ノズル
【課題】メンテナンス作業の手間を低減させ、プラズマＣＶＤ装置の稼動率を向上させながらも、被処理体の膜厚のばらつきを抑制できるノズルを提供する。
【解決手段】被処理体１の表面に成膜処理を施すプラズマＣＶＤ装置に取り付けられ、被処理体１が配置された放電空間に放電ガスおよび成膜ガスを供給し、放電ガスを供給する放電ガス流路１４と成膜ガスを供給する成膜ガス流路１６とを各別に設け、放電ガス流路１４の下流側の端部に、放電ガスを吐出する放電ガス吐出口１５を設けるとともに、成膜ガス流路１６の下流側の端部に、放電ガス吐出口１５から吐出される放電ガスを挟み込み又は包囲する領域に成膜ガスを吐出する成膜ガス吐出口１７を設けてある。
【解決手段】被処理体１の表面に成膜処理を施すプラズマＣＶＤ装置に取り付けられ、被処理体１が配置された放電空間に放電ガスおよび成膜ガスを供給し、放電ガスを供給する放電ガス流路１４と成膜ガスを供給する成膜ガス流路１６とを各別に設け、放電ガス流路１４の下流側の端部に、放電ガスを吐出する放電ガス吐出口１５を設けるとともに、成膜ガス流路１６の下流側の端部に、放電ガス吐出口１５から吐出される放電ガスを挟み込み又は包囲する領域に成膜ガスを吐出する成膜ガス吐出口１７を設けてある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理体の表面に成膜処理を施すプラズマＣＶＤ装置に取り付けられ、前記被処理体が配置された放電空間に放電ガスおよび成膜ガスを供給するノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラズマＣＶＤ装置に関して、例えば、図３に示すように、放電ガスと成膜ガスとの混合ガスを供給する混合ガス流路を設け、混合ガス流路の下流側の端部に混合ガス吐出口を設けるノズルが知られている。この技術では、混合ガス吐出口から吐出された混合ガスに含まれる放電ガスが放電空間で電離してプラズマが生成される。混合ガスに含まれる成膜ガスはその流動の初期段階からプラズマに接触し、励起・イオン化する。このとき、混合ガス吐出口付近で励起・イオン化されたラジカルやイオンがノズル先端部に堆積してノズル先端部に汚れが付着し易くなる。ノズル先端部に付着する汚れの量が増大すると、ノズル先端部に突起が形成されて局所的に電界が集中し、突起の先端から異常放電が発生する。このような異常放電が発生すると、均一なプラズマを維持できなくなり、被処理体の表面を成膜処理できなくなる。このため、ノズルを頻繁に清掃して突起を除去する必要がある等、メンテナンス作業の手間が掛かる問題があった。加えて、メンテナンス作業中はプラズマＣＶＤ装置を稼動できないため、プラズマＣＶＤ装置の稼動率が低下する問題もあった。
【０００３】
これに対し、例えば、特開２００４−９１８３７号公報、特開２００４−１２４２４０号公報、特開２００４−１４３５６８号公報、特開２００４−１７６１０８号公報、特開２００９−２１６１５号公報には、成膜ガスを供給する成膜ガス流路および成膜ガス吐出口の両横側に、放電ガスを供給する放電ガス流路および放電ガス吐出口を設ける構成が開示されている（特許文献１〜５参照）。
【０００４】
この技術では、放電ガスが放電空間で電離してプラズマが生成される。成膜ガスが、その流動に伴ってプラズマに少しずつ接触し、励起・イオン化する。このため、成膜ガスがノズル先端部から流動方向に離間した位置で励起・イオン化し易くなる。その結果、励起・イオン化されたラジカルやイオンがノズル先端部の表面に堆積し難くなり、ノズルに汚れが付着し難くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９１８３７号公報
【特許文献２】特開２００４−１２４２４０号公報
【特許文献３】特開２００４−１４３５６８号公報
【特許文献４】特開２００４−１７６１０８号公報
【特許文献５】特開２００９−２１６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１〜５の技術では、成膜ガスが放電ガスによって挟み込まれた状態で流動する。このため、成膜ガスが両横側に拡散し難くなり、中央側に成膜ガスの濃度が高い領域が形成される。よって、励起・イオン化されたラジカルやイオンがノズル先端部の表面の中央に堆積してノズルが汚れることがあり、いまだ改善の余地があった。加えて、成膜ガスがノズル中心から両横側に拡散するのを過度に抑制する結果、成膜領域の周辺におけるラジカルやイオンの濃度が低くなり、例えば被処理体の側部の膜厚が中央部の膜厚に比べて薄くなる等、被処理体の膜厚が安定しなくなる。
【０００７】
本発明の目的は、メンテナンス作業の手間を低減させ、プラズマＣＶＤ装置の稼動率を向上させながらも、被処理体の膜厚を安定化し得るノズルを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のノズルは、被処理体の表面に成膜処理を施すプラズマＣＶＤ装置に取り付けられ、前記被処理体が配置された放電空間に放電ガスおよび成膜ガスを供給するものであって、その第１特徴構成は、前記放電ガスを供給する放電ガス流路と前記成膜ガスを供給する成膜ガス流路とを各別に設け、前記放電ガス流路の下流側の端部に、前記放電ガスを吐出する放電ガス吐出口を設けるとともに、前記成膜ガス流路の下流側の端部に、前記放電ガス吐出口から吐出される前記放電ガスを挟み込み又は包囲する領域に前記成膜ガスを吐出する成膜ガス吐出口を設けた点にある。
【０００９】
本構成のように、ノズルから吐出された成膜ガスが放電ガスを挟み込み又は包囲する状態で流動することで、プラズマの生成領域を中央側に確保しつつ、成膜ガスが両横側又は径方向外方側に拡散し易くなる。成膜ガスと放電ガスとが直ちに混合することは無く、ノズルから離間した位置で成膜ガスがプラズマに接触し、励起・イオン化される。この結果、ラジカルやイオンがノズル先端部の表面に堆積し難くなり、ノズルが汚れ難くなる。成膜ガスは、両横側又は径方向外方側に拡散した状態でプラズマに接触し、励起・イオン化される。このため、広い領域で成膜処理を施すことができる。加えて、成膜ガスが被処理体の側部に回り込み易くなり、被処理体の側部においても十分な膜厚を確保できる等、被処理体の膜厚が安定化する。
【００１０】
本発明の第２特徴構成は、内側の筒状部と外側の筒状部とを二重円筒状に配置し、前記内側の筒状部の内部に前記放電ガス流路を形成するとともに、前記内側の筒状部と前記外側の筒状部との間に前記成膜ガス流路を形成し、前記内側の筒状部の先端部に、先端側ほど径が大きい放電ガス案内部を設けてある点にある。
【００１１】
本構成によれば、放電ガス案内部の案内によって、放電ガスがノズル軸心方向から径方向外方側に傾斜する方向に沿って流動する。このため、放電ガス吐出口から吐出された放電ガスが径方向外方側に拡散し易くなり、プラズマの生成領域が径方向に拡大する。その結果、成膜ガスが励起・イオン化される領域が径方向に拡大し、被処理体の広い領域に対して均一な成膜を施すことができる。
【００１２】
本発明の第３特徴構成は、前記外側の筒状部の先端部の内周面に、拡径部を設けてある点にある。
【００１３】
