JP2003160858A - Cathodic arc film-forming apparatus - Google Patents

Cathodic arc film-forming apparatus

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JP2003160858A
JP2003160858A JP2001361209A JP2001361209A JP2003160858A JP 2003160858 A JP2003160858 A JP 2003160858A JP 2001361209 A JP2001361209 A JP 2001361209A JP 2001361209 A JP2001361209 A JP 2001361209A JP 2003160858 A JP2003160858 A JP 2003160858A
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plasma beam
duct
particles
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典孝 秋田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cathodic arc film-forming apparatus which can reduce particles incident on a substrate, without reduction of a film-forming rate. <P>SOLUTION: A plasma beam B from a plasma generation part 1 is converted to a high-density plasma by bias voltage applied to a duct 20, while being transferred through the duct 20. Carbon ions C in the plasma beam B emitted from the duct 20 are inclined by a scanning device 3, and are incident on a substrate 41 after passing through an opening 44a of a shielding plate 44, while electrically neutral particles P go straight and are trapped by the shielding plate 44. As a result, a carbon film with a low content of the particles P is formed on the substrate 41. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、陰極アーク放電を
用いた薄膜の成膜、特に、磁気記録再生装置の磁気ヘッ
ドに形成されるカーボン膜の成膜に使用されるカソーデ
ィックアーク成膜装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cathodic arc film forming apparatus used for forming a thin film using cathodic arc discharge, particularly for forming a carbon film formed on a magnetic head of a magnetic recording / reproducing apparatus. Regarding

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気記録再生装置の磁気ヘッドや磁気デ
ィスクには、保護膜としてカボーン薄膜が一般的に用い
られている。近年、磁気ヘッド用保護膜の成膜方法とし
て、FCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc)法と呼
ばれる陰極アーク放電を利用したta−C(tetrahedra
l amorphous carbon)膜成膜技術が使われつつある。陰
極アーク放電を用いる成膜装置では、陰極に設けられた
グラファイトターゲットに対してアーク放電を発生さ
せ、カーボンイオンを含むプラズマを生成する。そし
て、生成されたプラズマ中のカーボンイオンを基板に堆
積することによって、カーボン膜が基板上に形成され
る。
2. Description of the Related Art In a magnetic head and a magnetic disk of a magnetic recording / reproducing apparatus, a Cabone thin film is generally used as a protective film. In recent years, as a method for forming a protective film for a magnetic head, ta-C (tetrahedra) using a cathodic arc discharge called FCVA (Filtered Cathodic Vacuum Arc) method has been used.
l amorphous carbon) Film deposition technology is being used. In a film forming apparatus using cathodic arc discharge, arc discharge is generated with respect to a graphite target provided on the cathode to generate plasma containing carbon ions. Then, a carbon film is formed on the substrate by depositing carbon ions in the generated plasma on the substrate.

【0003】生成されたプラズマ中には、カーボンイオ
ンや電子の他に電気的に中性なパーティクルが含まれて
いる。このパーティクルは主にカーボン原子から成るク
ラスターであって、アーク放電によりターゲットから放
出されるだけでなく、高密度プラズマ中でイオン同士が
結合することによっても生成される。基板上にカーボン
イオンを堆積する際にこのパーティクルが混入すると膜
質が低下するので、パーティクルを低減するために次の
ような対策が採用されている。
The generated plasma contains electrically neutral particles in addition to carbon ions and electrons. These particles are clusters mainly composed of carbon atoms, and are not only emitted from the target by arc discharge, but also generated by binding of ions in high-density plasma. When the carbon ions are deposited on the substrate, if the particles are mixed, the film quality is deteriorated. Therefore, the following measures are taken to reduce the particles.

