JPH06220618A

JPH06220618A - 真空成膜装置及びその構成部品の表面処理方法

Info

Publication number: JPH06220618A
Application number: JP2181393A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Suzuki; 一孝鈴木; Michio Nagase; 道夫長瀬
Original assignee: Vacuum Metallurgical Co Ltd
Current assignee: Vacuum Metallurgical Co Ltd
Priority date: 1993-01-14
Filing date: 1993-01-14
Publication date: 1994-08-09

Abstract

(57)【要約】［目的］真空容器内における膜の成膜時に、基板以外
に意に反して膜が成膜されてしまう成膜部品から、基板
に膜が落ちないようにする。［構成］スパッタ成膜装置１の真空容器２内に開閉自
在のシャッター１９を介在させて、陰極３と陽極４とが
配設されている。シャッター１９は基材１９ａにチタン
と銅の混合融滴粒子を吹き付けたものに、その後それを
硝酸水溶液に浸漬させたものである。これによりチタン
が溶けず、銅が溶けることからシャッター１９の表面は
凹凸形状となり、表面層内部は多孔質となる。これをシ
ャッター１９に用いると、これに成膜された膜が剥がれ
落ちにくくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は真空成膜処理される基板
以外に膜形成される構成部品の膜の剥がれ落ちを、長期
にわたって防止することのできる真空成膜装置及びその
構成部品の表面処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来における真空成膜装置の一例とし
て、図５にグロー放電によって誘導する陰極スパッタ成
膜装置１を示す。このスパッタ成膜装置１は真空容器２
内に成膜源として、陰極３及び陽極４を対向させて配設
している。陰極３は真空容器１の上壁に取り付けられた
支持部品６を貫通し、その下端部にはターゲット７が取
り付けられている。また、陰極３の内部には冷却水を循
環させるために空所が設けられ、陰極３はここに冷却水
が循環することにより冷却される。陰極３の周部には筒
状のアースシールド１０が配設されている。

【０００３】他方、陽極４は真空容器２の底壁上に配設
され、陽極４上には膜を成膜させる基板８が載置されて
いる。陽極４の直上方には開閉自在のシャッター９が配
設され、陰極３側と陽極４側を仕切る。更に、真空容器
２の底壁部の右方にはスパッタガス用のアルゴンガスを
導入するための導入配管１１が弁１３を介在させて接続
され、左方には真空容器２内の気体を排気するための排
気口１２が接続されている。また、真空容器２外にはグ
ロー放電用の電源５が設けられ、導線によりマイナス側
は陰極３にプラス側は陽極４に接続されている。尚、図
示されていないが上述した導入配管１１にはアルゴンが
収容されているガスボンベ、排気口１２には真空ポンプ
が接続されている。

【０００４】このように構成されているスパッタ成膜装
置１の真空容器２は、図示されていない真空ポンプの駆
動により、排気口１２から内部の気体が排気される。真
空容器２内は所望の圧力に減圧されると、ガス導入配管
１１からスパッタガス（大気圧より低い）であるアルゴ
ンが導入されて充満される。次に、電源５により電圧が
陽極４と陰極３に印加されると、これらの間の空間にあ
る正イオンが陰極３に取り付けられているターゲット７
に衝突し、このターゲット７の表面及び表面下の原子層
からターゲット原子を放出させる。アースシールド１０
はこのグロー空放電を制御し基板に効率的な成膜を形成
させる。ターゲット７から放出された高エネルギー成膜
粒子である原子は基板８に膜を成膜するが、この基板８
の周りに配設されている部品、例えばシャッター９やア
ースシールド１０などの成膜装置部品にも膜を成膜して
しまう。基板８は所望の数μｍオーダの膜が形成される
と真空容器２外に取り出されるが、この基板８とは異な
りシールド板１０やシャッター９などの部品は膜が付着
したまま、膜厚数１０μｍ〜数ｍｍオーダーの厚さとな
るまでスパッタ成膜装置１は使用される。

