JP4767605B2 - ハース機構及び成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハース機構及び成膜装置に関するものである。

被処理物の表面に成膜材料を成膜する装置としては、例えば蒸着装置が知られている。蒸着装置は、真空容器内において成膜材料を気化させ、拡散した成膜材料を被処理物の表面に付着させて成膜する。このような蒸着装置においては、生産効率上、真空容器の真空状態を維持したまま成膜作業を連続して行うことが好ましい。

例えば、特許文献１には、真空容器の真空状態を維持したまま真空容器内へ成膜材料を供給し続けるための材料供給装置が開示されている。この材料供給装置を用いれば、真空容器の真空状態を維持したまま長時間にわたって成膜作業を行うことができる。

特開平１１−４３７６３

蒸着装置においては、次の理由により、成膜材料を導入するためのハースを定期的に交換することが好ましい。例えば、気化した成膜材料はハースにも付着するが、成膜材料がハースの開口付近に過度に付着すると、成膜材料の飛翔経路を妨げ、膜厚分布に影響を及ぼすおそれがある。

通常、ハースは真空容器内においてボルト等により強固に固定されており、容易には取り外すことができない。従って、従来の蒸着装置においては、ハースを交換する際に、真空容器の真空状態を解除した上で交換作業を行っていた。このため、真空容器の真空状態を維持しながらの連続成膜作業を中断することとなり、生産効率を低下させる一因となっていた。

本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、真空容器の真空状態を維持しつつハースの取り付け及び取り外しが可能なハース機構及び成膜装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明によるハース機構は、上下方向に貫通しており固形成膜材料を導入するための導入孔を有するハース部材を、成膜装置の真空容器内の材料保持位置に供給するハース機構であって、真空容器内に設けられ、ハース部材を搭載可能であって、ハース部材を材料保持位置の下方へ移動可能なハース搭載部と、材料保持位置の下方において上下方向に移動可能に設けられ、ハース搭載部上に搭載されたハース部材を材料保持位置へ押し上げるハース押上げ部材と、材料保持位置の下方において上下方向に移動可能に設けられ、固形成膜材料を押し上げる材料押上げ部材とを備えることを特徴とする。

上記したハース機構では、真空容器内において、ハース搭載部がハース部材を材料保持位置の下方に移動させ、ハース押上げ部材が該ハース部材を材料保持位置まで押し上げる。そして、該ハース部材に導入された固形成膜材料を用いて成膜作業が行われた後、使用したハース部材を取り除く際には、ハース押上げ部材が該ハース部材を降下させてハース搭載部へ戻す。このように、上記したハース機構によれば、ハースの取り付け及び取り外しを真空容器の真空状態を維持したまま容易に行うことができる。

また、上記したハース機構は、固形成膜材料を押し上げる材料押上げ部材を備えている。導入孔内の固形成膜材料は、成膜の際に徐々に減っていくが、膜厚や膜質を均一にするためには固形成膜材料の頂部の位置が一定であることが好ましい。上記ハース機構によれば、材料押上げ部材を用いて、導入孔内に導入された固形成膜材料をその減り具合に応じて押し上げることができるので、固形成膜材料の頂部の位置を一定に保てる。

また、ハース機構は、ハース搭載部が、上下方向に貫通する貫通孔を有し、ハース押上げ部材が、ハース搭載部の貫通孔を通ってハース部材を押し上げることを特徴としてもよい。これにより、ハース搭載部上に搭載されたハース部材をハース押上げ部材が好適に押し上げることができる。

また、ハース機構は、ハース搭載部が、貫通孔の内径が上端へ向けて拡大されてなりハース部材を位置決めするハース受け部を更に有することを特徴としてもよい。これにより、ハース押上げ部材に対するハース部材の相対位置精度を高めることができる。

また、ハース機構は、ハース搭載部が、ハース部材とは別のハース部材を更に搭載可能であり、各ハース部材を材料保持位置の下方へ順次移動可能であることを特徴としてもよい。このハース機構においては、一方のハース部材を用いて成膜作業が行われ、ハース押上げ部材が該一方のハース部材を降下させてハース搭載部へ戻した後、ハース搭載部が他方のハース部材を材料保持位置の下方に移動させ、ハース押上げ部材が該他方のハース部材を材料保持位置まで押し上げることができる。このように、このハース機構によれば、一連のハース交換作業を真空容器の真空状態を維持したまま行うことができるので、より長時間の連続成膜作業が可能となる。

また、ハース機構は、ハース押上げ部材が上下方向に延びた筒状をしており、材料押上げ部材が上下方向に延びた形状をしており、材料押上げ部材がハース押上げ部材の内側に配置されていることを特徴としてもよい。これにより、ハース部材の導入孔内に導入された固形成膜材料を好適に押し上げることができる。

また、ハース機構は、ハース部材が、導入孔の内径が下端へ向けて拡大されてなる受け口を有し、ハース押上げ部材の上端が、ハース部材の受け口と嵌合可能であることを特徴としてもよい。これにより、ハース押上げ部材がハース部材を安定して押し上げることができる。

また、ハース機構は、ハース部材が、導入孔内に固形成膜材料を導入した状態でハース搭載部上に搭載されることを特徴としてもよい。これにより、ハース部材を材料保持位置へ押し上げるのと同時に固形成膜材料を材料保持位置に補充できる。

また、ハース機構は、ハース搭載部が、ハース部材とは別のハース部材を更に搭載可能であり、各ハース部材を材料保持位置の下方へ順次移動可能であるとともに、別のハース部材が、ハース部材に導入された固形成膜材料とは異なる固形成膜材料を導入孔内に導入した状態でハース搭載部上に搭載されることを特徴としてもよい。これにより、真空容器の真空状態を維持したまま、２種類以上の成膜材料による成膜を好適に行うことができる。

また、本発明による成膜装置は、固形成膜材料を被処理物に付着させることにより成膜を行う成膜装置であって、真空容器内において固形成膜材料を保持する上記したハース機構と、真空容器内に設けられ、固形成膜材料を保管する材料保管部と、固形成膜材料を材料保管部から材料保持位置の下方に移送する材料移送機構とを備えることを特徴とする。

