成膜装置用の被処理物の支持具

【課題】従来よりも高品質な被膜を形成する。
【解決手段】この発明に係る支持具１０は、支持具本体３０と、この支持具本体３０の円筒状部３４を覆う概略筒状のカバー７０と、を備えている。そして、カバー７０には、円筒状部３４の内孔３８と連続する貫通孔７８が設けられており、これによって、被処理物２０の一部が挿入される挿入孔１２が形成されている。さらに、カバー７０の先端部７２は、テーパ状に形成されている。この構成によれば、成膜処理時に、イオン粒子１１８が支持具１０の表面、特に先端面７４、に衝突することによって当該先端面７４から被膜９０の粒子１２４および１２６が叩き出されたとしても、この叩き出された粒子１２４および１２６が被処理物２０の表面に再付着することはない。従って、当該再付着に起因する被膜９０の剥離が防止され、高品質な被膜９０が形成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相中で被処理物の表面に被膜を形成する成膜装置に用いられ当該被処理物を支持する支持具に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の支持具として、従来、例えば特許文献１に開示されたものがある。具体的には、図８を参照して、この従来の支持具１は、支持具本体２と、ばね部材３と、カバー４と、を備えている。支持具本体２は、支持軸２ａと、この支持軸２ａの一端に延長形成された円筒状部２ｂと、を有しており、円筒状部２ｂの内孔２ｃは、概略棒状の被処理物（従来技術では処理物と称されている。）５の一部が挿入される内径に形成されている。さらに、円筒状部２ｂの周壁には、当該円筒状部２ｂの軸線２ｄの方向に沿って延伸する２つのスリット２ｅおよび２ｅが設けられており、それぞれのスリット２ｅ内には、ばね部材３を構成するスリット内伸延部３ａが設けられている。各スリット内伸延部３ａおよび３ａは、互いに凸状に向き合うように屈曲形成されており、それぞれの一端は、互いに共通の基部３ｂに続いている。基部３ｂは、円筒状部２ｂの周壁に設けられた溝２ｆに嵌着されており、この状態で、当該円筒状部２ｂの外周を覆うように筒状に形成されたカバー４が支持軸２ａ側から装着されることによって、基部３ｂを含むばね部材３が固定される。なお、カバー４の先端側（図８において右側）は、開口しており、その端面４ａは、円筒状部２ｂの先端側の端面２ｇと一致するように形成されている。言い換えれば、これらの端面２ｇおよび４ａによって、支持具１の先端面１ａが形成されている。そして、カバー４の支持軸２ａ側の端部には、当該支持軸２ａが挿通される穴４ｂが設けられている。
【０００３】
このように構成された支持具１によれば、円筒状部２ｂの内孔２ｃに被処理物５の一部が挿入されると、ばね部材３の弾性反力によって当該被処理物５が支持される。ゆえに、例えばボルトを止めねじとして用いる構成（つまりボルトで被処理物５の側面を押止する構成）に比べて、被処理物５の着脱が簡単になり、作業能率が向上する、とされている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３３９７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の支持具１は、イオンプレーティング装置やプラズマＣＶＤ（Chemical
Vapor Deposition）装置のようにプラズマを利用して成膜処理を行う装置にも用いられる。この場合、プラズマによってイオン化された被膜材料粒子を被処理物５の表面に衝突させるべく、当該支持具１を介して被処理物５に、所定のバイアス電圧、例えば接地電位を基準とするマイナスの直流電圧Ｖｂ、が印加される。しかし、このようにバイアス電圧Ｖｂが印加されることによって、次のような問題が生じる。
【０００６】