【０００５】このような成膜のための構成部品であるシ
ールド板１０やシャッター９などの表面に放出される高
エネルギー成膜粒子は、膜形成時に膜表面の温度を上昇
させる。このため、上記構成部品の基材となる材質と膜
の材質が異なることから、これらの部材間に熱膨張差が
生じる。あるいは高エネルギー粒子の打ち込み効果によ
り膜内部の応力増加を引き起こし、これがシールド板１
０やシャッター９などの成膜装置部品の表面と成膜界面
で歪みを生じ、これらの膜が成膜処理中に剥がれ落ち、
これが基板８への成膜に対して良質の膜が形成されない
等の原因となる場合がある。

【０００６】従来では、成膜装置部品から剥がれ落ちる
膜による製品不良を防止する為、作業経験から前記部品
を定期的に交換あるいは膜除去のためのクリーニングを
することにより、装置の使用中に膜の剥がれ落ちが生じ
ることを防止していた。しかし、成膜の内部応力以上の
保持力が従来の真空成膜装置部品の表面にはなく、数１
０〜１００μｍの膜厚程度で膜の剥がれ落ちが発生し、
部品の交換時期あるいはクリーニング時期の周期が短か
かった。そのため上記の時期を逸して、製品不良となる
こともあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、従来では基板
以外に成膜される成膜装置部品の表面には、物理的に粒
体吹き付け処理等や化学的な腐食処理等により微小な凹
凸を形成させ、膜の剥がれ落ちを防止していたが、それ
でも充分な効果が得られないという問題があった。

【０００８】本発明は上記問題に鑑みてなされ、真空容
器内の成膜装置部品に形成された膜を剥がれ難くするこ
とを可能にする真空成膜装置及びその構成部品の表面処
理方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の目的は、真空容器
内の基板の周りに配設されている構成部品のうち、前記
基板以外に膜が成膜される部品の真空成膜装置の構成部
品の表面処理方法において、前記部品は化学的性質の異
なる２種以上の材料を混合した複合材料で作成し、前記
２種以上の材料のうち少なくとも１種以上の材料を残し
て、その他の材料を化学的手段により除去したことを特
徴とする真空成膜装置の構成部品の表面処理方法によっ
て達成される。

【００１０】また以上の目的は、真空容器内の基板の周
りに配設されている構成部品のうち、前記基板以外に膜
が成膜される部品の表面処理をする真空成膜装置の構成
部品の表面処理方法において、前記部品の表面に化学的
性質の異なる２種以上の材料を混合したものをコーティ
ングし、該コーティングにより前記部品の表面に形成さ
れた材料膜から、前記２種以上の材料のうち少なくとも
１種以上の材料を残して、その他の材料を化学的手段に
より除去したことを特徴とする真空成膜装置の構成部品
の表面処理方法によって達成される。

【００１１】また以上の目的は、真空容器内の基板の周
りに配設されている構成部品のうち、前記基板以外に膜
が成膜される部品の真空成膜装置の構成部品の表面処理
方法において、前記部品は物理的性質の異なる２種以上
の材料を混合した複合材料で作成し、前記２種以上の材
料のうち少なくとも１種以上の材料を残して、その他の
材料を物理的手段により除去したことを特徴とする真空
成膜装置の構成部品の表面処理方法によって達成され
る。

【００１２】また以上の目的は、真空容器内の基板の周
りに配設されている構成部品のうち、前記基板以外に膜
が成膜される部品の表面処理をする真空成膜装置の構成
部品の表面処理方法において、前記部品の表面に物理的
性質の異なる２種以上の材料を混合したものをコーティ
ングし、該コーティングにより前記部品の表面に形成さ
れた材料膜から、前記２種以上の材料のうち少なくとも
１種以上の材料を残して、その他の材料を物理的手段に
より除去したことを特徴とする真空成膜装置の構成部品
の表面処理方法によって達成される。

【００１３】また以上の目的は、真空容器内に収容され
た基板に膜を成膜する真空成膜装置において、前記基板
の周りに配設されている構成部品のうち、該基板以外に
膜が成膜される部品の表面を多数の凹凸形状とし、且つ
少なくとも該部品の内部の表面近傍を多孔質にしたこと
を特徴とする真空成膜装置によって達成される。