放電ガス案内部の案内によって、放電ガス案内部付近を流動する成膜ガスはノズル軸心方向から径方向外方側に傾斜する方向に沿って流動する。このため、成膜ガスが必要以上に径方向外方側に拡散することがある。
本構成によれば、成膜ガスが拡径部を回り込んで成膜ガス吐出口から吐出される。このため、成膜ガス吐出口に対して成膜ガス流路をより径方向外方側に位置させることができる。よって、成膜ガスが放電ガス案内部によって案内され難くなり、成膜ガスが必要以上に径方向外方側に拡散することを抑制できる。本構成であれば、放電ガスが径方向外方側に拡散してプラズマの生成領域を広く確保できるとともに、成膜ガスの過度の拡散を抑制することができ、ノズルからやや離間した位置であっても必要な成膜ガス濃度を得ることができる。加えて、拡径部が成膜ガスの圧力の偏りを吸収するバッファ空間の機能を有するため、成膜ガスを均等に吐出できる。よって、成膜ガス濃度が均一となる。
【００１４】
本発明の第４特徴構成は、前記拡径部は、ノズル軸心方向に沿う円筒面を有している点にある。
【００１５】
本構成によれば、円筒面の案内によって、円筒面付近を流動する成膜ガスはノズル軸心方向に沿って流動する。このため、成膜ガスが必要以上に径方向外方側に拡散することを抑制できる。よって、成膜ガスが励起・イオン化する領域をより適正に形成することができる。
【００１６】
本発明の第５特徴構成は、前記円筒面の先端部に、先端側ほど径が小さい成膜ガス案内部を形成してある点にある。
【００１７】
本構成によれば、成膜ガス案内部の案内によって、成膜ガス案内部付近を流動する成膜ガスはノズル軸心方向から径方向内方側に傾斜する方向に沿って流動する。このため、成膜ガスが必要以上に径方向外方側に拡散することを確実に抑制できる。
【００１８】
放電ガス案内部付近を流動する成膜ガスは、成膜ガス案内部付近を流動する成膜ガスに衝突してその流動方向を内方寄りに変更する。これにより、成膜ガス案内部付近だけでなくて放電ガス案内部付近を流動する成膜ガスをも必要以上に径方向外方側に拡散することを抑制できる。
【００１９】
本発明の第６特徴構成は、前記外側の筒状部および前記内側の筒状部の先端を、多数のガス噴出孔を有する単一円板状の電極に構成した点にある。
【００２０】
電極の先端面に凸部が存在すると、凸部の先端に電界が集中して異常放電が発生することがある。これに対し、本構成のように電極の先端面が単一の平坦面であれば、電極の先端面に局所的に電界が集中することが無くなり、電極から異常放電が発生することを防止でき、均質なプラズマを生成することができる。また、成膜ガス吐出および放電ガス吐出口を同一の電極で構成することができ、部品点数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ノズルを示す断面図である。
【図２】（a）は第２実施形態におけるノズルを示す断面図であり、（ｂ）は第２実施形態におけるノズルを示す斜視図である。
【図３】従来のノズルを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔第１実施形態〕
以下、本発明に係る成膜装置の一例としてのプラズマＣＶＤ装置について説明する。
図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置は、放電ガスおよび成膜ガスをワーク１（被処理体の一例）に吹き付けるステンレス製のノズル２と、そのノズル２に対して放電ガスおよび成膜ガスを供給する放電ガス源および成膜ガス源（図示しない）と、ワーク１を載置する載置部３と、一方をノズル２に接続するとともに、他方を載置部３に接続する高周波電源４と、を備えている。
【００２３】
尚、電源は高周波電源に限られるものではなく、直流電源やパルス電源であってもよい。ノズル２および載置部３は真空容器（図示しない）内に設置されている。真空容器の内部は、例えば、６０〜８０ｔｏｒｒ程度に減圧され、そこで成膜処理が行われる。しかし、真空容器を設けずに、大気圧下で成膜処理を行なってもよい。大気圧下では平均自由工程が短くなるため、プラズマ中の電子とイオンとの衝突頻度が高くなり、プラズマが熱化し易くなる。このようなプラズマの熱化を防止するために、ノズル２および載置部３の少なくともいずれか一方を誘電体で被膜してバリア放電を行なってもよい。これにより、ノズル２および載置部３に高周波電圧を印加したときに、誘電体に電荷が蓄積され、放電が短期間で終了する。載置部３に代えてワーク１を搬送する搬送手段を設け、ワーク１を連続的に成膜してもよい。バッチ処理ではなく連続処理で成膜を行うことにより、成膜の処理効率が高まる。
【００２４】
放電ガスとして、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、窒素、水素等の不活性ガスが挙げられる。成膜ガスは、薄膜の種類によって適宜選択される。例えば、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ−Ｃａｒｂｏｎ）を成膜する場合には、成膜ガスとして、メタン、エタン、プロパン等の炭化水素系のガスが挙げられる。炭素のｓｐ3結合によってＤＬＣの硬度が高くなるため、ワーク１にＤＬＣを成膜することによって耐磨耗性および低摩擦性を付与できる。例えば、インジェクタやカムフォロア等のエンジン部品にＤＬＣを成膜すれば、それらエンジン部品の長寿命化を図ることができる。
【００２５】
ノズル２は、上側に位置するノズル取付部６と、下側に位置するノズル本体５と、を備えている。
【００２６】
ノズル取付部６は円柱状に構成してある。このノズル取付部６の内部には、放電ガス源からの放電ガスを供給するノズル取付部側の放電ガス流路７、および成膜ガス源からの成膜ガスを供給するノズル取付部側の成膜ガス流路８が形成されている。放電ガス流路７は、径方向に沿って延出する第１部分７ａと、ノズル軸心Ｘ方向に沿って延出する第２部分７ｂとを備えている。成膜ガス流路８は、径方向に沿って延出する第３部分８ａと、ノズル軸心Ｘ方向に沿って延出する第４部分８ｂと、を備えている。尚、第４部分８ｂは、第２部分７ｂの周囲に位置する１つの管状に構成してもよく、第２部分７ｂの周囲に複数並ぶ筒状に構成してもよい。ノズル取付部６の下面には、円筒状の雄ねじ部９（外側の筒状部の一例）が下方に突出形成されている。第４部分８ｂの下流側の開口は雄ねじ部９の径方向内方側に位置している。
【００２７】
ノズル本体５は、二重ノズル構造を呈し、ノズル取付部６の雄ねじ部９に螺合する雌ねじ部１０（外側の筒状部の一例）と、雌ねじ部１０から下方に突出形成された外側のノズル部１１（外側の筒状部の一例）と、外側のノズル部１１の下端の部位に固着された円板状のシャワー電極１２と、外側のノズル部１１と同軸上に配置される状態でシャワー電極１２の上面に固着された内側のノズル部１３（内側の筒状部の一例）と、を備えている。シャワー電極１２には、多数のガス噴出孔１２ａが形成されている。
【００２８】
