CN106029941B - 沉积装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种沉积装置，用于在基板上形成膜，特征在于包含：被配置为使靶材绕旋转轴旋转的旋转部；被配置为产生电弧放电的撞击件；被配置为驱动撞击件以在产生电弧放电时获得靶材的旋转轴周围的侧表面与撞击件彼此接近的接近状态的驱动部，以及被配置为控制通过旋转部的靶材的旋转以改变接近状态下靶材的面向撞击件的侧表面的面向位置的控制部。

Description

沉积装置
技术领域
本发明涉及在基板上形成膜的沉积装置。
背景技术
在形成硬盘等的媒体的保护膜的方法方面，有利用乙炔(C2H2)或乙烯(C2H4)等的反应性气体的CVD(化学气相沉积)法。近年来，为了进一步缩小磁读头与媒体的磁记录层之间的距离和磁头浮起量而提升驱动特性，要求使形成于磁记录层上的碳等的保护膜(碳保护膜)更薄。
另一方面，以CVD法而形成的碳保护膜，由于其特性，据说膜厚的极限为2nm～3nm。所以，作为代替CVD法、可形成更薄的保护膜的技术，注意到了采用电弧放电的沉积方法(真空电弧沉积法：Vacuum Arc Deposition)(参考专利文献1及2)。真空电弧沉积法，与CVD法相比，含氢量少，可形成更硬的碳保护膜，故有能够使膜厚薄至1nm程度的可能性。
在公开于专利文献1的真空电弧沉积法中，使由石墨所形成的靶材为阴极，在靶材与配置于靶材的附近的阳极之间进行电弧放电从而产生ta-C膜所需的碳离子。通过使连接到阳极的撞击件接近或接触靶材而产生电弧放电。
在这样的真空电弧沉积法中，在一般情况下，使用圆柱状的靶材，使撞击件接触该靶材的上表面的中央部的附近而产生电弧放电。靶材的上表面的撞击件所接触的位置(产生电弧放电的位置)被磨削而成为凹处(电弧点)。因此，使靶材旋转而改变与撞击件的接触位置，从而平均化电弧点所导致的靶材的凹凸。采用圆柱状的靶材的情况下，于靶材的上表面的外周部分产生电弧点时，沉积速率变动。因此，优选仅在靶材的上表面的中央部中产生电弧点。其中，如果不在靶材的上表面的外周部分中产生电弧点，则靶材的上表面的外周部分变得不会被磨削而残留。所以，专利文献2提出了当靶材的上表面的电弧点(凹处)变成大至某程度时将靶材的上表面用磨器等磨削从而平坦化的技术。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：国际公开第96/26531号小册
专利文献2：日本发明专利公开2009-242929号公报
发明内容
[技术问题]
然而，将靶材的上表面磨削导致将可作为靶材的一部分去除。因此这在提升靶材的利用效率方面成为阻碍。此外，在现有技术中，需要将磨削靶材的上表面的步骤编入沉积程序中，导致产量降低。再者，靶材的研磨粉可能进入使靶材旋转的旋转装置(的驱动部)，导致旋转装置的故障。
本发明，鉴于如此的现有技术的课题而作出，以作为例示性目的提供在不磨削靶材的情况下在使靶材的利用效率提升方面有利的沉积装置。
[解决问题的技术手段]
根据本发明的一方面，提供一种在基板上形成膜的沉积装置，包含：旋转部，被配置为使靶材绕旋转轴旋转；撞击件，被配置为产生电弧放电；驱动部，被配置为驱动撞击件以形成靶材的旋转轴周围的侧表面与撞击件接近的接近状态从而产生电弧放电；和控制部，被配置为控制靶材的通过旋转部的旋转，以改变在接近状态下靶材的面向撞击件的侧表面的面向位置。
本发明的进一步的目的或其他方面将因参照附图而说明的优选实施例而明朗化。
[发明的有利效果]
根据本发明，可例如提供在不磨削靶材的情况下、在使靶材的利用效率提升方面有利的沉积装置。
附图说明
[图1]是示出作为本发明的一方面的处理装置的构成的示意性平面图。
[图2A]是示出图1所示的处理装置中的载体的构成的示意图。
[图2B]是示出图1所示的处理装置中的载体的构成的示意图。
[图3]是示出沉积装置的构成的一例的示意图。
[图4]是图3所示的沉积装置的来源部的放大正面图。