【００１４】

【作用】真空容器の周りに配設されている部品を化学的
または物理的性質の異なる２種以上の材料でなる複合材
料で作成し、これらの２種以上の材料のうち少なくとも
１種以上の材料を残して、その他の材料を化学的または
物理的手段により除去する。または、真空容器の周りに
配設されている部品の表面に化学的または物理的性質の
異なる２種以上の材料をコーティングし、その部品の表
面からコーティングした材料膜の２種以上の材料のうち
少なくとも１種以上の材料を残して、その他の材料を化
学的または物理的手段により除去する。これらにより、
真空容器の基板の周りに配設される部品の表面に多数の
凹凸形状が形成され、またその表面層内も多孔質にな
る。この表面の大小複雑な凹凸形状及び表面層内の多孔
質による空隙は、膜が成膜したときに発生する内部応力
を凹凸形状及び多孔質部へ分散、解放することにより緩
和し、また表面のより複雑な凹凸形状は投錨効果をより
確実なものとし、膜の剥がれ落ちを長期にわたり防止す
ることができる。

【００１５】

【実施例】次に、本発明の第１実施例による真空成膜装
置及びその構成部品の表面処理方法について図面を参照
して説明する。尚、従来例の同じ部分については同一の
符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【００１６】図１は本発明に係わるスパッタ成膜装置２
１を示す。この真空容器２内は陰極３と陽極４とが対向
して配設され、それらの間には開閉自在のシャッター１
９が配設されている。このシャッター１９は真空容器２
内の基板の周りに配設されている構成部品のうち、基板
８の成膜中に膜が成膜されてしまう部品の一つである。
図ではシャッター１９は閉状態で陰極３側と陽極４側を
仕切り、開状態では図示されていないシャッター１９の
収容場所に収容される。このシャター１９は母材である
基材１９ａにチタン（Ｔｉ）をコーティングしたもので
あり、表面層が多孔質で表面に大小の凹凸が形成される
ように表面処理されている。

【００１７】以下、この表面処理の方法について説明す
る。図２のＡはシャッター１９が表面処理される前の基
材１９ａを示し、この基材１９ａの材質はＳＵＳ３０４
（ステンレス）からなる。この基材１９ａの表面に２種
の金属を混合し、溶射処理を行なうのであるが、本実施
例ではチタン（Ｔｉ）と銅（Ｃｕ）の混合融滴粒子を吹
き付けて、基材１９ａの表面を被覆している。そして、
このチタンと銅の混合物が被覆された基材１９ａを、硝
酸水溶液が収容されている容器に浸漬する。この硝酸水
溶液には銅のみが溶けて、図２のＢに示すように、基材
１９ａの表面にはチタンのみの表面層１９ｂが形成され
る。この表面層１９ｂは表面に多数の大小の凹凸が形成
され、内部にも多数の孔ｈが形成されている。この表面
層１９ｂが基材１９ａに形成されたものが、シャッター
１９となる。尚、シャッター１９の表面粗さは１３μｍ
であり、図では誇張して厚く示している。

【００１８】図３のＡは上述したシャッター１９が表面
処理される前の、基材１９ａの表面のＳＥＭ写真（倍率
２００倍、後述する他のＳＥＭ写真についても倍率は２
００倍である。）であり、図３のＢはシャッター１９が
表面処理された後のＳＥＭ写真である。図３のＡに示す
ように基材１９ａの表面はほぼ平坦面であるのに対し、
シャッター１９の表面は図３のＢに示すように銅が溶け
た所に凹凸が形成され、表面層１９ｂ内の内部にも銅が
溶けた孔ｈが形成されているのが分かる。図３のＣは本
実施例との比較例１で、従来技術のドライブラスト処理
で基材に凹凸を形成したもののＳＥＭ写真である。基材
１９ａと同様に基材質にＳＵＳ３０４を用い、これに
（アルミナ）Ａｌ₂ Ｏ₃ の８０メッシュの粒子を吹き付
けて表面に凹凸を形成させている。本実施例の表面層１
９ｂとは異なり、表面はほぼ平坦であまり凹凸がなく、
表面内部にも孔は形成されていないのが分かる。