上記した成膜装置では、真空容器内の材料保管部に保管された固形成膜材料が、材料移送機構によって材料保持位置の下方に順次移送される。材料保持位置の下方に移送された固形成膜材料は、ハース機構の材料押上げ部材によって材料保持位置まで押し上げられる。このように、上記した成膜装置によれば、真空容器の真空状態を維持したまま固形成膜材料を連続して供給できるので、連続成膜作業をより長時間行うことができる。

また、成膜装置は、ハース押上げ部材が、上下方向に延びる筒状であるとともに、固形成膜材料を内側へ受け入れるための開口を側壁に有しており、材料押上げ部材が、上下方向に延びた形状でありハース押上げ部材の内側に配置されることを特徴としてもよい。これにより、ハース押上げ部材がハース部材を材料保持位置へ押し上げた状態のまま、ハース押上げ部材の内部を通してハース部材の導入孔内に固形成膜材料を好適に供給できる。

本発明によるハース機構及び成膜装置によれば、真空容器の真空状態を維持しつつハースを交換できる。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるハース機構及び成膜装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明によるハース機構を備える成膜装置の第１実施形態の構成を示す側面断面図である。本実施形態の成膜装置１は、いわゆるイオンプレーティング装置である。なお、図１には、説明を容易にする為にＸＹＺ直交座標系も示されている。

本実施形態の成膜装置１は、ハース機構２、搬送機構３、補助陽極６、プラズマ源７、真空ポンプ８及び１３、真空容器１０及び１０ｅ、並びに材料保管部１２を備える。

真空容器１０は、導電性の材料からなり接地電位に接続されている。真空容器１０は、成膜対象である被処理物１１を搬送するための搬送室１０ａと、固形成膜材料Ｍａを拡散させる成膜室１０ｂと、真空ポンプ８が取り付けられるポンプ室１０ｄとを有する。搬送室１０ａは、所定の搬送方向（図中の矢印Ａ）に延びており、成膜室１０ｂ上に配置されている。なお、本実施形態においては、搬送方向（矢印Ａ）はＸ軸に沿って設定されている。ポンプ室１０ｄは、成膜室１０ｂの側方（Ｘ軸の正方向）に配置されている。

搬送機構３は、搬送室１０ａ内に設置された複数の搬送ローラ３１によって構成され、被処理物１１を保持する被処理物保持部材３２を、後述する固形成膜材料Ｍａと対向した状態で搬送方向（矢印Ａ）に搬送する。搬送ローラ３１は、搬送方向（矢印Ａ）に沿って等間隔で並んでおり、被処理物保持部材３２を支持しつつ搬送方向に搬送することができる。なお、被処理物１１としては、例えばガラス基板やプラスチック基板などの板状部材が例示される。

プラズマ源７は、圧力勾配型であり、その本体部分が成膜室１０ｂの側壁（プラズマ口１０ｃ）に設けられている。プラズマ源７において生成されたプラズマＰは、プラズマ口１０ｃから成膜室１０ｂ内へ出射される。プラズマＰの出射方向は、プラズマ口１０ｃに設けられた図示しないステアリングコイルによって制御される。

補助陽極６は、プラズマＰを誘導するための電磁石である。補助陽極６は、成膜室１０ｂ内に設定された材料保持位置Ｂの周囲に配置されており、環状の容器、並びに該容器内に収容されたコイル６ａ及び永久磁石６ｂを有する。コイル６ａ及び永久磁石６ｂは、コイル６ａに流れる電流量に応じて、後述するハース部材２１に入射するプラズマＰの向きを制御する。

ハース機構２は、材料保持位置Ｂにおいて固形成膜材料Ｍａを保持するための機構である。ハース機構２は、真空容器１０の成膜室１０ｂ内に設けられ、搬送機構３から見て、Ｚ軸方向の負方向に配置されている。ハース機構２は、複数のハース（主ハース）部材２１、ハース搭載部２２、ハース押上げ部材２３ａ、材料押上げ部材２４ａ、及びハース受け板２５を含んで構成されている。

ハース部材２１は、固形成膜材料Ｍａを導入するとともに、プラズマ源７から出射されたプラズマＰを固形成膜材料Ｍａへ導くための主陽極である。本実施形態のハース機構２は、このハース部材２１を複数備えている。ハース部材２１の中央部には、固形成膜材料Ｍａを導入するための導入孔２１ａが形成されている。この導入孔２１ａは、上下方向（Ｚ軸方向）に貫通している。複数のハース部材２１は、ハース搭載部２２上に搭載される。このハース搭載部２２は、複数のハース部材２１を材料保持位置Ｂの下方へ順次移動させることができる。

ハース押上げ部材２３ａは、上下方向（Ｚ軸方向）に沿って延びる円筒状に形成されており、材料保持位置Ｂの下方において上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。そして、ハース押上げ部材２３ａは、図１に示すように、ハース搭載部２２上に搭載された複数のハース部材２１のうち一つのハース部材２１を材料保持位置Ｂへ押し上げる。ハース押上げ部材２３ａによって押し上げられたハース部材２１は、接地電位である真空容器１０に対して正電位に保たれ、プラズマＰを吸引する。

ハース押上げ部材２３ａの内部には、上下方向（Ｚ軸方向）に沿って延びる棒状の材料押上げ部材２４ａが収容されている。材料押上げ部材２４ａは上下方向に移動可能に設けられており、ハース部材２１内に導入された固形成膜材料Ｍａを押し上げる。固形成膜材料Ｍａの先端部分は、材料保持位置Ｂへ押し上げられたハース部材２１の導入孔２１ａの一端において露出する。材料押上げ部材２４ａは、成膜による固形成膜材料Ｍａの消費に応じて固形成膜材料Ｍａを押し上げることにより、固形成膜材料Ｍａの先端部分がハース部材２１の上端との所定の位置関係を保つように、固形成膜材料Ｍａの上端面（頂部）の位置を一定に保つことができる。