内側のノズル部１３の内部には、ノズル本体側の放電ガス流路１４が形成されている。ノズル本体側の放電ガス流路１４における下流側の端部、つまり、シャワー電極１２における内側のノズル部１３の内方側部位には、放電ガス吐出口１５が形成されている。内側のノズル部１３と雄ねじ部９および外側のノズル部１１との間には、ノズル本体側の成膜ガス流路１６が形成されている。ノズル本体側の成膜ガス流路１６における下流側の端部、つまり、シャワー電極１２における内側のノズル部１３と外側のノズル部１１とで囲まれる部位には、成膜ガス吐出口１７が形成されている。
【００２９】
内側のノズル部１３は、円筒状の基端側部分１３ａと先端側ほど径が大きい円錐状の先端側部分１３ｂ（放電ガス案内部の一例）とを備えて、ラッパ状に構成されている。基端側部分１３ａは、第２部分７ｂの下流側の開口よりも径方向外方側で、かつ第４部分８ｂの下流側の開口よりも径方向内方側に位置している。これにより、ノズル取付部６にノズル本体５を取り付けたときに、ノズル取付部側の放電ガス流路７とノズル本体側の放電ガス流路１４とが連通接続されるとともに、ノズル取付部側の成膜ガス流路８とノズル本体側の成膜ガス流路１６とが連通接続される。
【００３０】
外側のノズル部１１は、円筒状の基端側部分１１ａと、先端側ほど径が小さい逆円錐状の先端側部分１１ｂと、を備えている。基端側部分１１ａの内周面は雄ねじ部９の内周面よりも大径に構成する。基端側部分１１ａの内周面が拡径部２１の円筒面２１ａを構成する。先端側部分１１ｂの内周面が成膜ガス案内部２２を構成する。
【００３１】
次に、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置による成膜処理について説明する。
図１に示すように、放電ガス源からの放電ガスは、放電ガス流路７，１４を流動し、放電ガス吐出口１５からシャワー電極１２と載置部３との間の放電空間に供給される。放電空間に供給された放電ガスは電離されてプラズマが生成される。
【００３２】
内側のノズル部１３の先端側部分１３ｂの案内によって、放電ガスがノズル軸心Ｘ方向から外方側に傾斜する方向に沿って流動する。このため、放電空間に供給された放電ガスが径方向に拡散し易くなり、プラズマの生成領域が径方向に拡大する。その結果、成膜ガスが励起・イオン化される領域が径方向に拡大し、ワーク１の広い領域に対して均一な成膜を施すことができる。ワーク１に均一な成膜を施すためには、先端側部分１３ｂから下方に延長した円錐面の内方側にワーク１が位置することが望ましい。
【００３３】
成膜ガス源からの成膜ガスは、成膜ガス流路８，１６を流動し、成膜ガス吐出口１７からシャワー電極１２と載置部３との間の放電空間に供給される。上記生成されたプラズマによって、放電空間に供給された成膜ガスがプラズマに接触して励起・イオン化され、ラジカルやイオンが生成される。上記生成されたラジカルやイオンがワーク１の表面に堆積して薄膜が形成される。
【００３４】
成膜ガス吐出口１７から吐出された成膜ガスがその流動に伴って少しずつプラズマに接触して励起・イオン化する。このため、成膜ガスがシャワー電極１２の下面から流動方向に離間した位置で励起・イオン化し易くなる。その結果、励起・イオン化されたラジカルやイオンがシャワー電極１２の下面に堆積し難くなり、シャワー電極１２の下面に汚れが付着し難くなる。
【００３５】
成膜ガスが放電ガスを包囲する状態で流動することで、プラズマの生成領域を中央側に確保しつつ、成膜ガスが径方向外方側に拡散し易くなる。よって、成膜ガスはノズル２の先端部からやや離間した位置で励起・イオン化されるため、ラジカルやイオンがシャワー電極１２の下面に堆積し難くなり、ノズル２が汚れ難くなる。成膜ガスの励起・イオン化される位置がノズル２から離間した位置となる結果、成膜ガスと放電ガスとが混合する領域が拡大する。つまり、本構成であれば、従来技術のように、ノズル２の先端部の近傍でラジカルやイオンの濃度が不均一な領域が形成されるのではなく、ノズル２の先端部から離間した位置でラジカルやイオンの濃度の均一な領域が形成される。この結果、成膜ガスがワーク１の側部に回り込み易くなり、ワーク１の側部においても十分な膜厚を確保できる。加えて、拡径部２１が成膜ガスの圧力の偏りを吸収するバッファ空間の機能を有するため、成膜ガスを均一に吐出できる。
【００３６】
成膜ガスが成膜ガス吐出口１７から吐出される際には、成膜ガスは、拡径部２１における円筒面２１ａの案内によってノズル軸心Ｘ方向に沿って流動したのち、成膜ガス案内部２２の案内によってノズル軸心Ｘ方向から内方側に傾斜する方向に沿って流動する。つまり、成膜ガス吐出口１７に対して直前の成膜ガス流路１６の位置をより径方向外方側に位置させることができ、ノズル２から吐出される成膜ガスの吐出方向もより内側に向けられるため、成膜ガスが内側のノズル部１３の先端側部分１３ｂによって過度に外方に案内されるのを防止し、成膜ガスが必要以上に径方向外方側に拡散することを抑制できる。その結果、成膜ガスをより適切な位置で励起・イオン化することができる。
【００３７】
内側のノズル部１３の先端側部分１３ｂ付近を流動する成膜ガスは、成膜ガス案内部２２付近を流動する成膜ガスに衝突してその流動方向を内方寄りに変更する。これにより、成膜ガス案内部２２付近に加えて先端側部分１３ｂ付近を流動する成膜ガスをも必要以上に径方向外方側に拡散することを抑制できる。
【００３８】
〔第２実施形態〕
図２に示すように、本発明のノズル２は、ノズル本体５が、角筒状のケーシング３１と、ケーシング３１の下端の部位に固着されたシャワー電極３２と、ケーシング３１とシャワー電極１２とで囲まれた空間を仕切る一対の仕切板３３と、を備えるように構成することもできる。シャワー電極３２には、多数のガス噴出孔３２ａが形成されている。
【００３９】
一対の仕切板３３の間には、放電ガス流路３４が形成されている。放電ガス流路３４における下流側の端部、つまり、シャワー電極３２における一対の仕切板３３で囲まれる部位には、放電ガス吐出口３５が形成されている。一方の仕切板３３とケーシング３１における一方の側面部３８との間、および他方の仕切板３３とケーシング３１における他方の側面部３８との間には、成膜ガス流路３６が形成されている。成膜ガス流路３６における下流側の端部、つまり、シャワー電極１２における一方の仕切板３３とケーシング３１における一方の側面部３１ａとで囲まれる部位、および他方の仕切板３３とケーシング３１における他方の側面部３１ｂとで囲まれる部位には、成膜ガス吐出口３７が形成されている。
【００４０】
一対の仕切板３３は、それぞれ上下方向に沿う基端側部分３３ａと上下方向から左右外方側に傾斜する方向に沿う先端側部分３３ｂとを備えて、屈曲状に形成されている。先端側部分３３ｂは先端側ほど間隔が広くなる状態に配置してある。
【００４１】
両側面部３８は、それぞれ上下方向に沿う基端側部分３８ａと上下方向から左右内方側に傾斜する方向に沿う先端側部分３８ｂとを備えて、屈曲状に形成されている。先端側部分３８ｂは先端側ほど間隔が狭くなる状態に配置してある。
【００４２】
本構成のノズル２が奏する機能は上記実施形態に係るものと基本的に同じである。
図２に示すように、放電ガス源からの放電ガスは、放電ガス流路３４を流動し、放電ガス吐出口３５からシャワー電極３２と載置部３との間の放電空間に供給される。放電空間に供給された放電ガスは電離されてプラズマが生成される。