【0004】第1の方法は、磁場を用いてプラズマビー
ムを基板に移送する間において、プラズマビームの経路
を曲げてパーティクルをトラップで捕捉する方法であ
る。第2の方法では、プラズマの輸送行路を長くするな
どしてプラズマの密度を下げて低密度プラズマとするこ
とにより、プラズマ移送中におけるパーティクルの発生
を押さえている。
The first method is a method of trapping particles by bending the path of the plasma beam while transferring the plasma beam to the substrate by using a magnetic field. In the second method, the generation of particles during the plasma transfer is suppressed by lowering the density of the plasma to form a low density plasma by elongating the transportation path of the plasma.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た第1の方法ではアーク放電により放出されたパーティ
クルは除去できるが、プラズマがトラップの部分から基
板に入射するまでの経路においてパーティクルが生成さ
れてしまうため、パーティクルの低減効果が十分ではな
かった。また、第2の方法ではプラズマの密度が低いた
め、成膜レートが低下してしまうという問題があった。
However, although the particles emitted by the arc discharge can be removed by the above-mentioned first method, the particles are generated in the path from the plasma of the trap to the substrate. Therefore, the effect of reducing particles was not sufficient. Further, the second method has a problem that the film forming rate is lowered because the plasma density is low.

【0006】本発明の目的は、成膜レートの低下を防止
しつつ基板に入射するパーティクルを低減することがで
きるカソーディックアーク成膜装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a cathodic arc film forming apparatus capable of reducing particles entering a substrate while preventing a decrease in film forming rate.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図1に対応付けて説明する。 (1)請求項1の発明によるカソーディックアーク成膜
装置は、陰極アーク放電によりターゲットイオンCを含
むプラズマビームBを生成するプラズマビーム生成装置
1と、プラズマビームBの進行経路中に配設されてプラ
ズマビームBを捕捉するトラップ44と、トラップ44
に入射するプラズマビームBに含まれるターゲットイオ
ンCを、プラズマビームBの経路外へ偏向分離して基板
41に入射させる偏向装置3とを備えて上述の目的を達
成する。 (2)請求項2の発明は、請求項1に記載のカソーディ
ックアーク成膜装置に適用され、進行経路に沿ってプラ
ズマビームBを囲むとともにバイアス電圧が印加された
ダクト20を設けたものである。 (3)請求項3の発明は、陰極アーク放電によりターゲ
ットイオンを含むプラズマビームを生成するプラズマビ
ーム生成装置1と、基板41が装填されるチャンバ4
と、プラズマビーム生成装置1で生成されたプラズマビ
ームBをチャンバ4内の基板41へと導くプラズマ移送
装置2とを備えたカソーディックアーク成膜装置に適用
され、基板41とプラズマ移送装置2との間に配設さ
れ、遮蔽部と開口部44aとを有する遮蔽板44と、プ
ラズマ移送装置2から出射されたプラズマビームBが遮
蔽板44の遮蔽部に入射するようにプラズマ移送装置2
とチャンバ4とを接続するダクト43と、遮蔽部に入射
するプラズマビームBに含まれるターゲットイオンCを
偏向して、開口44aを介して基板41に入射させる偏
向装置3とを備えて上述の目的を達成する。
An embodiment of the invention will be described with reference to FIG. (1) The cathodic arc film forming apparatus according to the invention of claim 1 is arranged in the traveling path of the plasma beam B and the plasma beam generating apparatus 1 for generating the plasma beam B containing the target ions C by the cathode arc discharge. Trap 44 for capturing the plasma beam B by
The above-described object is achieved by including the deflecting device 3 which deflects and separates the target ions C included in the plasma beam B incident on the substrate 41 out of the path of the plasma beam B and makes them incident on the substrate 41. (2) The invention according to claim 2 is applied to the cathodic arc film forming apparatus according to claim 1, and is provided with a duct 20 enclosing the plasma beam B along a traveling path and to which a bias voltage is applied. is there. (3) According to the invention of claim 3, a plasma beam generator 1 for generating a plasma beam containing target ions by a cathodic arc discharge, and a chamber 4 in which a substrate 41 is loaded.
And a plasma transfer device 2 that guides the plasma beam B generated by the plasma beam generation device 1 to the substrate 41 in the chamber 4, and the substrate 41 and the plasma transfer device 2 are applied. And a shield plate 44 having a shield portion and an opening 44a, and the plasma transfer device 2 so that the plasma beam B emitted from the plasma transfer device 2 enters the shield portion of the shield plate 44.
The above-mentioned object is provided with the duct 43 that connects the chamber 4 with the chamber 4, and the deflecting device 3 that deflects the target ions C included in the plasma beam B incident on the shielding portion and causes the target ions C to enter the substrate 41 through the opening 44a. To achieve.