[图5]是图3所示的沉积装置的来源部的放大俯视图。
[图6]是图4所示的来源部的沿A-A线切取的视图。
[图7]是图5所示的来源部的沿B-B线切取的视图。
[图8]是示出图3所示的沉积装置的动作的控制系统的构成的框图。
[图9A]是用于解释在图3所示的沉积装置中产生电弧放电的位置的控制的视图。
[图9B]是用于解释在图3所示的沉积装置中产生电弧放电的位置的控制的视图。
[图9C]是用于解释在图3所示的沉积装置中产生电弧放电的位置的控制的视图。
[图9D]是用于解释在图3所示的沉积装置中产生电弧放电的位置的控制的视图。
[图9E]是用于解释在图3所示的沉积装置中产生电弧放电的位置的控制的视图。
具体实施方式
以下将参照附图描述本发明的优选实施例。另外，在各图中，相同的部件被赋予相同的参考号，重复的说明将被省略。
图1是示出根据本发明的一方面的处理装置100的构成的示意性平面图。处理装置100是将膜形成于在硬盘等的媒体所使用的基板上的真空处理装置(沉积装置)，在本实施例中，以串接方式构成处理装置100。串接方式是在经由被连结的多个腔室搬送基板的同时处理基板的方法。在图1，多个腔室111至130环形地连结以形成矩形布局。腔室111至130的中的每一个设有将腔室抽真空的排气装置。
在处理装置100中，互相邻接的腔室通过闸阀而连结。在腔室111至130中的每一个中，配置有通过闸阀搬送保持基板1的载体10的搬送装置。该搬送装置包括将载体10以垂直姿势搬送的搬送路径。基板1被载体10保持且沿着搬送路径被搬送。基板1是在中心部分具有孔(内周孔)的由金属或玻璃制成的盘状部件。在基板1的两侧(即，前侧和背侧)形成磁性层或保护膜等。
腔室111至130包含进行各种处理的处理室。在腔室111至130之中，例如，腔室111是进行将基板1安装到载体10的处理的加载闭锁室(load lock chamber)，腔室116是进行从载体10将基板1卸除的处理的卸载闭锁室(Unload lock chamber)。腔室112、113、114及115中的每一个包含将载体10(基板1)的搬送方向改变90度的方向转换装置。腔室117是在基板1上形成附着层的附着层形成室，腔室118、119及120中的每一个是在形成了附着层的基板1上形成软磁性层的软磁性层形成室。腔室121是在形成了软磁性层的基板1上形成晶种层的晶种层形成室。腔室123及124中的每一个是在形成了晶种层的基板1上形成中间层的中间层形成室。腔室126及127中的每一个是在形成了中间层的基板1上形成磁性膜的磁性膜形成室。腔室129是在形成了磁性膜的基板1上形成保护膜的保护膜形成室。
将描述在处理装置100中的基板1的处理程序的例子。首先，在腔室111中，未处理的2个基板1被安装到第一载体10。该载体10移动至用于形成附着层的腔室117，而在基板1上形成附着层。此期间，在腔室111中，2个未处理的基板1被安装到第二个载体10。
接着，在第一载体10依序移动至用于形成软磁性层的腔室118、119及120的同时在基板1上形成软磁性层。此期间，第二个载体10移动至用于形成附着层的腔室117，在基板1上形成附着层。并且，在腔室111中，基板1被安装到第3个载体10。如此，每当第一载体10及跟着的载体10移动，就在腔室111中将基板1安装到后续的载体10。
接着，保持形成了软磁性层的基板1的第一载体10移动至用于形成晶种层的腔室121，以在基板1上形成晶种层。然后，第一载体10依次移动至用于形成中间层的腔室123及124、用于形成磁性膜的腔室126及127、以及用于形成保护膜的腔室129，以在基板1上形成中间层、磁性膜及保护膜。
图2A及图2B中的每一个是示出载体10的构成的示意图，图2A是载体10的正面图，图2B是载体10的侧面图。在本实施例中，载体10同时保持2个基板1，如上所述，以垂直姿势在搬送路径上移动。载体10包含保持基板1的由Ni合金制成的保持器401、以及在支撑保持器401的同时在搬送路径上移动的滑件402。通过利用保持器401中设置的多个弹性部件(片弹簧)403保持各基板1的外周部，载体10以面向靶材的姿势保持基板1，而不遮蔽基板1的前侧及背侧(沉积面)。