【００４３】
放電ガスは仕切板３３の先端側部分３３ｂの案内によって左右外方側に拡散し易くなり、プラズマの生成領域が左右外方側に拡大する。よって、ワーク１の広い領域に対して均一な成膜を施すことができる。
【００４４】
成膜ガス源からの成膜ガスは、成膜ガス流路３６を流動し、シャワー電極３２に形成された多数のガス噴出孔３２ａを通過して、シャワー電極３２と載置部３との間の放電空間に供給される。上記生成されたプラズマによって、放電空間に供給された成膜ガスがプラズマに接触して励起・イオン化され、ラジカルやイオンが生成される。上記生成されたラジカルやイオンがワーク１の表面に堆積して薄膜が形成される。
【００４５】
成膜ガスが放電ガスを挟み込む状態で流動することで、プラズマの生成領域を中央側に確保しつつ、成膜ガスが左右外方側に拡散し易くなる。よって、ノズル２の先端部から離間した位置でラジカルやイオンの濃度の均一な領域が形成され、ワーク１の側部においても十分な膜厚を確保できる。
【００４６】
成膜ガスが成膜ガス吐出口３７から吐出される際には、放電ガスは側面部３８の先端側部分３８ｂの案内によって上下方向から左右内方側に傾斜する方向に沿って流動する。このため、成膜ガスが必要以上に左右外方側に拡散することを抑制できる。その結果、成膜ガスを効率よく励起・イオン化できる。
【００４７】
ノズル本体５をワーク１に沿わせることによって、ワーク１の形状が長尺状の場合であってもワーク１の表面に良好に成膜処理を施すことができる。載置部３に代えてワーク１を搬送する搬送手段を設けた場合、搬送手段の全幅に亘ってノズル本体５を配置することによって、ワーク１を連続的に成膜できる。
【００４８】
〔別実施形態〕
（１）雄ねじ部９と雌ねじ部１０を設けずにノズル本体５とノズル取付部６とを互いに係止してもよい。例えば、ノズル本体５およびノズル取付部６の一方を他方に挿入してネジ固定やピン固定したり、一方を他方に嵌合してもよく、各種の接続形態をとることができる。ノズル本体５とノズル取付部６を一体形成してもよい。
【００４９】
（２）先端側部分１１ｂ，３８ｂの形状を、内方側に湾曲する形状に構成して、先端側部分１１ｂ，３８ｂの外周面とシャワー電極１２，３２の下面とを滑らかに接続してもよい。これにより、先端側部分１１ｂ，３８ｂとシャワー電極１２，３２との合わせ部に異常放電が発生することを防止できる。
【実施例】
【００５０】
本発明を実施例により説明する。
〔エッチング処理〕
例えば、プラズマＣＶＤ処理により、ワーク１の表面にＤＬＣを成膜する際に、ワーク１の表面の汚れや表面に形成された酸化皮膜を除去するために、先ず、ワーク１にエッチング処理を施す。
【００５１】
放電ガス流路７にヘリウムガスを供給し、成膜ガス流路８にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給する。原子量が大きいアルゴンガスがワーク１の表面に衝突することにより、ワーク１表面の酸化皮膜や汚れが除去される。水素ガスがワーク１の酸化皮膜と反応することにより、ワーク１表面の酸化皮膜が還元される。
【００５２】
ヘリウム流量は１．４（ｌ／ｍin）であり、混合ガス流量は９５（ｍｌ／ｍin）である。一例として、アルゴンガス流量を７０（ｍｌ／ｍin）とし、水素ガス流量を２５（ｍｌ／ｍin）としてもよい。エッチング処理時間は６０（ｓｅｃ）である。真空容器内の圧力は１２０（Ｔｏｒｒ）である。電源周波数は４０（ｋＨｚ）で消費電力は２２０Ｗである。このとき、ワーク１をセットするステージ（載置部３）の温度は３００℃である。
【００５３】
〔中間層の成膜処理〕
次に、ワーク１表面にＤＬＣを成膜する前に、中間層としてのＳｉＣを成膜する。これにより、ワーク１とＤＬＣ膜との間に介在されたＳｉＣがバインダとしての役割を果たし、ＤＬＣの剥離を防止できる。
【００５４】
放電ガス流路７にヘリウムガスを供給し、成膜ガス流路８にテトラメチルシランガスを供給する。ヘリウム流量は１．４（ｌ／ｍin）であり、テトラメチルシランガス流量は１０（ｍｌ／ｍin）である。中間層の成膜処理時間は３０（ｓｅｃ）である。真空容器内の圧力、電源周波数、消費電力はエッチング処理と同じ条件である。このとき、ワーク１をセットするステージ（載置部３）の温度はエッチング処理と同じ温度に保持されている。
尚、中間層形成時にわずかにシャワー電極１２の下面が汚れることがあるが、本構成によれば、そのような汚れについても抑制できる。
【００５５】
〔ＤＬＣの成膜処理〕
放電ガス流路７にヘリウムガスを供給し、成膜ガス流路８にメタンガスを供給する。ヘリウム流量は１．４（ｌ／ｍin）であり、メタンガス流量は８０（ｍｌ／ｍin）である。ＤＬＣの成膜処理時間は９０（ｓｅｃ）である。真空容器内の圧力、電源周波数、消費電力はエッチング処理と同じ条件である。このとき、ワーク１をセットするステージ（載置部３）の温度はエッチング処理と同じ温度に保持されている。
【００５６】
〔実験結果〕
上記した成膜処理を５回連続して実施したのち、シャワー電極１２の表面に付着した汚れを観察した。従来技術のノズル（図３を参照）を用いた場合、電極表面には多くの汚れが付着していた。尚、この汚れはバッチ回数の増加とともに突起状に成長する。一方、本発明のノズル（図１を参照）を用いた場合、電極表面にはほとんど汚れが付着していなかった。このように本発明のノズルを用いることで、電極を頻繁に清掃して突起を除去する必要が無くなる等、メンテナンス作業を簡素化できる。
【００５７】
本発明のノズルは、被処理体の表面に成膜処理を施す各種プラズマＣＶＤ装置に適応可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 被処理体
９，１０，１１ 外側の筒状部
１２，３２ 電極
１２ａ，３２ａ ガス噴出孔
１３ 内側の筒状部材
１３ｂ 放電ガス案内部
１４，３４ 放電ガス流路
１５，３５ 放電ガス吐出口
１６，３６ 成膜ガス流路
１７，３７ 成膜ガス吐出口
２１ 拡径部
２１ａ 円筒面
２２ 成膜ガス案内部
Ｘ ノズル軸心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理体の表面に成膜処理を施すプラズマＣＶＤ装置に取り付けられ、前記被処理体が配置された放電空間に放電ガスおよび成膜ガスを供給するノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラズマＣＶＤ装置に関して、例えば、図３に示すように、放電ガスと成膜ガスとの混合ガスを供給する混合ガス流路を設け、混合ガス流路の下流側の端部に混合ガス吐出口を設けるノズルが知られている。この技術では、混合ガス吐出口から吐出された混合ガスに含まれる放電ガスが放電空間で電離してプラズマが生成される。混合ガスに含まれる成膜ガスはその流動の初期段階からプラズマに接触し、励起・イオン化する。このとき、混合ガス吐出口付近で励起・イオン化されたラジカルやイオンがノズル先端部に堆積してノズル先端部に汚れが付着し易くなる。ノズル先端部に付着する汚れの量が増大すると、ノズル先端部に突起が形成されて局所的に電界が集中し、突起の先端から異常放電が発生する。このような異常放電が発生すると、均一なプラズマを維持できなくなり、被処理体の表面を成膜処理できなくなる。このため、ノズルを頻繁に清掃して突起を除去する必要がある等、メンテナンス作業の手間が掛かる問題があった。加えて、メンテナンス作業中はプラズマＣＶＤ装置を稼動できないため、プラズマＣＶＤ装置の稼動率が低下する問題もあった。