【００１９】図４のＡ〜Ｃは基材質がチタンである場合
の比較例であり、図４のＡは表面処理のなされていない
チタンの表面のＳＥＭ写真である。図４のＢは比較例２
であり、従来技術のドライブラスト処理で基材に凹凸を
形成したもののＳＥＭ写真である。基材１９ａとは異な
り基材質にチタンを用い、これにアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ
₃ ）の８０メッシュの粒子を吹き付けて表面に凹凸を形
成させている。本実施例の表面層１９ｂとは異なり、表
面はほぼ平坦で表面内部にも孔は形成されていないのが
分かる。図４のＣは比較例３で基材質にチタンを用い、
これに同じくチタンの融滴粒子を吹き付ける溶射処理を
施している。これは表面に多少の凹凸はあるが、本実施
例の図３のＢに示すように表面に形成された凹凸形状に
比べると、本実施例ほど顕著ではない。表１に本第１実
施例及び上述した比較例１〜３の各基材質の表面粗さの
違いを示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１から分かるように表面粗さは本第１実
施例の１３μｍと比較例１〜３と比べ、本実施例のもの
が最も粗いのが分かる。また、成膜厚さ（成膜される膜
の剥がれ落ちが生じない膜の厚さ。）も１ｍｍと、他の
比較例１〜３よりも厚く、成膜の保持性が良く、従来の
５倍の耐剥離効果がある。本実施例では、このように表
面処理されたシャッター１９がスパッタ成膜装置に用い
られ、また説明を省略するがアースシールド２０にもシ
ャッター１９と同様な表面処理を施したものがスパッタ
成膜装置２１に使用されている。また、基板８に膜を成
膜させるため、ターゲット７にはチタンが使用される。

【００２２】以上、本発明の第１実施例によるスパッタ
成膜装置２１の構成について説明したが、次にその作用
について説明する。

【００２３】図示されていない真空ポンプの駆動によ
り、真空容器２内から気体が排気される。真空容器２内
は１０^-6Ｔｏｒｒまで減圧されると、ガス導入配管１１
からスパッタガスであるアルゴンが導入されて、真空容
器２内は１０^-3Ｔｏｒｒとなるように満たされる。電源
５により２００Ｖの電圧が陽極４と陰極３との間に印加
される。上述したように基板８にＴｉＮの膜が成膜され
るが、この基板８の周りに配設されている部品、例えば
シャッター１９やアースシールド２０などの成膜装置部
品にも、作業者の意に反してＴｉＮの膜が成膜される。
基板８は所望の数μｍオーダの膜が形成されると真空容
器２外に取り出されるが、この基板８とは異なりアース
シールド２０やシャッター１９などの部品は膜が付着し
たまま、スパッタ成膜装置２１は引き続き使用される。

【００２４】図２のＢ及び図３のＢに示されるように、
シャッター１９の表面は多数の複雑な凹凸が形成され、
膜となる原子がこの凹凸面の間隙に成膜することによ
り、投錨効果がもたらされ、これが膜の剥がれ落ちを防
止する。また、膜の成膜時に生じる基材１９ａと膜の熱
膨張差により生じる内部応力は、表面層１９ｂの表面の
凹凸部及び表面層１９ｂ内部に存在する孔ｈ部へ分散、
解放することにより緩和し、歪みによる膜の剥がれ落ち
を防止する。これにより、従来よりも厚い膜がシャッタ
ー１９やアースシールド２０に成膜しても、これらの膜
が基板８に落下することは大巾に軽減し、基板８に形成
される膜に不純物が混ざり込むことも殆どなくなる。従
って、これらのクリーニングを行なう時期の間隔も充分
に開けることができる。

【００２５】尚、本実施例では基材１９ａに被覆した２
種以上の混合物は、シャッター１９に成膜される膜への
耐剥離効果を均一にする観点から、均一分散混合するこ
とが望ましい。また、シャッター１９の表面層１９ｂの
材質は成膜される膜の材質と同一か、又はこれと同程度
以下の熱膨張係数を有する材質が好ましい。

