるガス供給孔５７は、支持板７７における凹部６７が形成される部分に配置される。

一対の板状導体部６０，６２は、支持板７７における凹部６７が形成されている側に、凹部６７を覆って配置されている。その際、一対の板状導体部６０，６２は、双方の間の外周付近にスペーサ６３が配置され、スペーサ６３を介して重ねられている。スペーサ６３を介して重ねられる一対の板状導体部６０，６２における、スペーサ６３以外の部分において、板状導体部６０と板状導体部６２とは互いに離間しており、空隙部６１を形成している。空隙部６１の間隔は、プラズマ生成装置２１において導入するガスや供給する電力の周波数、さらには電極のサイズ等に応じて適宜設定するのが好ましいが、例えば、３ｍｍ～１２ｍｍ程度である。

一対の板状導体部６０，６２は、スペーサ６３を介して重ねられた状態で、板状導体部６０，６２を保持するための部材である保持部材７９によって保持されている。つまり、保持部材７９は、板状導体部６０，６２における支持板７７が位置する側の反対側に配置され、保持部材７９と支持板７７とによって板状導体部６０、６２を挟む状態で支持板７７に取り付けられている。

一対の板状導体部６０，６２は、このように支持板７７における凹部６７を覆って配置されており、保持部材７９によって保持された状態において、支持板７７の凹部６７と、板状導体部６０，６２と、の間には空間が形成される。

重ねて配置された一対の板状導体部６０，６２のうち、板状導体部６２が支持板７７側に配置され、板状導体部６０が保持部材７９側に配置される場合は、この空間は、支持板７７の凹部６７と板状導体部６２とによって区画される。このように形成される空間は、ガス供給管６６により供給されるガスが導入されるガス導入部８０として形成される。ガス供給管６６のガス供給孔５７は、ガス導入部８０に位置してガス導入部８０に向けて開口している。ガス導入部８０は、支持板７７と板状導体部６２とが密接して取り付けられることにより区画されている。

また、一対の板状導体部６０，６２には、厚さ方向に貫通する貫通孔６９，７０が、それぞれ多数形成されている。即ち、ガス供給管６６により供給されるガスの流入側に位置する板状導体部６２には、板状導体部６２の厚さ方向に見た場合にマトリクス状に所定の間隔で複数の貫通孔７０が形成されており、ガス供給管６６により供給されるガスの流出側に位置する板状導体部６０には、板状導体部６０の厚さ方向に見た場合にマトリクス状に所定の間隔で複数の貫通孔６９が形成されている。

板状導体部６０の貫通孔６９と、板状導体部６２の貫通孔７０とは、それぞれ円筒形状の孔であり、双方の貫通孔６９，７０は、同軸上に配置されている。即ち、板状導体部６０の貫通孔６９と、板状導体部６２の貫通孔７０とは、各貫通孔の中心が揃った位置に配置されている。このうち、板状導体部６０の貫通孔６９は、ガス流入側の板状導体部６２の貫通孔７０よりも径が小さくなっている。このように一対の板状導体部６０，６２には、複数の貫通孔６９，７０が形成されてホロー電極構造となり、これら複数の貫通孔６９，７０を介して、生成されたプラズマガスが高密度で流れる。

平行平板型の板状導体部６０，６２の間には、空隙部６１が介在するが、空隙部６１は静電容量を有するコンデンサとして機能する。そして、支持板７７及び板状導体部６０，６２には、導電性の部材によって導電部（図示省略）が形成されて、当該導電部によって支持板７７は接地７５され、板状導体部６２も接地７５されている。また、高周波電源（ＲＦ）７４は、一方の端部が接地７５され、高周波電源７４の他方の端部は、静電容量等を調整してプラズマとの整合性を得るためのマッチングボックス（ＭＢ）７３を介して板状導体部６０と導通する。従って、高周波電源７４を稼働させた場合には、例えば１３．５６ＭＨｚなどの所定の周波数で板状導体部６０の電位がプラスとマイナスに振れる。