配置于处理装置100的各腔室的搬送装置具有沿着搬送路径配置的若干个从动辊以及用于借助于磁耦合方式而将动力导入真空侧的磁螺(magnetic screw)。通过使设于载体10的滑件402中的永久磁体与搬送装置的磁螺进行磁耦合，搬送装置使载体10沿着从动辊移动。另外，对于搬送装置或载体10，也可以应用本领域公知的任何构成，例如，对于搬送装置或载体10，可应用公开于日本发明专利公开平8-274142号公报中的构成。搬送装置也可使用线性马达或齿条与小齿轮机构。
用于在基板1上形成保护膜的腔室129包含被配置用于改变基板1的电位(对基板1施加电压)的电压施加部。保持于载体10中的各基板1经由导电性的弹性部件403与保持器401电连接。因此，通过改变弹性部件403的电位，可改变基板1的电位。电压施加部例如包含使连接到电源(直流电源、脉冲电源、高频电源等)或接地的电极接触保持器401的装置。
图3是示出沉积装置300的构成的例子的示意图。沉积装置300例如对应于构成图1所示的处理装置100的腔室117至130(除了腔室112至114以外)之中的腔室119。在本实施例中，沉积装置300被具体实现为ta-C沉积装置，ta-C沉积装置在形成于基板1上的磁性膜的表面上形成由ta-C层制成的保护膜。沉积装置300包含处理室(真空容器)302、滤波部304以及来源部306。在图3，仅示出一组滤波部304及来源部306。但是，实际上，在处理室302的两侧各设置1组滤波部304及来源部306(即，2组滤波部304及来源部306)。另外，在采用搭载2个基板的载体的情况下，也可为了同时处理2个基板的两面，而采用4组滤波部304及来源部306。
处理室302在处理室302的内部包含搬送装置308，搬送装置308被配置用于将基板1以垂直状态定位于预先确定的位置(沉积位置)。滤波部304连接到处理室302(具体而言，沉积位置)的两侧。此外，处理室302连接到将处理室内部抽真空的排气装置。
滤波部304由弯曲的管状部件构成。滤波部304的一端连接到处理室302，另一端连接到来源部306。在滤波部304的外周，设置有线圈CL，每一个线圈CL用作产生用于将碳离子引导至基板侧的磁场的电磁体。
来源部306包括离子产生部310以及靶材驱动部312。离子产生部310包含其内部连通到滤波部304的腔室314、阳极316、保持(载置)靶材TG的靶材保持器318以及撞击件320。撞击件320是用于在靶材TG与阳极316之间产生电弧放电(即，引起放电)的部件。靶材驱动部312包含旋转部(旋转驱动部)322以及移动部(进退驱动部)324。
在本实施例中，靶材TG是由碳(石墨)制成的，并且通过电弧放电产生碳离子。此外，在本实施例中，靶材TG具有圆柱状。但是，靶材TG可具有其他形状，例如，角柱状、圆筒状或矩形管状。在使具有圆柱状的靶材TG的中心轴与旋转轴RA一致而将靶材TG支撑于水平方向的状态下，旋转部322使靶材TG绕旋转轴RA旋转。此外，移动部324使靶材TG沿着旋转轴RA(靶材TG的中心轴)(向前和向后)移动。
将参照图4～图7详细描述沉积装置300的构成。图4是来源部306的放大正面图，图5是来源部306的放大俯视图。图6是图4所示的来源部306的A-A截面图，图7是图5所示的来源部306的B-B截面图。
内部可抽为真空的腔室314容纳靶材TG和其周围部件，即，靶材TG、阳极316及撞击件320。阳极316是用于维持通过使撞击件320接近或接触靶材TG而产生的电弧放电的圆筒状部件，并且被配置为包围产生电弧放电的部分。