真空容器１０ｅは、成膜室１０ｂの下方（Ｚ軸の負方向）に配置されている。真空容器１０ｅは、材料保管部１２を収容するための真空容器であり、真空ポンプ１３が取り付けられる。真空容器１０ｅと成膜室１０ｂとは、移送路１０ｆによって互いに繋がっている。

材料保管部１２は、固形成膜材料Ｍａを保管するための部分である。材料保管部１２は、真空容器１０ｅ内に設けられており、複数の固形成膜材料Ｍａを保管できる。材料保管部１２に保管されている固形成膜材料Ｍａは、材料移送機構１５によって材料保持位置Ｂの下方へ移送される。そして、この固形成膜材料Ｍａは、前述した材料押上げ部材２４ａによって材料保持位置Ｂへ押し上げられ、成膜に用いられる。

固形成膜材料Ｍａは、所定長さの円柱状に成形されている。固形成膜材料Ｍａとしては、ＳｉＯ_２やＳｉＯＮなどの絶縁材料が例示される。なお、固形成膜材料Ｍａが絶縁性物質からなる場合、ハース部材２１は、例えばタングステンなどの導電性金属材料からなることが好ましい。成膜室１０ｂ内に拡散した成膜材料粒子Ｍｂは、プラズマＰによりイオン化され、成膜室１０ｂの上方（Ｚ軸正方向）へ移動し、搬送室１０ａ内において被処理物１１の表面に付着する。

ここで、本実施形態のハース機構２、材料保管部１２、及び材料移送機構１５の構成について、更に詳細に説明する。図２は、ハース機構２、材料保管部１２、及び材料移送機構１５の構成を詳細に示す側面断面図である。

まず、ハース機構２について説明する。ハース機構２は、複数のハース部材２１、ハース搭載部２２、ハース押上げ機構２３、材料押上げ機構２４、及びハース受け板２５を含んで構成されている。このうち、ハース部材２１は、上下方向（Ｚ軸方向）に延びる円筒状に成形されており、上下方向に貫通する導入孔２１ａを有する。また、ハース部材２１の下端付近の導入孔２１ａ内には、導入孔２１ａの内径が下端へ向けて非連続的に拡大されてなる受け口（段差部）２１ｂが形成されている。また、ハース部材２１の下端付近の外側面には、ハース部材２１の外径が下端へ向けて非連続的に拡大されてなる段差部分２１ｃが形成されている。なお、ハース部材２１は、固形成膜材料Ｍａの落下を防止するためのクランプ機構を有することが好ましい。このようなクランプ機構は、例えば導入孔２１ａ内に設けられた板バネによって好適に構成される。

ハース搭載部２２は、複数のハース部材２１を搭載するための部分であり、円板状のハース搭載テーブル２２ａと、ハース搭載テーブル２２ａを支える支柱２２ｂとを有する。ハース搭載テーブル２２ａは、水平面（ＸＹ平面）に沿った上面を有しており、該上面上に複数のハース部材２１を搭載している。ハース搭載テーブル２２ａには、ハース搭載テーブル２２ａを厚さ方向（すなわち上下方向）に貫通する複数の貫通孔２２ｃがハース搭載テーブル２２ａの外周に沿って並んで形成されている。また、ハース搭載テーブル２２ａは、複数の貫通孔２２ｃのうちいずれかの貫通孔２２ｃが材料保持位置Ｂの直下に位置するように配置される。

貫通孔２２ｃにおける少なくとも一部分の内径は、ハース部材２１の受け口２１ｂの径よりも大きく、且つハース部材２１の下端における外径よりも小さい。そして、この貫通孔２２ｃの内径は、その上端付近において、ハース部材２１の下端における外径よりも大きくなるように非連続的に広がっている。これにより、貫通孔２２ｃの上端付近は、ハース部材２１を受けて位置決めするためのハース受け部（拡幅部）２２ｄとなっている。複数のハース部材２１それぞれは、複数の貫通孔２２ｃそれぞれのハース受け部２２ｄ上に載置される。

また、支柱２２ｂは、上下方向（Ｚ軸方向）に沿って延びており、ハース搭載テーブル２２ａを支持している。支柱２２ｂは、真空容器１０の外部に設けられた図示しない制御装置によって所定角度ずつ回転することが可能な回転軸を有しており、該回転軸の上端がハース搭載テーブル２２ａの中心部分に固定されている。支柱２２ｂは、ハース搭載テーブル２２ａを所定角度ずつ回転させることによって、ハース搭載テーブル２２ａの上面上に搭載された複数のハース部材２１を材料保持位置Ｂの直下へ順次移動させることができる。

ハース押上げ機構２３は、ハース搭載テーブル２２ａ上のハース部材２１を材料保持位置Ｂへ押し上げるための機構である。ハース押上げ機構２３は、ハース押上げ部材２３ａ、支持板２３ｂ、複数のナット２３ｃ、及び複数のねじ軸２３ｄを有する。

ハース押上げ部材２３ａは、上下方向に延びる円筒状の部材であり、材料保持位置Ｂの下方において、真空容器１０の底壁１０ｉに設けられた開口１０ｋに挿通されて配置されている。ハース押上げ部材２３ａの外径は、ハース搭載テーブル２２ａの貫通孔２２ｃの内径よりも小さい。また、ハース押上げ部材２３ａの上端は、ハース部材２１の受け口２１ｂと嵌合する形状及び寸法に形成されている。また、ハース押上げ部材２３ａの側壁には、固形成膜材料Ｍａを内側へ受け入れるための開口２３ｅが形成されている。この開口２３ｅの下端は、後述する材料移送テーブル１５ｃの上面と同じ高さに形成されている。

支持板２３ｂは、真空容器１０の外部においてハース押上げ部材２３ａの外側面に固定され、ハース押上げ部材２３ａを支持する。複数のナット２３ｃは、ボールねじ用のナットであり、支持板２３ｂに埋め込まれている。複数のねじ軸２３ｄは、ハース押上げ部材２３ａの周囲において上下方向に延びており、回転可能に支持されるとともに、複数のナット２３ｃとそれぞれ螺合している。