そして、貫通孔７０から流出したプラズマガスによって、チャンバー２０内の被処理材Ｗの成膜や洗浄等の表面処理が行われる。

［７．スパッタリング装置の構成の説明］
次に、図７を用いて、スパッタリング装置２２の構成を説明する。図７は、スパッタリング装置の構成の一例を示す断面図である。なお、スパッタリング装置２３は、スパッタリング装置２２と同じ構成を有するため、ここでは、スパッタリング装置２２についてのみ説明する。

スパッタリング装置２２は、冷却水が流れる冷却水管８１と、磁界を発生させるマグネット８４と、マグネット８４で発生させた磁界の内部で、ガス供給装置５４（図１参照）から供給されて、非図示のガス流入部から流入させた不活性ガス（例えばアルゴン）をイオン化させて衝突させることにより、成膜に用いる原子をはじき出すターゲット８７と、ターゲット８７を冷却する冷却ジャケット８５と、マグネット８４とターゲット８７と冷却ジャケット８５とを支持する支持板８３とを有している。冷却水管８１は、支持板８３を貫通している。なお、ターゲット８７は、例えば銅板であり、ターゲット８７からはじき出された銅原子が被処理材Ｗの表面に密着することによって、被処理材Ｗの表面に銅の薄膜が形成される。

冷却水管８１の内部には、冷却水管８１の延在方向に沿う冷却水路８２が形成されている。なお、図７には示さないが、冷却水路８２は、チャンバー２０の外部から冷却ジャケット８５に、冷却のための冷却水を供給する水路と、冷却ジャケット８５からチャンバー２０の外部に、冷却に用いた冷却水を排出する水路とを備える。このようにして、冷却水管８１は、チャンバー２０の外側と、チャンバー２０内に配置される冷却ジャケット８５との間で、冷却水を循環させる。なお、冷却水管８１の、チャンバー２０の外側の端部には、図７に非図示の、冷却水の流入路および排出路が接続されている。一方、冷却水管８１の他端側（チャンバー２０の内側）の端部は、冷却ジャケット８５に接続されている。冷却ジャケット８５は、内部に冷却水の流路が形成され、冷却水が流れる。これにより、チャンバー２０の外側と、冷却ジャケット８５との間で、冷却水が循環する。なお、冷却水は、前記した冷却装置５１（図１参照）から供給される。

支持板８３は、マグネット８４と冷却ジャケット８５とターゲット８７とを重ねた状態で支持する。詳しくは、支持板８３、マグネット８４、冷却ジャケット８５、ターゲット８７は、いずれも板状の形状で形成されており、マグネット８４、冷却ジャケット８５、ターゲット８７よりも、支持板８３の方が、平面視における形状が大きい形状で形成されている。このため、マグネット８４と冷却ジャケット８５とターゲット８７とは、支持板８３側からマグネット８４、冷却ジャケット８５、ターゲット８７の順で重ねられた状態で、ターゲット８７における冷却ジャケット８５側の面の反対側の面の外周付近を保持部材８８によって支持されることにより、支持板８３と保持部材８８によって保持されている。また、保持部材８８によって保持されるマグネット８４、冷却ジャケット８５、ターゲット８７は、外周部分も保持部材８８に囲まれた状態で保持されている。

その際に、支持板８３とマグネット８４との間には、絶縁材８６が配置されており、絶縁材８６は、マグネット８４の平面視における外周部分にも配置されている。つまり、絶縁材８６は、支持板８３とマグネット８４との間と、マグネット８４と保持部材８８との間に配置されている。このため、マグネット８４は、絶縁材８６を介して、支持板８３と保持部材８８とによって保持されている。