撞击件320通过接近或接触靶材TG而产生电弧放电。撞击件320电连接到阳极316，被设置成它可接触靶材TG的外表面TGO。其中，靶材TG的外表面TGO是靶材TG的旋转轴RA的周围(旋转轴周围)的侧表面。撞击件320能够接触靶材TG的外表面TGO的事实不仅指撞击件320物理接触外表面TGO，而且指撞击件320接近并电性接触外表面TGO。换句话说，它亦指撞击件320与靶材TG以低电阻彼此电导通。
如图6所示，撞击件驱动部326驱动撞击件320，以获得接近状态或分离状态，在接近状态中，靶材TG的外表面TGO与撞击件320(其前端320a)彼此接近，在分离状态中，外表面TGO与撞击件320彼此分离。如图4所示，撞击件驱动部326例如包含撞击件马达328、滑轮330a及330b、皮带332、马达座334以及磁性密封件336。撞击件320经由滑轮330a和330b以及皮带332连接到撞击件用马达328。撞击件用马达328固定到设置在腔室314中的马达座334，使撞击件320旋转约90度。由于撞击件用马达328设置于大气侧，撞击件驱动部326从大气侧对于真空侧的撞击件320导入旋转力。在本实施例中，为了不论撞击件320的旋转角度如何都稳定地导入电流，经由旋转接头(旋转导入器)338导入电力。
靶材TG由靶材保持器318保持。为了经由靶材保持器318而向靶材TG供应电流，靶材供电端子340被设置在大气侧。
靶材保持器318固定到轴342的一端。在轴342的另一端设置有旋转部322。移动部324被设置为(向前和向后)移动支撑旋转部322的底板344。轴342是水平地支撑靶材TG的部件，以及用于向靶材TG供应电流的路径的一部分。此外，在轴342的内部形成有用于供给用于冷却靶材TG的冷却水的水路。靶材保持器318被设置在轴342与靶材TG之间，用于固定靶材TG、冷却靶材TG以及作为电流的路径。
将描述旋转部322。底板344包含轴342的旋转密封部346。旋转用马达348在大气侧被固定到底板344。
伸缩管350被设置在腔室314与底板344之间，于其内部配置了轴342。伸缩管350的内部能够与腔室314连通，可维持为真空。伸缩管350根据底板344的移动而伸缩。
支柱352是固定用于对形成于轴342的内部的水路供应冷却水并且从该水路排出冷却水的连接件354的部件。旋转用马达348经由滑轮356a和356b以及皮带358使轴342旋转。
将描述移动部324。安装座360是固定到腔室314的部件。底板344经由LM导引件362固定到安装座360。LM导引件362被设置为沿着旋转部322的旋转轴RA(靶材TG的中心轴)移动底板344。
如图7所示，移动用马达364及滚珠螺杆366被固定到安装座360。第1板368a及第2板368b是支撑滚珠螺杆366的部件。移动用马达364固定到第2板368b，经由齿轮370a及370b使滚珠螺杆366旋转。底板344固定到根据滚珠螺杆366的旋转而(向前和向后)移动的螺帽372。因此，能够通过移动用马达364的旋转，使附着到底板344的部分移动。如上所述，轴342及伸缩管350的一端附着到底板344。
图8是示出系统的构成的图，所述系统用于控制沉积装置300的动作，即，用通过电弧放电而从靶材TG所产生的离子照射基板1以形成膜的处理。在该处理的控制中，来自上位的主控制器801的指令(控制信号)经由控制部802被传送到沉积装置300的各部分。
来自主控制器801的控制信号被输入到控制部802，控制部802包含由CPU等所成的计算部802a及由内存等所成的存储部802b。控制部802将所输入的控制信号传送到靶材驱动部312、撞击件驱动部326及电压施加部803。控制部802从靶材驱动部312、撞击件驱动部326及电压施加部803接收信号，并把它发送到主控制器801。
主控制器801具有控制处理装置100的整体的功能。例如，主控制器801控制诸如搬送装置、闸阀、搬送机器人等的基板搬送系统，以及其他处理室的控制系统。