ハース押上げ機構２３においては、複数のねじ軸２３ｄが一方向に回転すると、複数のナット２３ｃ及び支持板２３ｂと共にハース押上げ部材２３ａが下方へ移動する。また、複数のねじ軸２３ｄが逆方向に回転すると、複数のナット２３ｃ及び支持板２３ｂと共にハース押上げ部材２３ａが上方へ移動する。これらの動作により、ハース押上げ部材２３ａは、ハース搭載テーブル２２ａの貫通孔２２ｃを通ってハース部材２１を下側から持ち上げ、ハース部材２１を材料保持位置Ｂへ押し上げることができる。なお、ハース押上げ部材２３ａと真空容器１０の開口１０ｋとの隙間は、伸縮可能な部材によって気密に封止されている。

材料押上げ機構２４は、固形成膜材料Ｍａを押し上げるための機構である。材料押上げ機構２４は、材料押上げ部材２４ａ、ナット２４ｂ、及び支持棒２４ｃを有する。材料押上げ部材２４ａは、上下方向に延びる棒状の部材であり、材料保持位置の下方、すなわちハース押上げ部材２３ａの内側に配置されている。また、材料押上げ部材２４ａの下端付近はハース押上げ部材２３ａから露出しており、ボールねじ用のねじ軸となっている。ナット２４ｂは、材料押上げ部材２４ａのねじ軸と螺合しており、支持板２４ｄ上に回転可能に支持されている。支持板２４ｄは、支持棒２４ｃを介してハース押上げ機構２３の支持板２３ｂに固定されている。

このように、材料押上げ機構２４の支持板２４ｄはハース押上げ機構２３の支持板２３ｂに固定されているので、ハース押上げ機構２３のハース押上げ部材２３ａの上下動に応じて、材料押上げ部材２４ａが上下に動くこととなる。また、ナット２４ｂが回転すると、材料押上げ部材２４ａはハース押上げ部材２３ａに対して相対的に上方（または下方）へ移動する。この動作により、材料押上げ部材２４ａは、ハース部材２１の導入孔２１ａ内（もしくは、ハース押上げ部材２３ａ内）に装填された固形成膜材料Ｍａを上方へ押し上げることができる。なお、材料押上げ部材２４ａとハース押上げ部材２３ａとの隙間は、伸縮可能な部材によって気密に封止されている。

ハース受け板２５は、ハース押上げ部材２３ａによって押し上げられたハース部材２１を材料保持位置Ｂに位置決めするとともに、ハース搭載部２２、ハース押上げ機構２３、材料押上げ機構２４、及び材料移送機構１５（後述）を成膜材料粒子Ｍｂ（図１）から保護するための部材である。ハース受け板２５は、成膜室１０ｂの内部において、ハース搭載テーブル２２ａ、ハース押上げ部材２３ａ、材料押上げ部材２４ａ、及び材料移送機構１５を覆うように水平面（ＸＹ平面）に沿って設けられ、支柱２６によって真空容器１０に固定されている。ハース受け板２５は、ハース部材２１を受けるための開口２５ａを有する。開口２５ａの内径は、ハース部材２１の外径に応じて設定されており、開口２５ａの下端には、ハース部材２１の段差部分２１ｃを受けるための受け口２５ｂが形成されている。

次に、材料保管部１２の構成について説明する。材料保管部１２は、成膜に用いられる固形成膜材料Ｍａを保管するための部分であり、真空容器１０とは別に真空にすることが可能な真空容器１０ｅ内に設けられている。材料保管部１２は、円板状の材料保管テーブル１２ａと、材料保管テーブル１２ａを支える支柱１２ｂとを有する。材料保管テーブル１２ａは、水平面（ＸＹ平面）に沿った上面を有しており、該上面上に複数の固形成膜材料Ｍａを保管している。材料保管テーブル１２ａには、材料保管テーブル１２ａを厚さ方向（すなわち上下方向）に貫通する複数の貫通孔１２ｃが材料保管テーブル１２ａの外周に沿って並んで形成されている。また、材料保管テーブル１２ａは、複数の貫通孔１２ｃのうちいずれかの貫通孔１２ｃが移送路１０ｆの直下に位置するように配置される。貫通孔１２ｃの内径は、固形成膜材料Ｍａの径よりも小さい。そして、複数の固形成膜材料Ｍａは、それぞれ複数の貫通孔１２ｃ上に載置・保管される。

また、支柱１２ｂは、上下方向（Ｚ軸方向）に沿って延びている。支柱１２ｂは、真空容器１０の外部に設けられた図示しない制御装置によって所定角度ずつ回転することが可能な回転軸を有しており、該回転軸は材料保管テーブル１２ａの中心部分に固定されている。支柱１２ｂは、材料保管テーブル１２ａを所定角度ずつ回転させることによって、材料保管テーブル１２ａの上面上に保管された複数の固形成膜材料Ｍａを移送路１０ｆの下方へ順次移動させることができる。

真空容器１０ｅは、材料保管部１２を連続供給するために真空容器１０とは別体に形成されている。真空容器１０ｅは、成膜室１０ｂの下方に配置されており、移送路１０ｆによって成膜室１０ｂと繋がっている。真空容器１０ｅは、材料補充口１０ｇ及びこの材料補充口１０ｇを気密に閉じる蓋１０ｈを有している。また、真空容器１０ｅには真空ポンプ１３が設けられている。真空ポンプ１３は、真空容器１０ｅ内の真空排気を行うための真空装置である。