スパッタリング装置２２は、被処理材Ｗの表面に薄膜を形成する、所謂スパッタリングを行う。スパッタリング装置２２がスパッタリングを行う際には、チャンバー２０の内部を排気装置５０（図１参照）によって減圧した後、チャンバー２０の内部に、ガス供給装置５４（図１参照）からスパッタリングに用いるガスを流入させる。そして、スパッタリング装置２２のマグネット８４が発生した磁界によって、チャンバー２０内のガスをイオン化させて、ターゲット８７にイオンを衝突させる。これによって、ターゲット８７の表面から、ターゲット８７の原子をはじき出す。

例えばターゲット８７にアルミニウムを用いた場合、ターゲット８７の近傍でイオン化されたガスのイオンがターゲット８７に衝突した際に、ターゲット８７は、アルミニウムの原子をはじき出す。ターゲット８７からはじき出されたアルミニウムの原子は、Ｘ軸負方向に向かう。チャンバー２０内のターゲット８７の表面に対向する位置には被処理材Ｗが位置するため、ターゲット８７からはじき出されたアルミニウムの原子は、被処理材Ｗに向かって移動して被処理材Ｗに密着し、被処理材Ｗの表面に堆積する。これにより、被処理材Ｗの表面には、ターゲット８７を形成する物質に応じた薄膜が形成される。

［８．具体的な表面処理の説明］
次に、図８，図９を用いて、本実施形態の表面処理装置１０が行う表面処理の具体例を説明する。図８は、表面処理装置が被処理材に施す表面処理の一例を示す図である。図９は、表面処理装置が被処理材に表面処理を施す際のチャンバー内の圧力変化の一例を示す図である。

本実施形態において、表面処理装置１０は、被処理材Ｗの片面に、例えば、光学部品の一例であるミラー９０を生成する。ミラー９０は、可視光領域（４００～８００ｎｍ）の全域に亘って略一定の反射率を有する。

まず、表面処理装置１０は、スパッタリング装置２２を動作させることによって、被処理材Ｗの表面にアルミニウム（Ａｌ）の薄膜であるＡｌ層９０ａを生成する。このとき、チャンバー２０の内部は、図９に示すように、時刻ｔ０においてチャンバー２０内を圧力Ｐ０（例えば１０^－２から１０^－３Ｐａ）に減圧された状態から、ガスを流入させることによって圧力Ｐ１に加圧された状態で、アルミニウムのスパッタリングを行う。圧力Ｐ１は、例えば２０Ｐａである。スパッタリングの完了後、チャンバー２０内は時刻ｔ１において再び圧力Ｐ０に減圧される。このとき、ターゲット８７にはアルミニウムが使用される。なお、図９において、縦軸は圧力Ｐを示すが、下方ほど減圧された状態を示している。

スパッタリングが行われている間、表面処理装置１０は、取付部材３８を自転させながら、テーブル３１（またはテーブル３２）によって公転させることによって、被処理材Ｗの表面に均一なＡｌ層９０ａを生成させる。なお、自転速度、公転速度、自転方向、公転方向は問わず、Ａｌ層９０ａの生成条件等に応じて設定される。

次に、表面処理装置１０は、プラズマ生成装置２１を動作させることによって、被処理材ＷのＡｌ層９０ａの表面に、ＳｉＯ_２層９０ｂを生成する。このとき、チャンバー２０の内部は、時刻ｔ１においてチャンバー２０内を圧力Ｐ０に減圧された状態から、ガスを流入させることによって圧力Ｐ２に加圧された状態で、ＳｉＯ_２層９０ｂ（重合膜）を生成する。なお、圧力Ｐ２は、圧力Ｐ１よりも高い圧力に設定される。圧力Ｐ２は、例えば３０Ｐａである。ＳｉＯ_２層９０ｂの生成後、チャンバー２０内は時刻ｔ２において再び圧力Ｐ０に減圧される。