计算部802a是对于来自靶材驱动部312、撞击件驱动部326及电压施加部803的信号实施计算处理而求出当前值及变化量。存储部802b存储靶材驱动部312、撞击件驱动部326及电压施加部803的当前值、变化量以及控制的顺序等。此外，存储部802b根据来自计算部802a的读出信号，返回所存储的值(例如，靶材驱动部312、撞击件驱动部326及电压施加部803的当前值及变化量)。
如上所述，靶材驱动部312包含旋转部322或移动部324，使靶材TG旋转，或使靶材TG(向前和向后)移动。如上所述，撞击件驱动部326驱动撞击件320，以获得靶材TG的外表面TGO与撞击件320接近的接近状态、或者外表面TGO与撞击件320彼此分离的分离状态。
靶材驱动部312和撞击件驱动部326中的每一个包含马达，所述马达具备用于检测编码器等的旋转角度的传感器。换句话说，靶材驱动部312或撞击件驱动部326被构造为能够控制旋转角度的驱动源。
电压施加部803供应用于在靶材TG与阳极316之间产生电弧放电的电压(电力)。电压施加部803例如被构造为电源。但是，电压施加部803可包含诸如电阻计的传感器。
在靶材驱动部312完成对靶材TG的驱动之后，撞击件驱动部326根据来自控制部802的控制信号驱动撞击件320。在撞击件驱动部326完成对撞击件320的驱动之后(即，在获得靶材TG的外表面TGO与撞击件320彼此接近的接近状态之后)，电压施加部803施加电压。靶材TG与撞击件320是否处于接近状态的判定是例如通过驱动(旋转)撞击件320的撞击件用马达328的旋转速度为0的事实来进行的。该判定能够通过在开始撞击件用马达328的旋转后经过的时间、在靶材TG与撞击件320之间的电阻的状态、或者扭矩的增大来进行。
此外，电压施加部803能够施加电压，直到撞击件320接近(接触)靶材TG的接近状态变为分离状态。更具体而言，将撞击件320接近靶材TG的接近状态维持预先确定的时间，并且电压施加部803对于所述预先确定的时间持续施加电压。然后，电压施加部803施加电压后，撞击件驱动部326使撞击件320退避，获得靶材TG与撞击件320彼此分离的分离状态。通过进行这样的控制，使得可稳定地产生电弧放电。另外，在完成电弧放电后，靶材TG被旋转部322旋转预先确定的角度，并且被移动部324(向前和向后)移动预先确定的距离。
沉积装置300在具有圆柱状的靶材TG的中心轴为水平线的状态下支撑靶材TG，并且在靶材TG的外表面TGO上产生电弧放电。此外，靶材驱动部312能够旋转和移动靶材TG，使得能够在靶材TG的外表面TGO的任何位置处产生电弧放电。
在靶材TG与撞击件320彼此接触的位置处产生电弧放电。在本实施例中，在靶材TG与撞击件320彼此接近的接近状态下，所述位置是靶材TG的外表面TGO上的面向撞击件320的面向位置。此时，靶材TG的外表面TGO之中的产生了电弧放电的部分(面向位置)被磨削。
为了应对它，在本实施例的沉积装置300中，靶材TG被驱动，以使得靶材TG的外表面TGO的要被下个电弧放电磨削的部分接近被之前的电弧放电磨削的部分或者与被之前的电弧放电磨削的部分重迭。因此，靶材TG被均匀地磨削，使得能够稳定地产生电弧放电，同时提高了靶材TG的利用效率，而无需去除(磨削)可作为靶材的部分。因为不需要在沉积装置300的沉积处理中插入磨削靶材TG的步骤，因此能够抑制产量的降低以及由靶材TG的研磨粉导致的靶材驱动部312或撞击件驱动部326的故障的产生。
将参照图9A～图9E描述在靶材TG与撞击件320彼此接近的接近状态下靶材TG的外表面TGO上的面向撞击件320的面向位置(产生电弧放电的位置)的控制。通过使控制部802总括控制靶材驱动部312和撞击件驱动部326来执行所述控制。
首先，如图9A所示，靶材驱动部312驱动靶材TG，以使得靶材TG与撞击件320在靶材TG的外表面TGO的上端成为接近状态。然后，通过撞击件驱动部326驱动撞击件320，使靶材TG的外表面TGO与撞击件320接近而产生电弧放电。从而，在面向撞击件320的靶材TG的外表面TGO上的面向位置处产生电弧点AS。在电弧放电完成后，通过撞击件驱动部326驱动撞击件320，而使靶材TG的外表面TGO与撞击件320成为分离状态。