また、移送路１０ｆは、成膜室１０ｂと真空容器１０ｅとの間に設けられており、後述する材料移送機構１５によって移送される固形成膜材料Ｍａが通過するための真空容器１０の一部分である。移送路１０ｆは、上下方向に延びる円筒状の部材からなり、成膜室１０ｂの底壁１０ｉと真空容器１０ｅの天井壁とを貫通して配置されている。また、移送路１０ｆの外側面と、成膜室１０ｂの底壁１０ｉ及び真空容器１０ｅの天井壁との隙間は、気密に封止されている。そして、移送路１０ｆには、該移送路１０ｆを気密に閉じる開閉可能な仕切弁１０ｍが設けられている。

作業者が材料保管部１２へ固形成膜材料Ｍａを補充する際には、仕切弁１０ｍを閉じ、真空容器１０ｅを大気解放する。そして、材料補充口１０ｇから材料保管テーブル１２ａ上へ固形成膜材料Ｍａを補充したのち、蓋１０ｈを閉じ、真空容器１０ｅの内部を真空ポンプ１３によって真空状態とする。この後、仕切弁１０ｍを開いて固形成膜材料Ｍａの移送を可能にする。このように、真空容器１０ｅは、作業者が成膜室１０ｂの真空状態を解除することなく材料保管部１２へ固形成膜材料Ｍａを随時補充できるしくみになっている。

続いて、材料移送機構１５の構成について説明する。材料移送機構１５は、固形成膜材料Ｍａを材料保管部１２から材料保持位置Ｂの下方に移送するための機構である。材料移送機構１５は、材料押上げ棒１５ａ、ねじ軸１５ｂ、材料移送テーブル１５ｃ、アーム１５ｄ、及び支柱１５ｅを有する。

材料押上げ棒１５ａは、材料保管部１２に保管された固形成膜材料Ｍａを成膜室１０ｂ内の材料移送テーブル１５ｃ上へ押し上げるための部材である。材料押上げ棒１５ａは、上下方向に延びた棒状の部材であり、下端にはねじ軸１５ｂが同軸に螺合されている。そして、材料押上げ棒１５ａは、ねじ軸１５ｂの回転に応じて上下方向に移動可能となっている。また、材料押上げ棒１５ａは、材料保管テーブル１２ａの貫通孔１２ｃ及び移送路１０ｆを挿通可能な位置に設けられている。これにより、材料押上げ棒１５ａは、貫通孔１２ｃ上に載置・保管されている固形成膜材料Ｍａを押し上げ、該固形成膜材料Ｍａに移送路１０ｆ内を通過させて該固形成膜材料Ｍａを材料移送テーブル１５ｃ上まで運ぶ。

材料移送テーブル１５ｃは、水平面（ＸＹ平面）に沿った上面を有しており、その一端がハース押上げ部材２３ａの開口２３ｅに近接して配置されている。また、材料移送テーブル１５ｃの他端には開口が形成されており、該開口に移送路１０ｆの上端が固定されている。本実施形態においては、材料移送テーブル１５ｃの上面は、ハース搭載テーブル２２ａの上面よりも高い位置に配置されている。

アーム１５ｄは、材料移送テーブル１５ｃ上に押し上げられた固形成膜材料Ｍａを、ハース押上げ部材２３ａの内側へ移送するための部材である。ここで、図３を参照しながらアーム１５ｄについて説明する。図３は、材料移送テーブル１５ｃ及びアーム１５ｄの構成を示す平面図である。アーム１５ｄの一端は、支柱１５ｅによって回動可能に支持されている。また、アーム１５ｄの他端は、固形成膜材料Ｍａを受けるために凹状に成形された材料受け部１５ｆとなっている。アーム１５ｄの材料受け部１５ｆは、アーム１５ｄの回動により移送路１０ｆの上を通過して固形成膜材料Ｍａの側面を押し、ハース押上げ部材２３ａの開口２３ｅを通ってハース押上げ部材２３ａ内へ該固形成膜材料Ｍａを押し込む。

再び図２を参照する。支柱１５ｅは、アーム１５ｄを回動可能に支持するとともにアーム１５ｄに回動力を与える部材である。支柱１５ｅは、ハース押上げ部材２３ａに沿って上下方向に延びており、真空容器１０の外部に設けられた図示しない制御装置によって所定角度の回動及び逆回動を繰り返すことが可能な回動軸を有する。支柱１５ｅは、アーム１５ｄの材料受け部１５ｆが移送路１０ｆ上とハース押上げ部材２３ａとの間を往復するように、アーム１５ｄを回動させることができる。

以上の構成を備える成膜装置１及びハース機構２の動作について、成膜装置１を用いた成膜方法とともに説明する。なお、図４〜図８は、成膜装置１及びハース機構２の動作を示す断面図である。まず、ハース準備工程として、図４に示すようにハース搭載テーブル２２ａ上に複数のハース部材２１を載置する。このとき、ハース押上げ機構２３のねじ軸２３ｄを一方向に回転させることにより、ハース押上げ部材２３ａ及び材料押上げ部材２４ａの上端をハース搭載テーブル２２ａよりも下方へ降下させておく。

続いて、図５に示すように、ハース押上げ機構２３のねじ軸２３ｄを逆方向に回転させ、ハース押上げ部材２３ａを上昇させる。このとき、ハース押上げ部材２３ａの上端部は、ハース搭載テーブル２２ａの貫通孔２２ｃを通過するとともに、該貫通孔２２ｃ上に搭載されていた一つのハース部材２１を押し上げる。こうして、一つのハース部材２１がハース押上げ部材２３ａによって押し上げられ、該ハース部材２１の上端がハース受け板２５の開口２５ａを通ってハース受け板２５の上方へ突き出る。また、該ハース部材２１の段差部分２１ｃが開口２５ａの受け口２５ｂに受容される（嵌合する）ことにより、該ハース部材２１が材料保持位置Ｂに位置決めされる。

続いて、材料準備工程として、図６（ａ）に示すように材料保管テーブル１２ａ上に複数の固形成膜材料Ｍａを載置する。このとき、材料移送機構１５のねじ軸１５ｂを一方向に回転させることにより、材料押上げ棒１５ａの上端を材料保管テーブル１２ａよりも下方へ降下させておく。