【００２６】次に、本発明の第２実施例による真空成膜
装置及びその構成部品の表面処理方法について説明す
る。尚、本実施例では第１実施例で説明したシャッター
のみについて説明する。

【００２７】図２のＡに示す第１実施例で用いたＳＵＳ
３０４である基材１９ａ面にモリブデン（Ｍｏ）とアル
ミニウム（Ａｌ）の混合融滴粒子を溶射処理で吹き付け
て、基材１９ａの表面を被覆する。そして、このモリブ
デンとアルミニウムとの混合物が被覆された基材１９ａ
を８００℃の雰囲気に放置し、アルミニウムを融解除去
する。この温度では融点の低いアルミニウムのみが溶
け、これが溶けると基材１９ａの表面はモリブデンリッ
チのみで被膜され、多数の大小の凹凸が形成され、表面
層内にも多数の孔が形成される。上述した表１の実施例
２に示すように、基材１９ａに被膜されたモリブデンリ
ッチの表面粗さは１２μｍであり、本第１実施例とほぼ
同様であり、比較例１〜３よりも表面は粗い。また、成
膜厚さの１ｍｍと他の比較例１〜３よりも厚い。本実施
例でも第１実施例で説明したスパッタ成膜装置２１にこ
の表面処理を施したシャッターを用いると、第１実施例
と同様な効果を有することは明らかである。

【００２８】次に、本発明の第３実施例による真空成膜
装置及びその構成部品の表面処理方法について説明す
る。

【００２９】チタンとアルミニウムの混合粒子をアーク
溶解により溶融混合した複合材料をを用い、図２のＡに
示すような板状の基板を作成する。このチタンとアルミ
ニウムの複合材料からなる基板を塩酸水溶液が収容され
ている容器に浸漬する。この塩酸水溶液にはアルミニウ
ムのみが溶けて、図２のＣに示すシャッター２２ができ
上がる。このチタンからなるシャッター２２は表面に多
数の大小の凹凸が形成され、上述の表１の実施例３に示
すようにこのチタンリッチの表面粗さは１３μｍであ
り、成膜厚さも１．０ｍｍと第１実施例と同様であり、
比較例よりも向上している。また、第１実施例のように
表面層のみならず内部全体にわたって多数の孔ｈ’が形
成されている。本実施例でも第１及び第２実施例よりも
製作が容易でそれと同様か、又はそれ以上の効果を奏す
ることは明らかである。尚、本実施例では化学的手段に
より、複合材料の表面に多数の凹凸を形成し、且つ内部
に多数の孔ｈ’を形成したが、第２実施例のように物理
的手段にも応用ができることは明らかである。

【００３０】以上、本発明の各実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。

【００３１】例えば、以上の第１実施例ではシャッター
１９及びアースシールド２０のみに本発明に関わる表面
処理を施したが、例えば真空容器内の成膜装置部品であ
る他の部品、例えば真空容器の内壁など、膜が作業者の
意に反して成膜される部品であれば、それらにも勿論、
適用が可能である。

【００３２】また、以上の各実施例では基部品１９ａの
表面に化学的又は物理的性質の異なる２種の材料を溶射
した後、前記部品の表面から該２種の材料のうち１種の
材料を残して、他の材料を化学的又は物理的手段により
除去したが、これに限らず、化学的又は物理的性質の異
なる２種以上の材料を基部品１９ａの表面に溶射した
後、基部品１９ａの表面から該２種以上の材料のうち少
なくとも１種以上の材料を残して、他の材料を化学的又
は物理的手段により除去するようにしてもよいし、更に
それらの混合比については基材と成膜される膜との熱膨
張率の差などを考慮して、適宜考えることができる。

【００３３】また更に以上の各実施例によれば、真空成
膜装置としてスパッタ成膜装置を用いたが、他のプラズ
マなどの成膜方法を用いた装置にも勿論、適用すること
ができる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の真空成膜装
置及びその構成部品の表面処理方法によれば、基板に膜
を成膜させるときに、基板以外に膜が成膜される構成部
品から基板へ膜が落ちるのを軽減することができ、基板
の成膜不良の発生を軽減する。また、真空容器内のクリ
ーニングの周期が延び、装置のランニングコストが低減
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による真空成膜装置の概略
断面図である。