【０００３】
これに対し、例えば、特開２００４−９１８３７号公報、特開２００４−１２４２４０号公報、特開２００４−１４３５６８号公報、特開２００４−１７６１０８号公報、特開２００９−２１６１５号公報には、成膜ガスを供給する成膜ガス流路および成膜ガス吐出口の両横側に、放電ガスを供給する放電ガス流路および放電ガス吐出口を設ける構成が開示されている（特許文献１〜５参照）。
【０００４】
この技術では、放電ガスが放電空間で電離してプラズマが生成される。成膜ガスが、その流動に伴ってプラズマに少しずつ接触し、励起・イオン化する。このため、成膜ガスがノズル先端部から流動方向に離間した位置で励起・イオン化し易くなる。その結果、励起・イオン化されたラジカルやイオンがノズル先端部の表面に堆積し難くなり、ノズルに汚れが付着し難くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９１８３７号公報
【特許文献２】特開２００４−１２４２４０号公報
【特許文献３】特開２００４−１４３５６８号公報
【特許文献４】特開２００４−１７６１０８号公報
【特許文献５】特開２００９−２１６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１〜５の技術では、成膜ガスが放電ガスによって挟み込まれた状態で流動する。このため、成膜ガスが両横側に拡散し難くなり、中央側に成膜ガスの濃度が高い領域が形成される。よって、励起・イオン化されたラジカルやイオンがノズル先端部の表面の中央に堆積してノズルが汚れることがあり、いまだ改善の余地があった。加えて、成膜ガスがノズル中心から両横側に拡散するのを過度に抑制する結果、成膜領域の周辺におけるラジカルやイオンの濃度が低くなり、例えば被処理体の側部の膜厚が中央部の膜厚に比べて薄くなる等、被処理体の膜厚が安定しなくなる。
【０００７】
本発明の目的は、メンテナンス作業の手間を低減させ、プラズマＣＶＤ装置の稼動率を向上させながらも、被処理体の膜厚を安定化し得るノズルを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のノズルは、被処理体の表面に成膜処理を施すプラズマＣＶＤ装置に取り付けられ、前記被処理体が配置された放電空間に放電ガスおよび成膜ガスを供給するものであって、その第１特徴構成は、前記放電ガスを供給する放電ガス流路と前記成膜ガスを供給する成膜ガス流路とを各別に設け、前記放電ガス流路の下流側の端部に、前記放電ガスを吐出する放電ガス吐出口を設けるとともに、前記成膜ガス流路の下流側の端部に、前記放電ガス吐出口から吐出される前記放電ガスを挟み込み又は包囲する領域に前記成膜ガスを吐出する成膜ガス吐出口を設けた点にある。
【０００９】
本構成のように、ノズルから吐出された成膜ガスが放電ガスを挟み込み又は包囲する状態で流動することで、プラズマの生成領域を中央側に確保しつつ、成膜ガスが両横側又は径方向外方側に拡散し易くなる。成膜ガスと放電ガスとが直ちに混合することは無く、ノズルから離間した位置で成膜ガスがプラズマに接触し、励起・イオン化される。この結果、ラジカルやイオンがノズル先端部の表面に堆積し難くなり、ノズルが汚れ難くなる。成膜ガスは、両横側又は径方向外方側に拡散した状態でプラズマに接触し、励起・イオン化される。このため、広い領域で成膜処理を施すことができる。加えて、成膜ガスが被処理体の側部に回り込み易くなり、被処理体の側部においても十分な膜厚を確保できる等、被処理体の膜厚が安定化する。
【００１０】
本発明の第２特徴構成は、内側の筒状部と外側の筒状部とを二重円筒状に配置し、前記内側の筒状部の内部に前記放電ガス流路を形成するとともに、前記内側の筒状部と前記外側の筒状部との間に前記成膜ガス流路を形成し、前記内側の筒状部の先端部に、先端側ほど径が大きい放電ガス案内部を設けてある点にある。
【００１１】
本構成によれば、放電ガス案内部の案内によって、放電ガスがノズル軸心方向から径方向外方側に傾斜する方向に沿って流動する。このため、放電ガス吐出口から吐出された放電ガスが径方向外方側に拡散し易くなり、プラズマの生成領域が径方向に拡大する。その結果、成膜ガスが励起・イオン化される領域が径方向に拡大し、被処理体の広い領域に対して均一な成膜を施すことができる。
【００１２】
本発明の第３特徴構成は、前記外側の筒状部の先端部の内周面に、拡径部を設けてある点にある。
【００１３】
放電ガス案内部の案内によって、放電ガス案内部付近を流動する成膜ガスはノズル軸心方向から径方向外方側に傾斜する方向に沿って流動する。このため、成膜ガスが必要以上に径方向外方側に拡散することがある。
本構成によれば、成膜ガスが拡径部を回り込んで成膜ガス吐出口から吐出される。このため、成膜ガス吐出口に対して成膜ガス流路をより径方向外方側に位置させることができる。よって、成膜ガスが放電ガス案内部によって案内され難くなり、成膜ガスが必要以上に径方向外方側に拡散することを抑制できる。本構成であれば、放電ガスが径方向外方側に拡散してプラズマの生成領域を広く確保できるとともに、成膜ガスの過度の拡散を抑制することができ、ノズルからやや離間した位置であっても必要な成膜ガス濃度を得ることができる。加えて、拡径部が成膜ガスの圧力の偏りを吸収するバッファ空間の機能を有するため、成膜ガスを均等に吐出できる。よって、成膜ガス濃度が均一となる。
【００１４】
本発明の第４特徴構成は、前記拡径部は、ノズル軸心方向に沿う円筒面を有している点にある。
【００１５】
本構成によれば、円筒面の案内によって、円筒面付近を流動する成膜ガスはノズル軸心方向に沿って流動する。このため、成膜ガスが必要以上に径方向外方側に拡散することを抑制できる。よって、成膜ガスが励起・イオン化する領域をより適正に形成することができる。
【００１６】
本発明の第５特徴構成は、前記円筒面の先端部に、先端側ほど径が小さい成膜ガス案内部を形成してある点にある。
【００１７】
本構成によれば、成膜ガス案内部の案内によって、成膜ガス案内部付近を流動する成膜ガスはノズル軸心方向から径方向内方側に傾斜する方向に沿って流動する。このため、成膜ガスが必要以上に径方向外方側に拡散することを確実に抑制できる。
【００１８】
放電ガス案内部付近を流動する成膜ガスは、成膜ガス案内部付近を流動する成膜ガスに衝突してその流動方向を内方寄りに変更する。これにより、成膜ガス案内部付近だけでなくて放電ガス案内部付近を流動する成膜ガスをも必要以上に径方向外方側に拡散することを抑制できる。
【００１９】
本発明の第６特徴構成は、前記外側の筒状部および前記内側の筒状部の先端を、多数のガス噴出孔を有する単一円板状の電極に構成した点にある。
【００２０】