即ち、図９に矢印６で示すように、イオン化された被膜材料粒子７が被処理物５の表面に衝突することによって、当該被処理物５の表面に被膜８が形成される。そして、この被膜８は、被処理物５の表面のみならず、支持具１の表面、詳しくはカバー４の表面、にも形成され、勿論、先端面１ａにも形成される。ただし、先端面１ａを含む支持具１の表面は、本来、被膜８の形成対象ではないため、被処理物５の表面に比べて、非常に粗く、また被膜８との相性も悪い。従って、このような支持具１の表面に言わば副産物的に形成された被膜８は、被処理物５の表面に目的的に形成された被膜８に比べて、密着性が低い。このため、例えば矢印６ａで示すように、密着性の低い被膜８が形成された支持具１の表面にイオン化された粒子７ａが衝突すると、矢印９ａおよび９ｂで示すように、当該支持具１の表面から被膜８の粒子８ａおよび８ｂが叩き出され、いわゆるスパッタされる。これと同様に、矢印６ｂで示すように、支持具１の先端面１ａにイオン粒子７ｂが衝突することによっても、矢印９ｃで示すように、当該先端面１ａから被膜８の粒子８ｃが叩き出される。ところが、この先端面１ａは、被処理物５の表面に対して略直角を成しているため、当該先端面１ａから叩き出された粒子８ｃの一部が、被処理物５の表面に対して比較的に小さな入射角で入射して、当該被処理物５の表面に再付着することがある。そして、この再付着した粒子８ｃは、さらに密着性が低いため、この粒子８ｃが再付着した部分において、図１０に符号８ｄで示すように、被膜８の剥離が生じる、という問題がある。この被膜８の剥離部分８ｄは、外観的にも、被膜８が正常に形成されている部分、および内孔２ｃに挿入されていたために被膜８が必然的に形成されない部分５ａ、のいずれとも明らかに異なるため、非常に厄介である。
【０００７】
そこで、本発明は、上述のような被膜８の剥離を防止することによって高品質な被膜を形成することができる被処理物の支持具を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明の支持具は、被処理物の一部が挿入される筒状部を具備する。そして、この筒状部における被処理物の一部が挿入される側の端部が、先細りに形成されていること、を特徴とする。
【０００９】
即ち、本発明では、被処理物の一部が筒状部に挿入されることによって、当該被処理物が支持される。ここで、筒状部における被処理物の一部が挿入される側の端部が、先細りに形成されている。つまり、当該端部の外周面が、当該端部の先端に向かうに連れて筒状部の中心軸に接近するような傾斜面とされている。従って、この端部の外周面にイオン粒子等が衝突することによって当該端部の外周面に形成されている被膜の粒子が叩き出されたとしても、この叩き出された粒子が当該端部の先端よりもさらに先に位置する被処理物の表面に向かって飛散するのが抑制される。また、たとえ叩き出された粒子が被処理物の表面に向かって飛散したとしても、この被処理物の表面に対する当該叩き出された粒子の入射角が比較的に大きいため、当該粒子が被処理物の表面に再付着する可能性は低い。ゆえに、叩き出された粒子が被処理物の表面に再付着するのが防止される。
【００１０】
なお、本発明は、被処理物がドリル刃やシャフトのような概略棒状のものである場合に、特に好適である。
【００１１】
また、筒状部の上述した端部は、テーパ状に形成されてもよい。
【００１２】
これ以外に、当該筒状部の端部は、円弧状に形成されてもよい。具体的には、筒状部の中心軸を含む平面において、当該端部の外周面が円弧状に形成されてもよい。
【００１３】
そして、筒状部および被処理物のそれぞれは、金属製であってもよい。併せて、被膜の材料となる粒子を被処理物の表面に引き付けるためのバイアス電力が、筒状部を介して当該被処理物に供給されてもよい。即ち、このようなバイアス電力が供給されることによって、被処理物の表面に対するイオン粒子の衝突エネルギが増大し、ひいては当該被処理物の表面に対する被膜の密着性が増大するが、その一方で、筒状部の端部の外周面に対するイオン粒子の衝突エネルギも増大し、これに伴い、当該外周面から叩き出される被膜粒子の量も増大する。このような条件下においても、本発明は、極めて有効である。
【発明の効果】
【００１４】