【図２】Ａは同装置に使用されているシャッターの基材
を示す断面図であり、Ｂは表面処理されたシャッターの
断面図であり、Ｃは本発明の第３実施例による真空成膜
装置に使用されているシャッターの断面図である。

【図３】各々倍率２００倍で、Ａはシャッターの基材の
表面部の断面を示すＳＥＭ写真であり、Ｂは本実施例の
シャッターの表面層を示すＳＥＭ写真であり、Ｃは比較
例１の表面部を示すＳＥＭ写真である。

【図４】各々倍率２００倍で、Ａは基部品にチタンを用
いた場合の表面部の断面を示すＳＥＭ写真であり、Ｂは
比較例２の表面部を示すＳＥＭ写真であり、Ｃは比較例
３の表面部を示すＳＥＭ写真である。

【図５】従来のスパッタ成膜装置の概略断面図である。

【符号の説明】

２真空容器８基板１９シャッター１９ｂ表面層２０アースシールド２１スパッタ成膜装置２２シャッター

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【手続補正書】

【提出日】平成６年１月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】各々倍率２００倍で、Ａはシャッターの基材
の表面部の断面の金属組織を表わすＳＥＭ写真であり、
Ｂは本実施例のシャッターの表面層の金属組織を表わす
ＳＥＭ写真であり、Ｃは比較例１の表面部の金属組織を
表わすＳＥＭ写真である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】各々倍率２００倍で、Ａは基部品にチタンを
用いた場合の表面部の断面の金属組織を表わすＳＥＭ写
真であり、Ｂは比較例２の表面部の金属組織を表わすＳ
ＥＭ写真であり、Ｃは比較例３の表面部の金属組織を表
わすＳＥＭ写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内の基板の周りに配設されてい
る構成部品のうち、前記基板以外に膜が成膜される部品
の真空成膜装置の構成部品の表面処理方法において、前
記部品は化学的性質の異なる２種以上の材料を混合した
複合材料で作成し、前記２種以上の材料のうち少なくと
も１種以上の材料を残して、その他の材料を化学的手段
により除去したことを特徴とする真空成膜装置の構成部
品の表面処理方法。
【請求項２】真空容器内の基板の周りに配設されてい
る構成部品のうち、前記基板以外に膜が成膜される部品
の表面処理をする真空成膜装置の構成部品の表面処理方
法において、前記部品の表面に化学的性質の異なる２種
以上の材料を混合したものをコーティングし、該コーテ
ィングにより前記部品の表面に形成された材料膜から、
前記２種以上の材料のうち少なくとも１種以上の材料を
残して、その他の材料を化学的手段により除去したこと
を特徴とする真空成膜装置の構成部品の表面処理方法。
【請求項３】真空容器内の基板の周りに配設されてい
る構成部品のうち、前記基板以外に膜が成膜される部品
の真空成膜装置の構成部品の表面処理方法において、前
記部品は物理的性質の異なる２種以上の材料を混合した
複合材料で作成し、前記２種以上の材料のうち少なくと
も１種以上の材料を残して、その他の材料を物理的手段
により除去したことを特徴とする真空成膜装置の構成部
品の表面処理方法。
【請求項４】真空容器内の基板の周りに配設されてい
る構成部品のうち、前記基板以外に膜が成膜される部品
の表面処理をする真空成膜装置の構成部品の表面処理方
法において、前記部品の表面に物理的性質の異なる２種
以上の材料を混合したものをコーティングし、該コーテ
ィングにより前記部品の表面に形成された材料膜から、
前記２種以上の材料のうち少なくとも１種以上の材料を
残して、その他の材料を物理的手段により除去したこと
を特徴とする真空成膜装置の構成部品の表面処理方法。
【請求項５】真空容器内に収容された基板に膜を成膜
する真空成膜装置において、前記基板の周りに配設され
ている構成部品のうち、該基板以外に膜が成膜される部
品の表面を多数の凹凸形状とし、且つ少なくとも該部品
の内部の表面近傍を多孔質にしたことを特徴とする真空
成膜装置。