電極の先端面に凸部が存在すると、凸部の先端に電界が集中して異常放電が発生することがある。これに対し、本構成のように電極の先端面が単一の平坦面であれば、電極の先端面に局所的に電界が集中することが無くなり、電極から異常放電が発生することを防止でき、均質なプラズマを生成することができる。また、成膜ガス吐出および放電ガス吐出口を同一の電極で構成することができ、部品点数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ノズルを示す断面図である。
【図２】（a）は第２実施形態におけるノズルを示す断面図であり、（ｂ）は第２実施形態におけるノズルを示す斜視図である。
【図３】従来のノズルを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔第１実施形態〕
以下、本発明に係る成膜装置の一例としてのプラズマＣＶＤ装置について説明する。
図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置は、放電ガスおよび成膜ガスをワーク１（被処理体の一例）に吹き付けるステンレス製のノズル２と、そのノズル２に対して放電ガスおよび成膜ガスを供給する放電ガス源および成膜ガス源（図示しない）と、ワーク１を載置する載置部３と、一方をノズル２に接続するとともに、他方を載置部３に接続する高周波電源４と、を備えている。
【００２３】
尚、電源は高周波電源に限られるものではなく、直流電源やパルス電源であってもよい。ノズル２および載置部３は真空容器（図示しない）内に設置されている。真空容器の内部は、例えば、６０〜８０ｔｏｒｒ程度に減圧され、そこで成膜処理が行われる。しかし、真空容器を設けずに、大気圧下で成膜処理を行なってもよい。大気圧下では平均自由工程が短くなるため、プラズマ中の電子とイオンとの衝突頻度が高くなり、プラズマが熱化し易くなる。このようなプラズマの熱化を防止するために、ノズル２および載置部３の少なくともいずれか一方を誘電体で被膜してバリア放電を行なってもよい。これにより、ノズル２および載置部３に高周波電圧を印加したときに、誘電体に電荷が蓄積され、放電が短期間で終了する。載置部３に代えてワーク１を搬送する搬送手段を設け、ワーク１を連続的に成膜してもよい。バッチ処理ではなく連続処理で成膜を行うことにより、成膜の処理効率が高まる。
【００２４】
放電ガスとして、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、窒素、水素等の不活性ガスが挙げられる。成膜ガスは、薄膜の種類によって適宜選択される。例えば、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ−Ｃａｒｂｏｎ）を成膜する場合には、成膜ガスとして、メタン、エタン、プロパン等の炭化水素系のガスが挙げられる。炭素のｓｐ3結合によってＤＬＣの硬度が高くなるため、ワーク１にＤＬＣを成膜することによって耐磨耗性および低摩擦性を付与できる。例えば、インジェクタやカムフォロア等のエンジン部品にＤＬＣを成膜すれば、それらエンジン部品の長寿命化を図ることができる。
【００２５】
ノズル２は、上側に位置するノズル取付部６と、下側に位置するノズル本体５と、を備えている。
【００２６】
ノズル取付部６は円柱状に構成してある。このノズル取付部６の内部には、放電ガス源からの放電ガスを供給するノズル取付部側の放電ガス流路７、および成膜ガス源からの成膜ガスを供給するノズル取付部側の成膜ガス流路８が形成されている。放電ガス流路７は、径方向に沿って延出する第１部分７ａと、ノズル軸心Ｘ方向に沿って延出する第２部分７ｂとを備えている。成膜ガス流路８は、径方向に沿って延出する第３部分８ａと、ノズル軸心Ｘ方向に沿って延出する第４部分８ｂと、を備えている。尚、第４部分８ｂは、第２部分７ｂの周囲に位置する１つの管状に構成してもよく、第２部分７ｂの周囲に複数並ぶ筒状に構成してもよい。ノズル取付部６の下面には、円筒状の雄ねじ部９（外側の筒状部の一例）が下方に突出形成されている。第４部分８ｂの下流側の開口は雄ねじ部９の径方向内方側に位置している。
【００２７】
ノズル本体５は、二重ノズル構造を呈し、ノズル取付部６の雄ねじ部９に螺合する雌ねじ部１０（外側の筒状部の一例）と、雌ねじ部１０から下方に突出形成された外側のノズル部１１（外側の筒状部の一例）と、外側のノズル部１１の下端の部位に固着された円板状のシャワー電極１２と、外側のノズル部１１と同軸上に配置される状態でシャワー電極１２の上面に固着された内側のノズル部１３（内側の筒状部の一例）と、を備えている。シャワー電極１２には、多数のガス噴出孔１２ａが形成されている。
【００２８】
内側のノズル部１３の内部には、ノズル本体側の放電ガス流路１４が形成されている。ノズル本体側の放電ガス流路１４における下流側の端部、つまり、シャワー電極１２における内側のノズル部１３の内方側部位には、放電ガス吐出口１５が形成されている。内側のノズル部１３と雄ねじ部９および外側のノズル部１１との間には、ノズル本体側の成膜ガス流路１６が形成されている。ノズル本体側の成膜ガス流路１６における下流側の端部、つまり、シャワー電極１２における内側のノズル部１３と外側のノズル部１１とで囲まれる部位には、成膜ガス吐出口１７が形成されている。
【００２９】
内側のノズル部１３は、円筒状の基端側部分１３ａと先端側ほど径が大きい円錐状の先端側部分１３ｂ（放電ガス案内部の一例）とを備えて、ラッパ状に構成されている。基端側部分１３ａは、第２部分７ｂの下流側の開口よりも径方向外方側で、かつ第４部分８ｂの下流側の開口よりも径方向内方側に位置している。これにより、ノズル取付部６にノズル本体５を取り付けたときに、ノズル取付部側の放電ガス流路７とノズル本体側の放電ガス流路１４とが連通接続されるとともに、ノズル取付部側の成膜ガス流路８とノズル本体側の成膜ガス流路１６とが連通接続される。
【００３０】
外側のノズル部１１は、円筒状の基端側部分１１ａと、先端側ほど径が小さい逆円錐状の先端側部分１１ｂと、を備えている。基端側部分１１ａの内周面は雄ねじ部９の内周面よりも大径に構成する。基端側部分１１ａの内周面が拡径部２１の円筒面２１ａを構成する。先端側部分１１ｂの内周面が成膜ガス案内部２２を構成する。
【００３１】
次に、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置による成膜処理について説明する。
図１に示すように、放電ガス源からの放電ガスは、放電ガス流路７，１４を流動し、放電ガス吐出口１５からシャワー電極１２と載置部３との間の放電空間に供給される。放電空間に供給された放電ガスは電離されてプラズマが生成される。
【００３２】
内側のノズル部１３の先端側部分１３ｂの案内によって、放電ガスがノズル軸心Ｘ方向から外方側に傾斜する方向に沿って流動する。このため、放電空間に供給された放電ガスが径方向に拡散し易くなり、プラズマの生成領域が径方向に拡大する。その結果、成膜ガスが励起・イオン化される領域が径方向に拡大し、ワーク１の広い領域に対して均一な成膜を施すことができる。ワーク１に均一な成膜を施すためには、先端側部分１３ｂから下方に延長した円錐面の内方側にワーク１が位置することが望ましい。
【００３３】