ＳｉＯ_２層９０ｂの生成が行われている間、表面処理装置１０は、取付部材３８を自転させながら、テーブル３１（またはテーブル３２）によって公転させることによって、被処理材Ｗの表面に均一なＳｉＯ_２層９０ｂを生成させる。被処理材Ｗの自転速度、公転速度、自転方向、公転方向は問わず、ＳｉＯ_２層９０ｂの生成条件等に応じて設定される。なお、ＳｉＯ_２層９０ｂを生成するために、チャンバー２０内には、成膜ガスとして、例えば水蒸気とシラン系ガスとが流入される。

次に、表面処理装置１０は、スパッタリング装置２３を動作させることによって、被処理材ＷのＳｉＯ_２層９０ｂの表面に酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_Ｘ）の薄膜であるＮｂ_２Ｏ_Ｘ層９０ｃを生成する。このとき、チャンバー２０の内部は、時刻ｔ２においてチャンバー２０内を圧力Ｐ０に減圧された状態から、ガスを流入させることによって圧力Ｐ１に加圧された状態で、Ｎｂ_２Ｏ_Ｘのスパッタリングを行う。このとき、ターゲット８７には酸化ニオブが使用される。そして、スパッタリングの完了後、チャンバー２０内は時刻ｔ３において再び圧力Ｐ０に減圧される。

スパッタリング行われている間、表面処理装置１０は、取付部材３８を自転させながら、テーブル３１（またはテーブル３２）を公転させることによって、被処理材Ｗの表面に均一なＮｂ_２Ｏ_Ｘ層９０ｃを生成させる。なお、自転速度、公転速度、自転方向、公転方向は問わず、Ｎｂ_２Ｏ_Ｘ層９０ｃの生成条件等に応じて設定される。

なお、被処理材Ｗの表面処理の開始前および表面処理の完了後には、チャンバー２０が開放されて、チャンバー２０内の圧力は大気圧と等しくなる。

なお、表面処理装置１０が生成するＡｌ層９０ａ、ＳｉＯ_２層９０ｂ、Ｎｂ_２Ｏ_Ｘ層９０ｃの順序は、上記した例に限定されるものではない。即ち、被処理材Ｗの表面にＳｉＯ_２層９０ｂを生成した後で、ＳｉＯ_２層９０ｂの表面にＡｌ層９０ａを生成し、Ａｌ層９０ａの表面にＮｂ_２Ｏ_Ｘ層９０ｃを生成してもよい。また、Ａｌ層９０ａ、ＳｉＯ_２層９０ｂ、Ｎｂ_２Ｏ_Ｘ層９０ｃを生成した後で、Ｎｂ_２Ｏ_Ｘ層９０ｃの上に、更にＳｉＯ_２層９０ｂとＮｂ_２Ｏ_Ｘ層９０ｃを生成してもよい。

［９．表面処理装置が行う処理の流れの説明］
次に、図１０を用いて、表面処理装置１０が行う処理の流れを説明する。図１０は、表面処理装置が被処理材に表面処理を施す際に行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、被処理材Ｗを取り付けた取付部材３８を、テーブル３１に載置する（ステップＳ１１）。

被処理材搬送部４０は、テーブル３１をチャンバー２０に収容する（ステップＳ１２）。なお、このときシャッター４５の開口部は、開放された立壁面２０ａの方向に向けられている。ステップＳ１２が完了した後で、表面処理装置１０が表面処理を行っている間に、チャンバー２０の外部にあるテーブル３２に、次に表面処理を行う被処理材Ｗを取り付けた取付部材３８を載置してもよい。