続いて、図６（ｂ）に示すように、ねじ軸１５ｂを逆方向に回転させ、材料押上げ棒１５ａを上昇させる。このとき、材料押上げ棒１５ａの上端部は、材料保管テーブル１２ａの貫通孔１２ｃを通過するとともに、該貫通孔１２ｃ上に載置されていた一つの固形成膜材料Ｍａを押し上げる。こうして、固形成膜材料Ｍａは、材料押上げ棒１５ａによって押し上げられ、移送路１０ｆを通って材料移送テーブル１５ｃの上方へ突き出る。

続いて、図７に示すように、材料移送機構１５のアーム１５ｄを回動させることにより、固形成膜材料Ｍａをハース押上げ部材２３ａの内側へ移送する（アーム１５ｄの動作については、図３参照）。そして、図８に示すように、アーム１５ｄを待避させた後、材料押上げ機構２４のナット２４ｂを一方向に回転させることによって材料押上げ部材２４ａを上昇させる。このとき、材料押上げ部材２４ａの上端部は、ハース押上げ部材２３ａの内側を上昇し、固形成膜材料Ｍａを材料保持位置Ｂまで押し上げる。

続いて、図１を参照しながら成膜工程について説明する。以上のようにして成膜室１０ｂの材料保持位置Ｂに固形成膜材料Ｍａがセットされた後、被処理物１１を保持した被処理物保持部材３２を搬送機構３に複数セットし、真空ポンプ８を用いて真空容器１０内部を真空状態とする。

続いて、接地電位にある真空容器１０を挟んで、プラズマ源７に負電圧を、押し上げられたハース部材２１に正電圧を印加して放電を生じさせ、プラズマＰを生成する。プラズマＰは、補助陽極６に案内されて該ハース部材２１へ照射される。本方法では、被処理物保持部材３２を搬送方向（矢印Ａ）に搬送しつつ、このようにプラズマＰをハース部材２１へ照射する。プラズマＰに曝されたハース部材２１は徐々に加熱され、この熱により、ハース部材２１に導入された固形成膜材料Ｍａも同時に加熱される。固形成膜材料Ｍａが十分に加熱されると、固形成膜材料Ｍａが昇華し、更に成膜室１０ｂ内をＺ軸方向の正方向に上昇する際、プラズマＰによって活性化されてイオン化し、被処理物１１に向けて飛翔する。

他方、被処理物１１は、搬送機構３によって搬送されて成膜室１０ｂの上方に達し、成膜室１０ｂ内を拡散している成膜材料粒子Ｍｂに曝される。そして、ハース部材２１と対向する被処理物１１の成膜面に、成膜室１０ｂ内に拡散した成膜材料粒子Ｍｂのイオン化粒子が膜状に付着する。被処理物１１が一定速度で搬送されながら成膜材料粒子Ｍｂに所定時間曝されることにより、被処理物１１の表面に所定の厚さの膜が形成される。こうして、被処理物１１の表面に所望の膜が形成される。

以上の成膜工程を複数の被処理物１１に対して連続して行うと、固形成膜材料Ｍａは徐々に消費される。そのため、固形成膜材料Ｍａの長さは次第に短くなるが、膜厚や膜質を均一にするためには固形成膜材料の頂部の位置が一定であることが好ましい。本実施形態の成膜装置１及びハース機構２においては、材料押上げ部材２４ａが上昇することにより固形成膜材料Ｍａをその消費分に応じて押し上げることができるので、固形成膜材料Ｍａの頂部（露出端面）を常に一定の高さに維持できる。

また、本実施形態のように、ハース押上げ部材２３ａが上下方向に延びた筒状であるとともに、材料押上げ部材２４ａは、上下方向に延びた棒状をしており且つハース押上げ部材２３ａの内側に配置されていることが好ましい。これにより、ハース部材２１の導入孔２１ａ内に導入された固形成膜材料Ｍａを好適に押し上げることができる。

また、本実施形態の成膜装置１においては、固形成膜材料Ｍａが消費されて無くなると、真空容器１０の真空状態を維持したまま別の固形成膜材料Ｍａが材料保持位置Ｂに補充される。すなわち、図６及び図７に示したように、材料保管部１２に保管されている固形成膜材料Ｍａが、材料保管テーブル１２ａの回転により移送路１０ｆの直下に移動された後、材料移送機構１５によって材料保持位置Ｂの直下（ハース押上げ部材２３ａの内側）に移送される。そして、材料押上げ部材２４ａがこの固形成膜材料Ｍａを材料保持位置Ｂへ押し上げることにより、新たな固形成膜材料Ｍａがハース部材２１にセットされる。このように、本実施形態の成膜装置１によれば、真空容器１０の真空状態を維持したまま固形成膜材料Ｍａを連続して供給できるので、連続成膜作業をより長時間行うことができる。

また、本実施形態の成膜装置１においては、ハース押上げ部材２３ａが、上下方向に延びる筒状であるとともに、固形成膜材料Ｍａを内側へ受け入れるための開口２３ｅを側壁に有している。そして、材料押上げ部材２４ａが、上下方向に延びた棒状でありハース押上げ部材２３ａの内側に配置されている。これにより、ハース押上げ部材２３ａがハース部材２１を材料保持位置Ｂへ押し上げた状態のまま、ハース押上げ部材２３ａの内部を通してハース部材２１の導入孔２１ａ内に固形成膜材料Ｍａを好適に供給できる。

また、本実施形態の成膜装置１は、真空容器１０ｅ、移送路１０ｆ、及び仕切弁１０ｍを有する。また、真空容器１０ｅは、真空ポンプ１３及び材料補給口１０ｇを有する。材料保管部１２に保管された固形成膜材料Ｍａを使い果たした場合には、上述したように仕切弁１０ｍを閉じて成膜室１０ｂの真空状態を維持しながら真空容器１０ｅの真空状態を解除（大気解放）し、材料補給口１０ｇから材料保管部１２へ固形成膜材料Ｍａを補充できる。そして、真空ポンプ１３を用いて真空容器１０ｅを再び真空状態とした後に仕切弁１０ｍを開き、移送路１０ｆを通じて固形成膜材料Ｍａを材料保持位置Ｂへ供給できる。従って、本実施形態の成膜装置１によれば、成膜室１０ｂの真空状態を維持しつつ材料保管部１２へ固形成膜材料Ｍａを補充できるので、連続成膜作業を更に長時間行うことができる。