【0008】なお、上記課題を解決するための手段の項
では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態
の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態
に限定されるものではない。
In the section of the means for solving the above problems, the drawings of the embodiments of the present invention are used to make the present invention easy to understand, but the present invention is limited to the embodiments of the present invention. Not something.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図1は本発明によるカソーディック
アーク成膜装置の一実施の形態を示す図であり、成膜装
置の概略構成を示したものである。図1に示すように、
成膜装置はプラズマ発生部1,プラズマ移送部2,スキ
ャニング装置3,成膜チャンバ4および装置全体を制御
する制御装置5で構成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a cathodic arc film forming apparatus according to the present invention, showing a schematic configuration of the film forming apparatus. As shown in Figure 1,
The film forming apparatus comprises a plasma generating unit 1, a plasma transfer unit 2, a scanning device 3, a film forming chamber 4 and a control device 5 for controlling the entire device.

【0010】プラズマ発生部1は、ターゲット11が装
着される陰極部10と、陰極部10が固定される陽極チ
ャンバ12と、アーク放電のきっかけを作るためのトリ
ガ14とを備えている。例えば、カーボン膜を成膜する
場合には、ターゲット11としてカーボングラファイト
が用いられる。以下では、カーボン膜成膜を例に説明す
る。
The plasma generator 1 comprises a cathode part 10 on which a target 11 is mounted, an anode chamber 12 in which the cathode part 10 is fixed, and a trigger 14 for triggering an arc discharge. For example, when forming a carbon film, carbon graphite is used as the target 11. Hereinafter, the carbon film formation will be described as an example.

【0011】陰極部10はアーク電源(定電流源)13
の負端子に接続されており、一方、トリガ14およびア
ーク電源13の正端子に接続されている陽極チャンバ1
2はそれぞれ接地されていてアース電位となっている。
トリガ14は、軸140を回転軸としてステップモータ
等の駆動部15により回転駆動される。トリガ14の角
度は図示しない角度センサで検出される。
The cathode portion 10 is an arc power source (constant current source) 13
Anode chamber 1 connected to the negative terminals of the trigger 14 and the positive terminals of the arc power supply 13
2 is grounded and has a ground potential.
The trigger 14 is rotationally driven by a driving unit 15 such as a step motor with the shaft 140 as a rotating shaft. The angle of the trigger 14 is detected by an angle sensor (not shown).

【0012】陰極部10と陽極チャンバ12とは、絶縁
部材6によって電気的に絶縁されている。陽極チャンバ
12の外周には陽極チャンバ12内にアキシャル磁場を
形成する磁気コイル16が設けられており、電源17か
ら励磁電流が供給される。なお、図示していないが、陰
極部10には水冷ジャケットのような冷却手段が設けら
れている。
The cathode portion 10 and the anode chamber 12 are electrically insulated by the insulating member 6. A magnetic coil 16 that forms an axial magnetic field in the anode chamber 12 is provided on the outer circumference of the anode chamber 12, and an exciting current is supplied from a power supply 17. Although not shown, the cathode part 10 is provided with a cooling means such as a water cooling jacket.

【0013】プラズマ移送部2は、屈曲したダクト20
とその周囲に設けられた磁気コイル21とを有してい
る。磁気コイル21にも電源17から励磁電流が供給さ
れる。プラズマ移送部2と陽極チャンバ12とは絶縁材
23を介して互いに固定されていて、両者は電気的に絶
縁されている。ダクト20にはバイアス電源22により
正のバイアス電圧が印加されている。
The plasma transfer section 2 includes a bent duct 20.
And a magnetic coil 21 provided around it. An exciting current is also supplied from the power supply 17 to the magnetic coil 21. The plasma transfer unit 2 and the anode chamber 12 are fixed to each other via an insulating material 23, and are electrically insulated from each other. A positive bias voltage is applied to the duct 20 by a bias power supply 22.