成膜ガス源からの成膜ガスは、成膜ガス流路８，１６を流動し、成膜ガス吐出口１７からシャワー電極１２と載置部３との間の放電空間に供給される。上記生成されたプラズマによって、放電空間に供給された成膜ガスがプラズマに接触して励起・イオン化され、ラジカルやイオンが生成される。上記生成されたラジカルやイオンがワーク１の表面に堆積して薄膜が形成される。
【００３４】
成膜ガス吐出口１７から吐出された成膜ガスがその流動に伴って少しずつプラズマに接触して励起・イオン化する。このため、成膜ガスがシャワー電極１２の下面から流動方向に離間した位置で励起・イオン化し易くなる。その結果、励起・イオン化されたラジカルやイオンがシャワー電極１２の下面に堆積し難くなり、シャワー電極１２の下面に汚れが付着し難くなる。
【００３５】
成膜ガスが放電ガスを包囲する状態で流動することで、プラズマの生成領域を中央側に確保しつつ、成膜ガスが径方向外方側に拡散し易くなる。よって、成膜ガスはノズル２の先端部からやや離間した位置で励起・イオン化されるため、ラジカルやイオンがシャワー電極１２の下面に堆積し難くなり、ノズル２が汚れ難くなる。成膜ガスの励起・イオン化される位置がノズル２から離間した位置となる結果、成膜ガスと放電ガスとが混合する領域が拡大する。つまり、本構成であれば、従来技術のように、ノズル２の先端部の近傍でラジカルやイオンの濃度が不均一な領域が形成されるのではなく、ノズル２の先端部から離間した位置でラジカルやイオンの濃度の均一な領域が形成される。この結果、成膜ガスがワーク１の側部に回り込み易くなり、ワーク１の側部においても十分な膜厚を確保できる。加えて、拡径部２１が成膜ガスの圧力の偏りを吸収するバッファ空間の機能を有するため、成膜ガスを均一に吐出できる。
【００３６】
成膜ガスが成膜ガス吐出口１７から吐出される際には、成膜ガスは、拡径部２１における円筒面２１ａの案内によってノズル軸心Ｘ方向に沿って流動したのち、成膜ガス案内部２２の案内によってノズル軸心Ｘ方向から内方側に傾斜する方向に沿って流動する。つまり、成膜ガス吐出口１７に対して直前の成膜ガス流路１６の位置をより径方向外方側に位置させることができ、ノズル２から吐出される成膜ガスの吐出方向もより内側に向けられるため、成膜ガスが内側のノズル部１３の先端側部分１３ｂによって過度に外方に案内されるのを防止し、成膜ガスが必要以上に径方向外方側に拡散することを抑制できる。その結果、成膜ガスをより適切な位置で励起・イオン化することができる。
【００３７】
内側のノズル部１３の先端側部分１３ｂ付近を流動する成膜ガスは、成膜ガス案内部２２付近を流動する成膜ガスに衝突してその流動方向を内方寄りに変更する。これにより、成膜ガス案内部２２付近に加えて先端側部分１３ｂ付近を流動する成膜ガスをも必要以上に径方向外方側に拡散することを抑制できる。
【００３８】
〔第２実施形態〕
図２に示すように、本発明のノズル２は、ノズル本体５が、角筒状のケーシング３１と、ケーシング３１の下端の部位に固着されたシャワー電極３２と、ケーシング３１とシャワー電極１２とで囲まれた空間を仕切る一対の仕切板３３と、を備えるように構成することもできる。シャワー電極３２には、多数のガス噴出孔３２ａが形成されている。
【００３９】
一対の仕切板３３の間には、放電ガス流路３４が形成されている。放電ガス流路３４における下流側の端部、つまり、シャワー電極３２における一対の仕切板３３で囲まれる部位には、放電ガス吐出口３５が形成されている。一方の仕切板３３とケーシング３１における一方の側面部３８との間、および他方の仕切板３３とケーシング３１における他方の側面部３８との間には、成膜ガス流路３６が形成されている。成膜ガス流路３６における下流側の端部、つまり、シャワー電極１２における一方の仕切板３３とケーシング３１における一方の側面部３１ａとで囲まれる部位、および他方の仕切板３３とケーシング３１における他方の側面部３１ｂとで囲まれる部位には、成膜ガス吐出口３７が形成されている。
【００４０】
一対の仕切板３３は、それぞれ上下方向に沿う基端側部分３３ａと上下方向から左右外方側に傾斜する方向に沿う先端側部分３３ｂとを備えて、屈曲状に形成されている。先端側部分３３ｂは先端側ほど間隔が広くなる状態に配置してある。
【００４１】
両側面部３８は、それぞれ上下方向に沿う基端側部分３８ａと上下方向から左右内方側に傾斜する方向に沿う先端側部分３８ｂとを備えて、屈曲状に形成されている。先端側部分３８ｂは先端側ほど間隔が狭くなる状態に配置してある。
【００４２】
本構成のノズル２が奏する機能は上記実施形態に係るものと基本的に同じである。
図２に示すように、放電ガス源からの放電ガスは、放電ガス流路３４を流動し、放電ガス吐出口３５からシャワー電極３２と載置部３との間の放電空間に供給される。放電空間に供給された放電ガスは電離されてプラズマが生成される。
【００４３】
放電ガスは仕切板３３の先端側部分３３ｂの案内によって左右外方側に拡散し易くなり、プラズマの生成領域が左右外方側に拡大する。よって、ワーク１の広い領域に対して均一な成膜を施すことができる。
【００４４】
成膜ガス源からの成膜ガスは、成膜ガス流路３６を流動し、シャワー電極３２に形成された多数のガス噴出孔３２ａを通過して、シャワー電極３２と載置部３との間の放電空間に供給される。上記生成されたプラズマによって、放電空間に供給された成膜ガスがプラズマに接触して励起・イオン化され、ラジカルやイオンが生成される。上記生成されたラジカルやイオンがワーク１の表面に堆積して薄膜が形成される。
【００４５】
成膜ガスが放電ガスを挟み込む状態で流動することで、プラズマの生成領域を中央側に確保しつつ、成膜ガスが左右外方側に拡散し易くなる。よって、ノズル２の先端部から離間した位置でラジカルやイオンの濃度の均一な領域が形成され、ワーク１の側部においても十分な膜厚を確保できる。
【００４６】
成膜ガスが成膜ガス吐出口３７から吐出される際には、放電ガスは側面部３８の先端側部分３８ｂの案内によって上下方向から左右内方側に傾斜する方向に沿って流動する。このため、成膜ガスが必要以上に左右外方側に拡散することを抑制できる。その結果、成膜ガスを効率よく励起・イオン化できる。
【００４７】
ノズル本体５をワーク１に沿わせることによって、ワーク１の形状が長尺状の場合であってもワーク１の表面に良好に成膜処理を施すことができる。載置部３に代えてワーク１を搬送する搬送手段を設けた場合、搬送手段の全幅に亘ってノズル本体５を配置することによって、ワーク１を連続的に成膜できる。
【００４８】
〔別実施形態〕
（１）雄ねじ部９と雌ねじ部１０を設けずにノズル本体５とノズル取付部６とを互いに係止してもよい。例えば、ノズル本体５およびノズル取付部６の一方を他方に挿入してネジ固定やピン固定したり、一方を他方に嵌合してもよく、各種の接続形態をとることができる。ノズル本体５とノズル取付部６を一体形成してもよい。
【００４９】
（２）先端側部分１１ｂ，３８ｂの形状を、内方側に湾曲する形状に構成して、先端側部分１１ｂ，３８ｂの外周面とシャワー電極１２，３２の下面とを滑らかに接続してもよい。これにより、先端側部分１１ｂ，３８ｂとシャワー電極１２，３２との合わせ部に異常放電が発生することを防止できる。