また、本実施形態の成膜装置１においては、上述したように成膜室１０ｂの真空状態を維持しつつ固形成膜材料Ｍａを連続的に補充できるので、長時間にわたって成膜作業を行うことができるが、長時間の成膜作業の結果、ハース部材２１の先端部分に成膜材料が付着し、陽極としての機能や固形成膜材料Ｍａを導入する機能が損なわれてしまう場合がある。

これに対し、本実施形態のハース機構２においては、真空容器１０の真空状態を維持したまま、ハース部材２１の取り付け及び取り外しを容易に行うことができる。すなわち、ハース部材２１の取り付けを行う際には、ハース搭載テーブル２２ａを回転させて、未使用のハース部材２１を材料保持位置Ｂの直下に移動させる。続いて、ねじ軸２３ｄを逆回転させてハース押上げ部材２３ａを上昇させ、未使用のハース部材２１を材料保持位置Ｂまで押し上げる。そして、ハース部材２１を取り外す際には、作業者は、ねじ軸２３ｄを回転させて、ハース押上げ部材２３ａの上端部をハース搭載テーブル２２ａよりも下方に下降させ、ハース部材２１をハース搭載部２２へ戻す。使用したハース部材２１が未使用のハース部材２１と交換される。このように、本実施形態のハース機構２によれば、ハース部材２１の取り付け及び取り外しを真空容器１０の真空状態を維持したまま容易に行うことができる。

また、本実施形態のように、ハース搭載部２２は、複数のハース部材２１を搭載可能であり、各ハース部材２１を材料保持位置Ｂの下方へ順次移動可能であることが好ましい。これにより、ハース押上げ部材２３が使用後のハース部材２１を降下させてハース搭載部２２へ戻した後、ハース搭載部２２が未使用のハース部材２１を材料保持位置Ｂの下方に移動させ、ハース押上げ部材２３がこの未使用のハース部材２１を材料保持位置Ｂまで押し上げることができる。こうして、使用後のハース部材２１が未使用のハース部材２１と交換される。このように、本実施形態の成膜装置１及びハース機構２によれば、一連のハース交換作業を真空容器１０の真空状態を維持したまま行うことができるので、更に長時間の連続成膜作業が可能となる。

また、本実施形態のように、ハース搭載部２２は、ハース部材２１を位置決めするハース受け部２２ｄを有することが好ましい。これにより、ハース押上げ部材２３に対するハース部材２１の相対位置精度を高めることができる。また、本実施形態のように、ハース押上げ部材２３の上端は、ハース部材２１の受け口２１ｂと嵌合可能であることが好ましい。これにより、ハース押上げ部材２３がハース部材２１を安定して押し上げることができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明によるハース機構の第２実施形態について説明する。図９は、本実施形態によるハース機構２ａの構成を示す側面断面図である。本実施形態のハース機構２ａが上記第１実施形態のハース機構２と相違する点は、材料保管部１２及び材料移送機構１５（図２参照）を備えていないこと、及びハース搭載テーブル２２ａ上の複数のハース部材２１１〜２１４がそれぞれ固形成膜材料Ｍａ_１〜Ｍａ_４を予め導入し、保持していることである。

すなわち、本実施形態のハース機構２ａは、複数のハース部材２１１〜２１４、ハース搭載部２２、ハース押上げ機構２３、材料押上げ機構２４、及びハース受け板２５を含んで構成されている。これらのうち、ハース搭載部２２、材料押上げ機構２４、及びハース受け板２５の構成については、上記第１実施形態の構成と同様なので詳細な説明を省略する。

複数のハース部材２１１〜２１４は、それぞれ本実施形態における第１〜第４のハース部材である。すなわち、ハース部材２１１〜２１４は、上記第１実施形態のハース部材２１と同様の形状をしており、それぞれ固形成膜材料Ｍａ_１〜Ｍａ_４を導入孔２１ａ内に導入し保持した状態でハース搭載テーブル２２ａ上に搭載されている。ここで、固形成膜材料Ｍａ_１〜Ｍａ_４のそれぞれは、互いに異なる第１〜第４の成膜材料からなる。

本実施形態のハース機構２ａにおいて、例えば第１の成膜材料からなる膜を形成する際には、ハース搭載テーブル２２ａを回転させて第１のハース部材２１１を材料保持位置Ｂの直下に移動させ、ハース押上げ部材２３ａによって第１のハース部材２１１を材料保持位置Ｂへ押し上げる。これにより、第１の成膜材料からなる固形成膜材料Ｍａ_１を用いて成膜を行うことができる。また、第１の成膜材料とは異なる第２の成膜材料からなる膜を形成する際には、第１のハース部材２１１をハース搭載テーブル２２ａ上に戻した後、ハース搭載テーブル２２ａを回転させて第２のハース部材２１２を材料保持位置Ｂの直下に移動させ、ハース押上げ部材２３ａによって第２のハース部材２１２を材料保持位置Ｂへ押し上げる。これにより、第２の成膜材料からなる固形成膜材料Ｍａ_２を用いて成膜を行うことができる。ハース機構２ａにおいては、第３または第４の成膜材料からなる膜についても、第１及び第２の成膜材料と同様にして成膜できる。

このように、本実施形態によるハース機構２ａによれば、一連のハース交換作業を真空容器１０の真空状態を維持したまま行うことができるので、ハース交換のたびに真空状態を解除する必要がなくなり、より長時間の連続成膜作業が可能となる。更に、ハース部材２１１〜２１４を交換する際に固形成膜材料Ｍａ_１〜Ｍａ_４を材料保持位置Ｂに補充できるので、長時間の連続成膜作業を好適に行うことができる。