上述したように、本発明によれば、筒状部の端面の外周面にイオン粒子等が衝突することによって当該端部の外周面に形成されている被膜の粒子が叩き出されたとしても、この叩き出された粒子が当該端部の先端よりもさらに先に位置する被処理物の表面に再付着することはない。従って、叩き出された粒子８ｃが再付着することによって被膜８の剥離を引き起こすという上述した従来技術とは異なり、当該剥離のない高品質な被膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
【００１６】
本実施形態に係る支持具１０は、刃が形成された棒状工具（ドリル刃等）やシャフトのような概略丸棒状の被処理物２０を支持するのに適したものであり、図１に示すように、支持具本体３０と、ばね部材５０と、カバー７０と、を備えている。支持具本体３０は、図示しない回転基台に取り付けられる円柱状の基部３２と、この基部３２の先端（同図において右側の端部）に同軸状に結合された当該基部３２よりも外径の大きい円筒状の円筒状部３４と、を有している。
【００１７】
円筒状部３４は、基部３２と中心軸３６を共通にする内孔３８を有しており、この内孔３８には、後述するように被処理物２０の一部が挿入される。このため、内孔３８は、円筒状部３４の先端（図１において右側の端部）において開口しており、その内径Ｄａは、被処理物２０の被挿入部分の外径Ｄｂよりもほんの少し大きく、例えば当該外径Ｄｂが１０［ｍｍ］であるとすると、当該内径Ｄａは１０．１［ｍｍ］〜１０．２［ｍｍ］程度とされる。
【００１８】
さらに、円筒状部３４の周壁には、当該周壁を貫通すると共に中心軸３６に沿って延伸する２つのスリット４０および４０が、内孔３８を挟んで互いに対向するように設けられている。そして、それぞれのスリット４０内には、ばね部材５０を構成する細長い押圧部５２が設けられている。各押圧部５２および５２は、互いに凸状に向き合うように屈曲成形されており、それぞれの基部３２側（図１において左側）の端部は、互いに共通の半円弧状の固定部５４に結合されている。固定部５４は、一方のスリット４０の基部３２側の端縁と他方のスリット４０の当該基部３２側の端縁とを結ぶように円筒状部３４の外周面に設けられた溝４２に、嵌入される。そして、この状態で、円筒状部３４の外周面を覆うように、概略筒状のカバー７０が、当該円筒状部３４の先端側から装着されることによって、固定部５４を含むばね部材５０が固定される。
【００１９】
カバー７０の先端部（図１において右側の端部）７２は、テーパ状に形成されており、これによって、当該先端部７２の外周面７４は、当該先端部７２の先端７６に向かうに連れて徐々に中心軸３６に接近する傾斜面とされている。そして、この先端部７２には、円筒状部３４の内孔３８と連続する貫通孔７８が設けられており、これによって、被処理物２０の一部が挿入される一連の挿入孔１２が形成されている。
【００２０】
なお、先端部７２の先端７６は、極力、尖鋭であることが望まれるが、機械加工精度等の関係上、現実には、図２に示すように、多少の厚みＷを有する。それゆえに、本実施形態では、この厚みＷに一定の規制が設けられており、例えば挿入孔１２の内径Ｄａの５［％］以下、若しくは０．５［ｍｍ］以下、という規制が設けられている。また、先端部７２の外周面７４は、図１に示すように、中心軸３６に対して鈍角θを成すが、この角度θが大きいほど、当該先端部７２によって覆われる部分が多くなり、言い換えれば後述する被膜９０の形成可能な部分が少なくなる。ゆえに、この角度θについても、一定の規制が設けられ、例えば７０度以下、好ましくは４５度〜６０度、という規制が設けられる。なお、カバー７０の基部３２側の端面は、円筒状部３４の当該基部３２側の端面と一致するように形成されている。
【００２１】
このように構成された本実施形態の支持具１０によれば、挿入孔１２に被処理物２０の一部が挿入されると、ばね部材５０（各押圧部５２および５２）の弾性力によって、当該被処理物２０が支持される。従って、上述した従来技術と同様、被処理物２０を容易に着脱することができ、当該着脱作業の効率が向上する。
【００２２】