操作盤５５の指示によって、サーボモータ４６を回転させて、シャッター４５の開口部を立壁面２０ｃの方向、即ちスパッタリング装置２２の方向に向ける（ステップＳ１３）。

排気装置５０は、チャンバー２０内を圧力Ｐ０まで減圧する（ステップＳ１４）。

ガス供給装置５４は、チャンバー内にガスを供給して圧力Ｐ１まで加圧する（ステップＳ１５）。

操作盤５５の指示によって、テーブル３１および取付部材３８を回転させる（ステップＳ１６）。

スパッタリング装置２２は、被処理材Ｗの表面にＡｌ層９０ａを生成する（ステップＳ１７）。

操作盤５５の指示によって、テーブル３１および取付部材３８の回転を停止させる（ステップＳ１８）。

排気装置５０は、チャンバー２０内を圧力Ｐ０まで減圧する（ステップＳ１９）。

操作盤５５の指示によって、サーボモータ４６を回転させて、シャッター４５の開口部を立壁面２０ｂの方向、即ちプラズマ生成装置２１の方向に向ける（ステップＳ２０）。

ガス供給装置５４は、チャンバー内にガスを供給して圧力Ｐ２まで加圧する（ステップＳ２１）。

操作盤５５の指示によって、テーブル３１および取付部材３８を回転させる（ステップＳ２２）。

プラズマ生成装置２１は、Ａｌ層９０ａの表面にＳｉＯ_２層９０ｂを生成する（ステップＳ２３）。

操作盤５５の指示によって、テーブル３１および取付部材３８の回転を停止させる（ステップＳ２４）。

排気装置５０は、チャンバー２０内を圧力Ｐ０まで減圧する（ステップＳ２５）。

操作盤５５の指示によって、サーボモータ４６を回転させて、シャッター４５の開口部を立壁面２０ｃの方向、即ちスパッタリング装置２３の方向に向ける（ステップＳ２６）。

ガス供給装置５４は、チャンバー内にガスを供給して圧力Ｐ１まで加圧する（ステップＳ２７）。

操作盤５５の指示によって、テーブル３１および取付部材３８を回転させる（ステップＳ２８）。

スパッタリング装置２２は、ＳｉＯ_２層９０ｂの表面にＮｂ_２Ｏ_Ｘ層９０ｃを生成する（ステップＳ２９）。

操作盤５５の指示によって、テーブル３１および取付部材３８の回転を停止させる（ステップＳ３０）。

排気装置５０は、チャンバー２０内を圧力Ｐ０まで減圧する（ステップＳ３１）。

操作盤５５の指示によって、排気装置５０を停止させて、非図示の圧力調整用バルブを開くことによってチャンバー２０の周囲の空気をチャンバー２０内に取り込み、チャンバー内を大気に開放する（ステップＳ３２）。

被処理材搬送部４０は、テーブル３１をチャンバー２０から排出する（ステップＳ３３）。

取付部材３８から、表面処理が完了した被処理材Ｗが取り出される（ステップＳ３４）。

なお、図１０のフローチャートには記載しないが、その後、被処理材載置部回転軸３７を回転させて、テーブル３２をチャンバー２０の方向に向け、上記した各処理を繰り返して行ってもよい。

また、上記した一連の処理は、操作者の指示に基づいて実行してもよいし、予め作成したシーケンスに沿って自動的に実行するようにしてもよい。

以上説明したように、実施形態の表面処理装置１０は、被処理材Ｗを載置したテーブル３１，３２（載置手段）を、被処理材搬送部４０（配送手段）がチャンバー２０（収容ユニット）に収容する。そして、テーブル回転軸３１ｂ，３２ｂ（回転手段）と取付部材回転軸３１ｃ，３２ｃ（回転手段）は、被処理材載置部３０をチャンバー２０に収容した状態で、被処理材Ｗを、プラズマ生成装置２１（表面処理手段）またはスパッタリング装置２２，２３（表面処理手段）と対向する向きに、所定の回転パターンで回転させる。したがって、少量から中量の被処理材Ｗの表面処理を行うのに適する表面処理装置を提供することができる。

また、実施形態の表面処理装置１０において、テーブル３１，３２（載置手段）は、当該被処理材載置部３０をチャンバー２０に収容した際に、チャンバー２０を閉鎖する壁部材３３，３４を備える。したがって、チャンバー２０の内部への被処理材Ｗの収容と、チャンバー２０の密閉動作とを、一連の操作で連続して実行することができる。