【0014】成膜チャンバ4内には基板ステージ42が
設けられており、この基板ステージ42に成膜対象物で
ある基板41が装着される。基板ステージ42は、矢印
Rで示すように基板41をその平面内で回転する。ま
た、基板41の前方(図示右側)には、開口44aが形
成された遮蔽板44が配設されている。成膜チャンバ4
とプラズマ移送部2とはチルトダクト43で連結されて
おり、チルトダクト43の2つのフランジ43a,43
bは互いに角度θを成している。このチルト角度θは、
後述するスキャニング装置3の偏向可能角度との兼ね合
いもあるが2.5〜10(deg)程度に設定されるが、
好ましくは5.5(deg)が良い。
A substrate stage 42 is provided in the film forming chamber 4, and the substrate 41, which is a film formation target, is mounted on the substrate stage 42. The substrate stage 42 rotates the substrate 41 in its plane as indicated by arrow R. Further, a shield plate 44 having an opening 44a is arranged in front of the substrate 41 (on the right side in the drawing). Film formation chamber 4
The plasma transfer unit 2 and the plasma transfer unit 2 are connected by a tilt duct 43, and the two flanges 43 a, 43 of the tilt duct 43 are connected.
b form an angle θ with each other. This tilt angle θ is
Although there is a balance with the deflectable angle of the scanning device 3 described later, it is set to about 2.5 to 10 (deg),
It is preferably 5.5 (deg).

【0015】チルトダクト43とプラズマ移送部2とは
絶縁部材40を介して固定されていて、互いに電気的に
絶縁されている。チルトダクト43の周囲にはスキャニ
ング装置3が設けられており、プラズマビームB内のカ
ーボンイオンCをyz方向にスキャンする。スキャニン
グ装置3は、例えば、一対のC字形状磁気コア(不図
示)から成る。一方の磁気コアの磁極はチルトダクト4
3を挟んで図示上下に配設され、他方の磁気コアの磁極
はチルトダクト43を挟んで紙面に直交するy方向に配
設される。スキャニング装置3の磁気コアにはソレノイ
ドコイル(不図示)が巻き付けられており、ソレノイド
コイルには電源31により励磁電流が供給される。
The tilt duct 43 and the plasma transfer section 2 are fixed via an insulating member 40 and are electrically insulated from each other. A scanning device 3 is provided around the tilt duct 43 and scans the carbon ions C in the plasma beam B in the yz directions. The scanning device 3 includes, for example, a pair of C-shaped magnetic cores (not shown). The magnetic pole of one magnetic core is the tilt duct 4
3, the magnetic poles of the other magnetic core are arranged in the vertical direction with the tilt duct 43 interposed therebetween in the y direction orthogonal to the plane of the drawing. A solenoid coil (not shown) is wound around the magnetic core of the scanning device 3, and an exciting current is supplied to the solenoid coil from a power supply 31.

【0016】図2はダクト20の形状の一例を示す図で
あり、(a)は図1のz方向から見た平面図、(b)は
(a)のA1矢視図、(c)はA2矢視図である。ダク
ト20は、3つの直管部201,203,205と2つ
の屈曲部202,204とを有するダブルベントタイプ
のダクトである。すなわち、直管部201に設けられた
フランジ206から入射したプラズマビームは、屈曲部
202,204の部分でそれぞれ曲げられ、直管部20
5に設けられたフランジ207から水平方向に対して角
度θで出射する。
2A and 2B are views showing an example of the shape of the duct 20. FIG. 2A is a plan view seen from the z direction in FIG. 1, FIG. 2B is a view taken along the arrow A1 in FIG. It is an A2 arrow line view. The duct 20 is a double vent type duct having three straight pipe portions 201, 203, 205 and two bent portions 202, 204. That is, the plasma beam incident from the flange 206 provided on the straight pipe portion 201 is bent at the bent portions 202 and 204, and the straight pipe portion 20 is bent.
The light is emitted from the flange 207 provided at No. 5 at an angle θ with respect to the horizontal direction.