【実施例】
【００５０】
本発明を実施例により説明する。
〔エッチング処理〕
例えば、プラズマＣＶＤ処理により、ワーク１の表面にＤＬＣを成膜する際に、ワーク１の表面の汚れや表面に形成された酸化皮膜を除去するために、先ず、ワーク１にエッチング処理を施す。
【００５１】
放電ガス流路７にヘリウムガスを供給し、成膜ガス流路８にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給する。原子量が大きいアルゴンガスがワーク１の表面に衝突することにより、ワーク１表面の酸化皮膜や汚れが除去される。水素ガスがワーク１の酸化皮膜と反応することにより、ワーク１表面の酸化皮膜が還元される。
【００５２】
ヘリウム流量は１．４（ｌ／ｍin）であり、混合ガス流量は９５（ｍｌ／ｍin）である。一例として、アルゴンガス流量を７０（ｍｌ／ｍin）とし、水素ガス流量を２５（ｍｌ／ｍin）としてもよい。エッチング処理時間は６０（ｓｅｃ）である。真空容器内の圧力は１２０（Ｔｏｒｒ）である。電源周波数は４０（ｋＨｚ）で消費電力は２２０Ｗである。このとき、ワーク１をセットするステージ（載置部３）の温度は３００℃である。
【００５３】
〔中間層の成膜処理〕
次に、ワーク１表面にＤＬＣを成膜する前に、中間層としてのＳｉＣを成膜する。これにより、ワーク１とＤＬＣ膜との間に介在されたＳｉＣがバインダとしての役割を果たし、ＤＬＣの剥離を防止できる。
【００５４】
放電ガス流路７にヘリウムガスを供給し、成膜ガス流路８にテトラメチルシランガスを供給する。ヘリウム流量は１．４（ｌ／ｍin）であり、テトラメチルシランガス流量は１０（ｍｌ／ｍin）である。中間層の成膜処理時間は３０（ｓｅｃ）である。真空容器内の圧力、電源周波数、消費電力はエッチング処理と同じ条件である。このとき、ワーク１をセットするステージ（載置部３）の温度はエッチング処理と同じ温度に保持されている。
尚、中間層形成時にわずかにシャワー電極１２の下面が汚れることがあるが、本構成によれば、そのような汚れについても抑制できる。
【００５５】
〔ＤＬＣの成膜処理〕
放電ガス流路７にヘリウムガスを供給し、成膜ガス流路８にメタンガスを供給する。ヘリウム流量は１．４（ｌ／ｍin）であり、メタンガス流量は８０（ｍｌ／ｍin）である。ＤＬＣの成膜処理時間は９０（ｓｅｃ）である。真空容器内の圧力、電源周波数、消費電力はエッチング処理と同じ条件である。このとき、ワーク１をセットするステージ（載置部３）の温度はエッチング処理と同じ温度に保持されている。
【００５６】
〔実験結果〕
上記した成膜処理を５回連続して実施したのち、シャワー電極１２の表面に付着した汚れを観察した。従来技術のノズル（図３を参照）を用いた場合、電極表面には多くの汚れが付着していた。尚、この汚れはバッチ回数の増加とともに突起状に成長する。一方、本発明のノズル（図１を参照）を用いた場合、電極表面にはほとんど汚れが付着していなかった。このように本発明のノズルを用いることで、電極を頻繁に清掃して突起を除去する必要が無くなる等、メンテナンス作業を簡素化できる。
【００５７】
本発明のノズルは、被処理体の表面に成膜処理を施す各種プラズマＣＶＤ装置に適応可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 被処理体
９，１０，１１ 外側の筒状部
１２，３２ 電極
１２ａ，３２ａ ガス噴出孔
１３ 内側の筒状部材
１３ｂ 放電ガス案内部
１４，３４ 放電ガス流路
１５，３５ 放電ガス吐出口
１６，３６ 成膜ガス流路
１７，３７ 成膜ガス吐出口
２１ 拡径部
２１ａ 円筒面
２２ 成膜ガス案内部
Ｘ ノズル軸心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体の表面に成膜処理を施すプラズマＣＶＤ装置に取り付けられ、前記被処理体が配置された放電空間に放電ガスおよび成膜ガスを供給するノズルであって、
前記放電ガスを供給する放電ガス流路と前記成膜ガスを供給する成膜ガス流路とを各別に設け、
前記放電ガス流路の下流側の端部に、前記放電ガスを吐出する放電ガス吐出口を設けるとともに、前記成膜ガス流路の下流側の端部に、前記放電ガス吐出口から吐出される前記放電ガスを挟み込み又は包囲する領域に前記成膜ガスを吐出する成膜ガス吐出口を設けてあるノズル。
【請求項２】
内側の筒状部と外側の筒状部とを二重円筒状に配置し、前記内側の筒状部の内部に前記放電ガス流路を形成するとともに、前記内側の筒状部と前記外側の筒状部との間に前記成膜ガス流路を形成し、
前記内側の筒状部の先端部に、先端側ほど径が大きい放電ガス案内部を設けてある請求項１に記載のノズル。
【請求項３】
前記外側の筒状部の先端部の内周面に、拡径部を設けてある請求項２に記載のノズル。
【請求項４】
前記拡径部は、ノズル軸心方向に沿う円筒面を有している請求項３に記載のノズル。
【請求項５】
前記円筒面の先端部に、先端側ほど径が小さい成膜ガス案内部を形成してある請求項４に記載のノズル。
【請求項６】
前記外側の筒状部および前記内側の筒状部の先端に、多数のガス噴出孔を有する円板状の電極を設けてある請求項２〜５のいずれか１項に記載のノズル。
【請求項１】
被処理体の表面に成膜処理を施すプラズマＣＶＤ装置に取り付けられ、前記被処理体が配置された放電空間に放電ガスおよび成膜ガスを供給するノズルであって、
前記放電ガスを供給する放電ガス流路と前記成膜ガスを供給する成膜ガス流路とを各別に設け、
前記放電ガス流路の下流側の端部に、前記放電ガスを吐出する放電ガス吐出口を設けるとともに、前記成膜ガス流路の下流側の端部に、前記放電ガス吐出口から吐出される前記放電ガスを挟み込み又は包囲する領域に前記成膜ガスを吐出する成膜ガス吐出口を設けてあるノズル。
【請求項２】
内側の筒状部と外側の筒状部とを二重円筒状に配置し、前記内側の筒状部の内部に前記放電ガス流路を形成するとともに、前記内側の筒状部と前記外側の筒状部との間に前記成膜ガス流路を形成し、
前記内側の筒状部の先端部に、先端側ほど径が大きい放電ガス案内部を設けてある請求項１に記載のノズル。
【請求項３】
前記外側の筒状部の先端部の内周面に、拡径部を設けてある請求項２に記載のノズル。
【請求項４】
前記拡径部は、ノズル軸心方向に沿う円筒面を有している請求項３に記載のノズル。
【請求項５】
前記円筒面の先端部に、先端側ほど径が小さい成膜ガス案内部を形成してある請求項４に記載のノズル。
【請求項６】
前記外側の筒状部および前記内側の筒状部の先端に、多数のガス噴出孔を有する円板状の電極を設けてある請求項２〜５のいずれか１項に記載のノズル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１５３９３２（Ｐ２０１２−１５３９３２Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３２９５（Ｐ２０１１−１３２９５）
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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