また、実施形態の表面処理装置１０において、テーブル回転軸３１ｂ，３２ｂ（第１の回転手段）は、被処理材載置部３０（載置手段）を、当該被処理材載置部３０に載置した被処理材Ｗが、プラズマ生成装置２１（表面処理手段）またはスパッタリング装置２２，２３（表面処理手段）と対向する向きに回転させる。また、取付部材回転軸３１ｃ，３２ｃ（第２の回転手段）は、被処理材載置部３０（載置手段）に載置した被処理材Ｗを、プラズマ生成装置２１（表面処理手段）またはスパッタリング装置２２，２３（表面処理手段）と対向する向きに回転させる。したがって、被処理材Ｗの表面を均一に表面処理することができる。

また、実施形態の表面処理装置１０において、テーブル回転軸３１ｂ，３２ｂ（第１の回転手段）または取付部材回転軸３１ｃ，３２ｃ（第２の回転手段）の少なくとも一つは、被処理材Ｗを所定の回転パターンで回転させる。したがって、被処理材Ｗの種類や表面処理の種類に応じた回転パターンを設定することができる。

また、実施形態の表面処理装置１０は、テーブル３１，３２（載置手段）を複数備えて、被処理材載置部回転軸３７（選択手段）が、テーブル３１，３２の中から、チャンバー２０（収容ユニット）に収容するテーブルを一つ選択する。したがって、被処理材Ｗの表面処理を行っている最中に、チャンバー２０の外部に置かれたテーブルに、次に処理する被処理材Ｗを取り付けることができる。このため、時間を効率的に利用することができる。

また、実施形態の表面処理装置１０において、被処理材載置部回転軸３７（第３の回転手段）は、同一水平面に設置された複数のテーブル３１，３２を、チャンバー２０（収容ユニット）の収容口に面する位置まで回転させる。したがって、テーブル３１，３２の入れ替えを容易に行うことができる。

また、実施形態の表面処理装置１０において、被処理材Ｗは、テーブル３１，３２（載置手段）に載置される取付部材３８に取り付けられる。したがって、処理したい量の被処理材Ｗを、容易に設置することができる。

また、実施形態の表面処理装置１０は、被処理材Ｗにプラズマを照射することにより、当該被処理材の表面処理を行うプラズマ生成装置２１（表面処理手段）を備える。したがって、被処理材Ｗの表面に官能基を生成することによって、後工程で形成する薄膜の密着性を向上させることができる。

また、実施形態の表面処理装置１０は、被処理材Ｗにスパッタリングを行うスパッタリング装置２２，２３（表面処理手段）を備える。したがって、被処理材Ｗの表面に、所望の薄膜を形成することができる。

また、実施形態の表面処理装置１０は、複数の表面処理手段（プラズマ生成装置２１、スパッタリング装置２２，２３）のうちの一つが被処理材Ｗに対して表面処理を行う際に、当該表面処理手段以外の表面処理手段を遮蔽するシャッター４５（遮蔽手段）を備える。したがって、被処理材Ｗに対して表面処理を行っていない表面処理の電極面を保護することができる。