【0017】次に、成膜動作の概略を説明する。アーク
放電を生じさせる際には、図1の破線で示す位置に退避
していたトリガ14を駆動部15により回転駆動してタ
ーゲット11側に倒す。陰極部10と陽極チャンバ12
との電位差はアーク電源13により数10〜数100ボ
ルトに設定されており、トリガ14の先端に設けられた
トリガチップ14aがターゲット11の表面に接触する
とアーク放電が発生する。
Next, an outline of the film forming operation will be described. When arc discharge is generated, the trigger 14 retracted to the position shown by the broken line in FIG. 1 is rotationally driven by the drive unit 15 and tilted to the target 11 side. Cathode part 10 and anode chamber 12
The potential difference between and is set to several tens to several hundreds of volts by the arc power source 13, and when the trigger tip 14a provided at the tip of the trigger 14 contacts the surface of the target 11, arc discharge is generated.

【0018】アーク放電が発生するとプラズマが生成さ
れ、このプラズマにはターゲット11から放出されたタ
ーゲットイオン(正イオン)が含まれている。ターゲッ
ト11がグラファイトの場合には、アーク放電によりカ
ーボンイオンを含むプラズマが生成される。このとき、
グラファイトターゲット11からはカーボンイオンの他
にマクロパーティクルと呼ばれる多数のカーボン原子か
ら成るクラスターが放出される。
When arc discharge occurs, plasma is generated, and this plasma contains target ions (positive ions) emitted from the target 11. When the target 11 is graphite, plasma containing carbon ions is generated by arc discharge. At this time,
In addition to carbon ions, the graphite target 11 emits clusters of many carbon atoms called macroparticles.

【0019】制御装置5はアーク電源13の状態を常時
モニタし、アーク放電の発生を検出したならば駆動部1
5へ指令を送り、ターゲット11の表面からトリガ14
を引き上げる。このとき、アーク放電発生時のトリガ1
4の角度位置が上述した角度センサにより検出され、検
出された角度位置は制御装置5に設けられた記憶部(不
図示)に記憶される。アーク放電発生後、放電状態は時
間が経過するにつれて弱まってくるので、再びトリガ1
4を記憶された位置まで駆動部15により移動させて、
安定したアーク放電が維持されるように制御する。
The controller 5 constantly monitors the state of the arc power supply 13, and if it detects the occurrence of arc discharge, it drives the drive unit 1.
5 command to trigger 14 from the surface of target 11.
Pull up. At this time, trigger 1 when arc discharge occurs
The angular position of No. 4 is detected by the angle sensor described above, and the detected angular position is stored in the storage unit (not shown) provided in the control device 5. After the occurrence of arc discharge, the discharge state weakens over time, so trigger 1 again.
4 is moved to the stored position by the drive unit 15,
Control to maintain stable arc discharge.

【0020】陽極チャンバ12内には磁気コイル16に
よりアキシャル磁場が形成されている。そのため、アー
ク放電により生成されたプラズマは、すなわち、ターゲ
ット11から放出されたカーボンイオンや電子を含むプ
ラズマは、このアキシャル磁場により集束されるととも
にプラズマ移送部2のダクト20へと導かれる。プラズ
マ移送部2においても、ダクト20の周囲に設けられた
磁気コイル21によりダクト20の軸に沿ったアキシャ
ル磁場が形成されており、プラズマはこの磁場に沿って
成膜チャンバ4へと移送される。
An axial magnetic field is formed in the anode chamber 12 by the magnetic coil 16. Therefore, the plasma generated by the arc discharge, that is, the plasma containing carbon ions and electrons emitted from the target 11 is focused by this axial magnetic field and is guided to the duct 20 of the plasma transfer unit 2. Also in the plasma transfer unit 2, an axial magnetic field is formed along the axis of the duct 20 by the magnetic coil 21 provided around the duct 20, and the plasma is transferred to the film forming chamber 4 along this magnetic field. .

【0021】プラズマビームBにはカーボンイオンCお
よびパーティクルP等が含まれている。プラズマビーム
Bのプラズマ密度はプラズマ断面中心から周辺へと低く
なっており、図1の符号Bで示した領域は所定密度以上
の範囲を表している。図3は、カーボンイオンCの分布
形状L1とパーティクルPの分布形状L2とを定性的に
示したものである。なお、パーティクルPの密度はカー
ボンイオンCの密度に比べて遙かに小さいが、比較しや
すいように両者が同程度の密度であるとして分布形状を
示した。
The plasma beam B contains carbon ions C, particles P and the like. The plasma density of the plasma beam B decreases from the center of the plasma cross section to the periphery, and the region indicated by reference symbol B in FIG. FIG. 3 qualitatively shows the distribution shape L1 of the carbon ions C and the distribution shape L2 of the particles P. The density of the particles P is much smaller than the density of the carbon ions C, but the distribution shape is shown assuming that the two have the same density for easy comparison.