接着，如图9B所示，靶材驱动部312(旋转部322)使靶材TG绕旋转轴RA旋转，以使得通过电弧放电在靶材TG中产生的电弧点AS邻接或者其一部分重迭。然后，通过撞击件驱动部326驱动撞击件320，而使靶材TG的外表面TGO与撞击件320接近而产生电弧放电。电弧放电完成后，通过撞击件驱动部326驱动撞击件320，而使靶材TG的外表面TGO与撞击件320成为分离状态。如此，重复电弧放电与靶材TG的旋转，使得如图9C所示，在靶材TG的外表面TGO周状产生电弧点AS。
在靶材TG的外表面TGO周状产生电弧点AS之后，如图9D所示，靶材驱动部312(移动部324)沿旋转轴RA移动靶材TG。此时，移动靶材TG，以使得由之前的电弧放电在靶材TG中产生的周状的电弧点AS以及由接下来的电弧放电在靶材TG中产生的电弧点彼此邻接或者其一部分相互重迭。然后，如上所述，通过撞击件驱动部326驱动撞击件320，使靶材TG的外表面TGO与撞击件320接近而产生电弧放电。在电弧放电完成后，撞击件驱动部326驱动撞击件320，而使靶材TG的外表面TGO与撞击件320成为分离状态。通过重复它，而如图9E所示，进一步在靶材TG的外表面TGO周状产生电弧点AS。
如此，在本实施例中，控制靶材TG的旋转和移动，以改变在面向撞击件320的靶材TG的外表面TGO的面向位置。这使得能够让撞击件320接近(接触)靶材TG的外表面TGO的整个表面，并且提高靶材TG的利用效率，而无需磨削靶材TG。在本实施例中，能够实现装置的小型化和维护成本的减低，因为不需要磨削靶材TG的磨器等。
在本实施例中，控制靶材TG的旋转和移动两者，以改变在面向撞击件320的靶材TG的外表面TGO上的面向位置。但是，可以通过仅控制靶材TG的旋转或者仅控制靶材TG的移动，改变在面向撞击件320的靶材TG的外表面TGO上的面向位置。
在本实施例中，控制靶材TG的旋转及移动，以使得在靶材TG绕旋转轴RA旋转一次之后靶材TG沿旋转轴RA移动。但是，本发明不限于此。例如，靶材TG的旋转及移动也可被控制为使得，电弧点AS以螺旋状产生，即，靶材TG的外表面TGO的轨迹形成为螺旋状。
在本实施例中，对于每次产生电弧放电，改变在面向撞击件320的靶材TG的外表面TGO的面向位置。但是，可以不对于每次产生电弧放电改变面向位置，而是每次靶材TG中产生的电弧点AS的尺寸变成比预先确定的尺寸大时改变面向位置。换句话说，可在直到靶材TG中产生的电弧点AS的尺寸变成比预先确定的尺寸大为止维持相同的面向位置，而不改变面向位置。
已知在各基板1上形成膜的沉积速率根据通过电弧放电产生的电弧点AS的位置而改变。更具体而言，当电弧点AS存在于阳极316的中心时沉积速率增大，当电弧点AS接近阳极316时沉积速率降低。因此，优选使电弧点AS产生于从阳极316分离的位置处。为了实现它，在本实施例中，撞击件驱动部326驱动撞击件320，以使得阳极316与接近状态下的撞击件320之间的距离变得恒定。因此，电弧点AS总是产生于从阳极316分离的位置处，故可使沉积速率稳定。
以上，虽然描述了有关于本发明的优选实施例，但是本发明当然不限定于此等实施例，在其要旨的范围内，多种的变化及改变为可能的。
本申请是以2014年3月18日提出的日本发明专利申请号2014-55570为基础而主张优先权，通过引用并入其记载内容的全部。

Claims (1)

1.一种沉积装置，用于在基板上形成膜，特征在于包含：
移动部，被配置为使靶材沿着轴移动；
撞击件，连接到电压施加部并且被配置为产生电弧放电；
驱动部，被配置为驱动撞击件，以形成靶材的轴周围的侧表面与撞击件接近的接近状态从而产生电弧放电；和
控制部，被配置为控制靶材的通过移动部的移动，以改变在接近状态下靶材的侧表面的面向撞击件的面向位置。
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