そして、本実施形態の支持具１０もまた、従来技術と同様、イオンプレーティング装置やプラズマＣＶＤ装置のようにプラズマを利用して成膜処理を行う装置に用いることができる。この場合、図１に示すように、所定のバイアス電圧、例えば接地電位を基準とするマイナスの直流電圧Ｖｂが、当該支持具１０を介して、被処理物２０に印加される。なお、このようにバイアス電圧Ｖｂが印加されるには、支持具１０および被処理物２０のそれぞれが金属製であることが前提とされることは、言うまでもない。特に、支持具１０については、ばね部材５０を除いて、例えばステンレス製，炭素鋼製，或いは金型鋼製とするのが、望ましい。
【００２３】
このバイアス電圧Ｖｂが印加されながらの成膜処理時の状態を、図３に示す。同図に矢印１００で示すように、イオン化された被膜材料粒子１０２が被処理物２０の表面に衝突することによって、当該被処理物２０の表面に被膜９０が形成される。そして、この被膜９０は、被処理物２０の表面のみならず、支持具１０の表面、詳しくはカバー７０の表面、にも形成され、勿論、当該支持具１０の先端面でもある先端部７２の傾斜面７４にも形成される。
【００２４】
ただし、傾斜面７４を含む支持具１０の表面は、本来、被膜９０の形成対象ではないため、被処理物２０の表面に比べて、非常に粗く、また被膜９０との相性も悪い。従って、このような支持具１０の表面に副産物的に形成された被膜９０は、被処理物２０の表面に目的的に形成された被膜９０に比べて、密着性が低い。このため、例えば図３に矢印１０４で示すように、密着性の低い被膜９０が形成された支持具１０の表面にイオン化された粒子１０６が衝突すると、矢印１０８および１１０で示すように、当該支持具１０の表面から被膜９０の粒子１１２および１１４が叩き出される。これと同様に、矢印１１６で示すように、支持具１０の先端面（傾斜面）７４にイオン粒子１１８が衝突することによっても、矢印１２０および１２２で示すように、当該先端面７４から被膜９０の粒子１２４および１２６が叩き出される。
【００２５】
しかしながら、先端面７４は、上述したように中心軸３６に対して鈍角θを成しており、言い換えれば被処理物２０の表面（側面）に対して鈍角θを成しているので、特に矢印１２０で示すように、被処理物２０の表面に向かって飛散しない粒子１２４が、大多数である。また、矢印１２２で示すように、たとえ被処理物２０の表面に向かって飛散する粒子１２６が存在するとしても、被処理物２０の表面に対する当該粒子１２６の入射角が比較的に大きいため、当該粒子１２６が被処理物２０の表面に再付着する可能性は極めて低い。
【００２６】
このように、本実施形態によれば、支持具２０の表面から叩き出された粒子、特に先端面７４から叩き出された粒子１２４および１２６が、被処理物２０の表面に再付着するのが防止される。従って、叩き出された粒子８ｃが再付着することによって被膜８の剥離を引き起こすという上述した従来技術とは異なり、当該剥離のない高品質な被膜９０を形成することができる。
【００２７】
このことは、特にバイアス電圧Ｖｂ（絶対値）が大きいほど、またイオン粒子１０２，１０６および１１８を含むプラズマの密度が高いほど、顕著になる。そして、図には示さないが、プラズマの発生源（イオン源）が先端部７２よりもさらに先方（図１において右側）に位置する場合にも、顕著になる。
【００２８】
なお、本実施形態においては、カバー７０の先端部７２をテーパ状に形成したが、これに限らない。例えば、図４に示すように、半径Ｒが略一定の概略半球状（ドーム状）としてもよい。言い換えれば、中心軸３６を含む平面（断面）において、当該先端部７２の表面７４が円弧状に形成されるようにしてもよい。
【００２９】
また、図５に示すように、先端部７２を概略半楕球状としてもよい。この場合、当該半楕球状の先端部７２の長軸が、中心軸３６に一致し、当該先端部７２の短軸が、中心軸３６と直角を成すように形成するのが、望ましい。ただし、長軸方向の寸法Ｒ’が大きいほど、被膜９０の形成可能な部分が少なくなるので、当該寸法Ｒ’に一定の規制を設ける。例えば、当該長軸方向の寸法Ｒ’は、単軸方向の中心軸３６からの寸法Ｒ”の１．５倍〜３倍とするのが、望ましい。
【００３０】