【0022】カーボンイオンCは電荷を帯びているため
互いに反撥し、分布形状L2がパーティクルPの分布形
状L2よりもブロードになっている。そのため、ダクト
20に正のバイアス電圧を印加してダクト20内にラジ
アル電場を形成し、ダクト中央に偏在させるようにし
た。このとき、カーボンイオンCの分布形状L1は分布
形状L10のように変化し、高密度プラズマが得られ
る。
Since the carbon ions C are electrically charged, they repel each other, and the distribution shape L2 is broader than the distribution shape L2 of the particles P. Therefore, a positive bias voltage is applied to the duct 20 to form a radial electric field in the duct 20, and the radial electric field is unevenly distributed in the center of the duct. At this time, the distribution shape L1 of the carbon ions C changes like the distribution shape L10, and high-density plasma is obtained.

【0023】ところで、パーティクルPは電気的に中性
であるため、プラズマビームがダクト20の屈曲部20
2,204(図2参照)で曲げられた際にパーティクル
Pはそのまま直進してダクト20によりトラップされ
る。このように、プラズマビームBの移送経路を曲線的
にすることによりパーティクルPをビームBから除去す
ることができる。しかし、パーティクルPはプラズマビ
ームB内でも生成されるため、ダクト20から出射され
るプラズマビームB内にはパーティクルPが含まれてい
る。
Since the particles P are electrically neutral, the plasma beam is bent by the bent portion 20 of the duct 20.
When bent at 2, 204 (see FIG. 2), the particles P go straight and are trapped by the duct 20. Thus, by making the transfer path of the plasma beam B curved, the particles P can be removed from the beam B. However, since the particles P are also generated in the plasma beam B, the particles P are included in the plasma beam B emitted from the duct 20.

【0024】ダクト20からチルトダクト43内に入射
したプラズマビームBには、スキャニング装置3によっ
て交流磁場が印加される。その結果、カーボンイオンC
は磁場によって進行方向が曲げられ、例えば、図1に示
すようにビームBからカーボンイオンCを含むビームB
1が分離される。図1は、カーボンイオンCがz軸負方
向に偏向された瞬間を示したものであり、ビームB1は
遮蔽板44に形成された開口44aを通過して基板41
上に照射される。一方、ビームBは直進して遮蔽板44
によって遮られ、基板41側に達することはない。
An alternating magnetic field is applied to the plasma beam B entering the tilt duct 43 from the duct 20 by the scanning device 3. As a result, carbon ion C
Is bent in its traveling direction by a magnetic field. For example, as shown in FIG.
1 is separated. FIG. 1 shows the moment when the carbon ions C are deflected in the negative direction of the z-axis, and the beam B1 passes through the opening 44a formed in the shield plate 44 and the substrate 41.
Irradiated on. On the other hand, the beam B goes straight and the shielding plate 44
It is blocked by and does not reach the substrate 41 side.

【0025】図4は遮蔽板44を図1のx軸プラス方向
から見た図である。円形の開口44aは、基板41の中
心Oよりもz軸マイナス方向に偏心して形成されてい
る。一方、図1に示すようにダクト20はチルトダクト
43を介して成膜チャンバ4に接続されているため、パ
ーティクルを含んだビームBは中心Oよりも上方(z位
置が正の領域)において遮蔽板44に衝突し、開口44
aに入射することはない。図4に示すように、開口44
aを通して基板41の中心と下側の縁との間の領域を見
通すことができるので、カーボンイオンCのビームB1
をz軸方向にスキャンすると、中心0および縁を含む領
域にカーボンイオンCが照射される。基板41は中心O
を軸として回転されているので、スキャン運動と回転運
動とによりカーボンイオンCが基板41の全面に均一に
堆積される。
FIG. 4 is a view of the shield plate 44 seen from the plus direction of the x-axis of FIG. The circular opening 44a is formed eccentrically in the z-axis negative direction with respect to the center O of the substrate 41. On the other hand, as shown in FIG. 1, since the duct 20 is connected to the film forming chamber 4 through the tilt duct 43, the beam B containing particles is shielded above the center O (a region where the z position is positive). It collides with the plate 44 and the opening 44
It does not enter a. As shown in FIG.
Since the region between the center of the substrate 41 and the lower edge can be seen through a, the beam B1 of carbon ions C can be seen.
Is scanned in the z-axis direction, a region including the center 0 and the edge is irradiated with carbon ions C. Substrate 41 is center O
Since it is rotated about the axis, the carbon ions C are uniformly deposited on the entire surface of the substrate 41 by the scanning motion and the rotating motion.