また、本実施形態によるハース機構２ａによれば、真空容器１０の真空状態を維持したまま、複数種類の成膜材料を選択的に用いることができる。従って、例えば組成が異なる多層膜の成膜といったような２種類以上の成膜材料による成膜を効率よく行うことができる。

なお、本実施形態のハース押上げ機構２３においては、ハース押上げ部材２３ａの側壁に開口２３ｅ（図２参照）が形成されていない。これは、ハース部材２１１〜２１４に予め固形成膜材料Ｍａ_１〜Ｍａ_４を導入させておくので、ハース押上げ部材２３ａの内側へ固形成膜材料を受け入れなくても長時間の連続成膜作業が可能であることによる。但し、本実施形態の構成に加え、第１実施形態の材料保管部１２及び材料移送機構１５（図２参照）を成膜装置が更に備えることにより、極めて長時間の連続成膜作業を好適に行うことができる。或いは、２種類以上の成膜材料による成膜を更に効率よく行うことができる。

本発明によるハース機構及び成膜装置は、上記した各実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態では本発明によるハース機構及び成膜装置をイオンプレーティング装置に適用しているが、本発明の構成はこれ以外にも、ハース機構を備える様々な成膜装置（蒸着装置）に適用できる。

本発明によるハース機構を備える成膜装置の第１実施形態の構成を示す側面断面図である。 ハース機構、材料保管部、及び材料移送機構の構成を詳細に示す側面断面図である。 材料移送テーブル及びアームの構成を示す平面図である。 成膜装置及びハース機構の動作を示す断面図である。 成膜装置及びハース機構の動作を示す断面図である。 成膜装置及びハース機構の動作を示す断面図である。 成膜装置及びハース機構の動作を示す断面図である。 成膜装置及びハース機構の動作を示す断面図である。 第２実施形態によるハース機構の構成を示す側面断面図である。

符号の説明

１…成膜装置、２，２ａ…ハース機構、３…搬送機構、６…補助陽極、７…プラズマ源、８，１３…真空ポンプ、１０，１０ｅ…真空容器、１０ａ…搬送室、１０ｂ…成膜室、１０ｆ…移送路、１０ｍ…仕切弁、１１…被処理物、１２…材料保管部、１２ａ…材料保管テーブル、１５…材料移送機構、１５ａ…材料押上げ棒、１５ｃ…材料移送テーブル、１５ｄ…アーム、２１…ハース部材、２２…ハース搭載部、２２ａ…ハース搭載テーブル、２３…ハース押上げ機構、２３ａ…ハース押上げ部材、２４…材料押上げ機構、２４ａ…材料押上げ部材、２５…ハース受け板、３１…搬送ローラ、３２…被処理物保持部材、Ｂ…材料保持位置、Ｍａ…固形成膜材料、Ｍｂ…成膜材料粒子。

Claims (10)

1. 上下方向に貫通しており固形成膜材料を導入するための導入孔を有するハース部材を、成膜装置の真空容器内の材料保持位置に供給するハース機構であって、
   前記真空容器内に設けられ、前記ハース部材を搭載可能であって、前記ハース部材を前記材料保持位置の下方へ移動可能なハース搭載部と、
   前記材料保持位置の下方において上下方向に移動可能に設けられ、前記ハース搭載部上に搭載された前記ハース部材を前記材料保持位置へ押し上げるハース押上げ部材と、
   前記材料保持位置の下方において上下方向に移動可能に設けられ、前記固形成膜材料を押し上げる材料押上げ部材と
   を備えることを特徴とする、ハース機構。
2. 前記ハース搭載部が、上下方向に貫通する貫通孔を有し、
   前記ハース押上げ部材が、前記ハース搭載部の前記貫通孔を通って前記ハース部材を押し上げることを特徴とする、請求項１に記載のハース機構。
3. 前記ハース搭載部が、前記貫通孔の内径が上端へ向けて拡大されてなり前記ハース部材を位置決めするハース受け部を更に有することを特徴とする、請求項２に記載のハース機構。
4. 前記ハース搭載部が、前記ハース部材とは別のハース部材を更に搭載可能であり、各ハース部材を前記材料保持位置の下方へ順次移動可能であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハース機構。
5. 前記ハース押上げ部材が上下方向に延びた筒状をしており、
   前記材料押上げ部材が上下方向に延びた形状をしており、
   前記材料押上げ部材が前記ハース押上げ部材の内側に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハース機構。
6. 前記ハース部材が、前記導入孔の内径が下端へ向けて拡大されてなる受け口を有し、
   前記ハース押上げ部材の上端が、前記ハース部材の前記受け口と嵌合可能であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のハース機構。
7. 前記ハース部材が、前記導入孔内に前記固形成膜材料を導入した状態で前記ハース搭載部上に搭載されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のハース機構。
8. 前記ハース搭載部が、前記ハース部材とは別のハース部材を更に搭載可能であり、各ハース部材を前記材料保持位置の下方へ順次移動可能であるとともに、
   前記別のハース部材が、前記ハース部材に導入された前記固形成膜材料とは異なる固形成膜材料を導入孔内に導入した状態で前記ハース搭載部上に搭載されることを特徴とする、請求項７に記載のハース機構。
9. 固形成膜材料を被処理物に付着させることにより成膜を行う成膜装置であって、
   真空容器内において前記固形成膜材料を保持する請求項１〜６のいずれか一項に記載のハース機構と、
   真空容器内に設けられ、前記固形成膜材料を保管する材料保管部と、
   前記固形成膜材料を前記材料保管部から前記材料保持位置の下方に移送する材料移送機構と
   を備えることを特徴とする、成膜装置。
10. 前記ハース押上げ部材が、上下方向に延びる筒状であるとともに、前記固形成膜材料を内側へ受け入れるための開口を側壁に有しており、
    前記材料押上げ部材が、上下方向に延びた形状であり前記ハース押上げ部材の内側に配置されることを特徴とする、請求項９に記載の成膜装置。

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