さらに、図６に示すように、先端部７２をカバー７０とは別部材としてもよい。この場合、当該先端部７２は、カバー７０と同種の金属製とする。そして、これら両者７０および７２間の導電性を維持するべく、当該両者７０および７２間を導電性接着剤や溶接等の所定の接合手段によって接合するのが、望ましい。勿論、この別部材としての先端部７２は、図４に示したような概略半球状や、図５に示したような概略半楕球状のものであってもよい。
【００３１】
また、図６に示したのと同様の先端部７２を、図７に示すように、従来の支持具１に取り付けてもよい。このようにすれば、従来の支持具１に当該先端部７２を取り付けるだけで、本実施形態と同様の効果が得られる。
【００３２】
なお、本実施形態の支持具１０は、図１に示したように、中心軸３６を水平方向に延伸させた状態で使用することもできるし、当該中心軸３６を垂直方向またはそれ以外の方向に延伸させた状態で使用することもできる。
【００３３】
そして、本実施形態では、ばね部材５０の弾性力によって被処理物２０を支持する構造としたが、これ以外の構造、例えばねじ止めによって当該被処理物２０を支持する構造を採用してもよい。また、本実施形態におけるばね部材５０の向きは、従来技術におけるばね部材３の向きと反対であるが、当該ばね部材５０の向きを、従来技術と同じにしてもよい。
【００３４】
さらに、バイアス電圧Ｖｂとして、接地電位を基準とするマイナスの直流電圧を採用したが、これに限らない。即ち、被処理物２０や被膜９０の材質等に応じて、例えば接地電位を基準とするプラスの直流電圧を採用してもよいし、高周波電圧やパルス電圧等の非直流電圧を採用してもよい。
【００３５】
また、被処理物２０として、刃が形成された棒状工具やシャフトのような概略丸棒状のものを例示したが、これに限らない。概略角棒や平板状のもの等、他の形状のものであってもよい。ただし、被膜９０の形成される主たる面が中心軸３６に沿う形状のものが、好ましい。
【００３６】
そして、本実施形態の支持具１０は、スパッタリング装置等の他の成膜装置にも適用できることは、言うまでもない。また、当該支持具１０がグロー放電領域に配置される装置にも、適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１の一部を拡大して示す図である。
【図３】同実施形態の成膜処理時の状態を示す図解図である。
【図４】本実施形態の別の例を示す図である。
【図５】図４とはさらに別の例を示す図である。
【図６】図５とはさらに別の例を示す図である。
【図７】図６とはさらに別の例を示す図である。
【図８】従来技術の構成を示す縦断面図である。
【図９】従来技術の成膜処理時の状態を示す図解図である。
【図１０】従来技術による問題点を説明するための図解図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０支持具
２０被処理物
３０支持具本体
３４円筒状部
５０ばね部材
７０カバー
７２先端部
７４傾斜面（先端面）
９０被膜

【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相中で被処理物の表面に被膜を形成する成膜装置に用いられ該被処理物を支持する支持具において、
上記被処理物の一部が挿入される筒状部を具備し、
上記筒状部における上記被処理物の一部が挿入される側の端部が先細りに形成されていること、
を特徴とする、成膜装置用の被処理物の支持具。
【請求項２】
上記被処理物は概略棒状である、請求項１に記載の成膜装置用の被処理物の支持具。
【請求項３】
上記筒状部の上記端部はテーパ状に形成されている、請求項１または２に記載の成膜装置用の被処理物の支持具。
【請求項４】
上記筒状部の中心軸を含む平面において上記端部の外周面が円弧状に形成されている、請求項１または２に記載の成膜装置用の被処理物の支持具。
【請求項５】
上記筒状部および上記被処理物のそれぞれは金属製であり、
上記被膜の材料となる粒子を上記被処理物の表面に引き付けるためのバイアス電力が上記筒状部を介して該被処理物に供給される、
請求項１ないし４のいずれかに記載の成膜装置用の被処理物の支持具。

【図１】