【0026】図5は従来のカソーディックアーク成膜装
置の成膜方法を説明する図であり、基板41へのプラズ
マビームBの導き方を示したものである。磁気コイル2
1によって曲げられたプラズマビームBはダクト20か
ら出射され、成膜チャンバ内の基板41に照射される。
プラズマビームBはスキャニング装置51によりスキャ
ンされ、プラズマビームBが基板41の全成膜領域に照
射されるようにしている。前述したように、プラズマビ
ームB内のパーティクルPはダクト20内で経路が曲げ
られることにより除去されるが、基板面に対抗している
ダクト出口付近から基板41に入射する間においてもパ
ーティクルPが生成される。このパーティクルPはカー
ボンイオンCとともに基板41に入射して、膜質の低下
を招く。
FIG. 5 is a diagram for explaining a film forming method of a conventional cathodic arc film forming apparatus, and shows how to guide the plasma beam B to the substrate 41. Magnetic coil 2
The plasma beam B bent by 1 is emitted from the duct 20 and applied to the substrate 41 in the film forming chamber.
The plasma beam B is scanned by the scanning device 51 so that the plasma beam B is applied to the entire film formation region of the substrate 41. As described above, the particles P in the plasma beam B are removed by bending the path in the duct 20, but the particles P are also generated while entering the substrate 41 from the vicinity of the duct outlet facing the substrate surface. Is generated. The particles P are incident on the substrate 41 together with the carbon ions C, which causes deterioration in film quality.

【0027】一方、本実施の形態の成膜装置では、上述
したように基板41の直前でプラズマビームBから偏向
分離されたカーボンイオンCが基板41上に照射され
る。そのため、ダクト20の出口付近で形成されたパー
ティクルPはビームBのように直進して遮蔽板41によ
り捕捉され、基板41に入射することがない。その結
果、以下に述べるように、基板41に入射するパーティ
クルPの数を従来よりも低減することができた。
On the other hand, in the film forming apparatus of the present embodiment, the carbon ions C deflected and separated from the plasma beam B are irradiated onto the substrate 41 immediately before the substrate 41 as described above. Therefore, the particles P formed near the exit of the duct 20 go straight like the beam B and are captured by the shielding plate 41, and do not enter the substrate 41. As a result, as described below, the number of particles P entering the substrate 41 could be reduced as compared with the conventional one.

【0028】従来の低密度プラズマによりta−C膜を
成膜した場合には、成膜レートは0.1(Å/sec)程
度であった。一方、本実施の形態の成膜装置では高密度
プラズマを用いていることから、0.4(Å/sec)と
う大きな成膜レートを得ることができた。さらに、パー
ティクルに関しても、バブルベントタイプのトラップ
(ダクト20)を用いた成膜装置の場合には0.3(μ
m)以上のパーティクルに関して10(個/cm)以
上であったが、本実施の形態の成膜装置では1〜2(個
/cm)にまで減少させることができた。
When the ta-C film was formed by the conventional low density plasma, the film formation rate was about 0.1 (Å / sec). On the other hand, since the high-density plasma is used in the film forming apparatus of this embodiment, a large film forming rate of 0.4 (Å / sec) can be obtained. Further, regarding the particles, in the case of a film forming apparatus using a bubble vent type trap (duct 20), the particle size is 0.3 (μ
was 10 (number / cm 2) or more with respect to m) above particles, but can be reduced to 1-2 (pieces / cm 2) is a film forming apparatus of this embodiment.