１０…表面処理装置、２０…チャンバー（収容ユニット）、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ…立壁面、２１…プラズマ生成装置（表面処理手段）、２２，２３…スパッタリング装置（表面処理手段）、３０…被処理材載置部、３１，３２…テーブル（載置手段）、３１ａ，３２ａ…回転板、３１ｂ，３２ｂ…テーブル回転軸（回転手段、第１の回転手段）、３１ｃ，３２ｃ…取付部材回転軸（回転手段、第２の回転手段）、３３，３４…壁部材、３５，３６…床面部材、３７…被処理材載置部回転軸（選択手段、第３の回転手段）、３８…取付部材、４０…被処理材搬送部（搬送手段）、４１…支持台、４２…溝部、４５…シャッター（遮蔽部材）、５０…排気装置、５１…冷却装置、５２…制御装置、５３…電源供給装置、５４…ガス供給装置、５５…操作盤、５６…ガス流路、５７…ガス供給孔、５８…ガス供給管取付部材、５９…支持部材、６０，６２…板状導体部、６１…空隙部、６３…スペーサ、６４，７７…支持板、６６…ガス供給管、６７…凹部、６９，７０…貫通孔、７３…マッチングボックス（ＭＢ）、７４…高周波電源（ＲＦ）、７５…接地、７６…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、７８…ガス供給部、７９…保持部材、８０…ガス導入部、８１…冷却水管、８２…冷却水路、８３…支持板、８４…マグネット、８５…冷却ジャケット、８６…絶縁材、８７…ターゲット、８８…保持部材、９０…ミラー、９０ａ…Ａｌ層、９０ｂ…ＳｉＯ_２層、９０ｃ…Ｎｂ_２Ｏ_Ｘ層、Ｐ１，Ｐ２…圧力、Ｗ…被処理材

Claims (9)

1. 直立する自身の外周面に被処理材の表面を外側に向けて取り付けた取付部材を載置する載置手段と、
   前記被処理材が載置された前記載置手段を収容する収容ユニットと、
   前記載置手段に載置した前記被処理材を、前記収容ユニットに収容される位置まで搬送する搬送手段と、
   前記収容ユニットの内側に立設して、前記収容ユニットに収容された前記被処理材の表面状態を改質する少なくとも１種類の表面処理を行う表面処理手段と、
   前記収容ユニットに収容した前記載置手段を、前記被処理材が前記表面処理手段と対向する向きに所定の回転パターンで回転させる第１の回転手段と、前記取付部材を、前記表面処理手段と対向する向きに所定の回転パターンで回転させる第２の回転手段と、を有する回転手段と、を備えて、
   前記載置手段は、自身が前記収容ユニットに収容された際に、当該収容ユニットを閉鎖する壁部材を備える、
   表面処理装置。
2. 前記第１の回転手段および前記第２の回転手段の少なくとも一つは、前記被処理材を所定の回転パターンで回転させる、
   請求項１に記載の表面処理装置。
3. 前記載置手段を複数備えて、
   複数の前記載置手段の中から、前記収容ユニットに収容する載置手段を一つ選択する選択手段を更に備える、
   請求項１または請求項２に記載の表面処理装置。
4. 前記選択手段は、
   同一水平面に設置された複数の前記載置手段を、前記収容ユニットの収容口に面する位置まで回転させる第３の回転手段を備える、
   請求項３に記載の表面処理装置。
5. 前記被処理材は、前記載置手段に載置される取付部材に取り付けられる、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の表面処理装置。
6. 前記表面処理手段は、
   前記被処理材にプラズマを照射することにより、当該被処理材の表面処理を行うプラズマ生成装置である、
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の表面処理装置。
7. 前記表面処理手段は、
   前記被処理材にスパッタリングを行うスパッタリング装置である、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の表面処理装置。
8. 複数の前記表面処理手段のうちの一つが前記被処理材に対して表面処理を行う際に、当該表面処理手段以外の表面処理手段を遮蔽する遮蔽部材を更に備える、
   請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の表面処理装置。
9. 直立する自身の外周面に被処理材の表面を外側に向けて取り付けた取付部材を載置した載置手段を、自身の内側に、収容された前記被処理材の表面状態を改質する少なくとも１種類の表面処理を行う表面処理手段が立設された収容ユニットに収容して、前記載置手段が備える壁部材で前記収容ユニットを閉鎖した状態で、前記載置手段を、前記被処理材が前記表面処理手段と対向する向きに所定の回転パターンで回転させる第１の回転手段と、前記取付部材を、前記表面処理手段と対向する向きに所定の回転パターンで回転させる第２の回転手段と、によって回転させることによって、前記被処理材に対して表面処理を行う、
   表面処理方法。

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