【0029】このように、本実施の形態では、アーク生
成時に発生するパーティクルのみならず、高密度プラズ
マ移送時に生成されるパーティクルも高い確率で除去す
ることができる。その結果、高い成膜レートでパーティ
クル混入の非常に少ない高純度のカーボン膜を成膜する
ことができる。なお、本実施の形態の成膜装置は、カー
ボン膜の成膜に限らず各種の薄膜の成膜に適用すること
ができる。
As described above, in this embodiment, not only particles generated during arc generation but also particles generated during high-density plasma transfer can be removed with high probability. As a result, it is possible to form a high-purity carbon film in which particles are hardly mixed at a high film formation rate. The film forming apparatus of this embodiment can be applied not only to the formation of a carbon film but also to the formation of various thin films.

【0030】上述した実施の形態では、スキャニング装
置3で交流磁場を形成してカーボンイオンCを偏向する
ようにしたが、永久磁石を用いたり電場を形成してカー
ボンイオンCを偏向するようにしても良い。また、ダク
ト20はダブルベントタイプとしたが、シングルベント
タイプのダクトを用いても良い。
In the above-described embodiment, the scanning device 3 forms an AC magnetic field to deflect the carbon ions C. However, a permanent magnet is used or an electric field is formed to deflect the carbon ions C. Is also good. Further, although the duct 20 is a double vent type, a single vent type duct may be used.

【0031】なお、図1では基板41をx軸に対して垂
直に配設されているので、ビームB1は基板41に対し
てほぼ垂直に入射することになる。一方、図6に示すよ
うにビームB1に対して基板41を角度αで配設する
と、ビームBが基板面に対して斜めに入射するために堆
積したカーボン原子のマイグレーションが促進され、残
留応力の小さなカーボン膜が形成される。例えば、垂直
入射で応力が2.4(GPa)であった場合に、角度α=
45(deg)で入射させると応力が1.4(GPa)に低下
した。
Since the substrate 41 is arranged perpendicularly to the x-axis in FIG. 1, the beam B1 is incident on the substrate 41 almost vertically. On the other hand, when the substrate 41 is arranged at an angle α with respect to the beam B1 as shown in FIG. 6, since the beam B is obliquely incident on the substrate surface, migration of deposited carbon atoms is promoted and residual stress is reduced. A small carbon film is formed. For example, if the stress is 2.4 (GPa) at normal incidence, the angle α =
When incident at 45 (deg), the stress decreased to 1.4 (GPa).

【0032】以上説明した実施の形態と特許請求の範囲
の要素との対応において、プラズマ発生部1はプラズマ
ビーム生成装置を、遮蔽板44はトラップを、スキャニ
ング装置3は偏向装置をそれぞれ構成する。また、遮蔽
板44の開口44aが形成されていない部分が遮蔽部を
構成する。
In the correspondence between the embodiments described above and the elements in the claims, the plasma generator 1 constitutes a plasma beam generator, the shield plate 44 constitutes a trap, and the scanning device 3 constitutes a deflector. Further, the portion of the shielding plate 44 where the opening 44a is not formed constitutes a shielding portion.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板にはプラズマビームから偏向分離されたターゲット
イオンが入射し、パーティクルを含むプラズマビームは
トラップにより捕捉されて基板に入射することがない。
そのため、パーティクルの混入の非常に少ない膜が基板
上に形成される。また、パーティクルを低減するために
プラズマ密度を低くする必要がないため、成膜レートの
低下を避けることができる。
As described above, according to the present invention,
Target ions deflected and separated from the plasma beam are incident on the substrate, and the plasma beam containing particles is trapped by the trap and is not incident on the substrate.
Therefore, a film containing very few particles is formed on the substrate. Further, since it is not necessary to reduce the plasma density in order to reduce particles, it is possible to avoid a decrease in film forming rate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明によるカソーディックアーク成膜装置の
一実施の形態を示す図であり、成膜装置の概略構成を示
したものである。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a cathodic arc film forming apparatus according to the present invention, showing a schematic configuration of a film forming apparatus.

【図2】ダクト20の形状の一例を示す図であり、
(a)は図1のz方向から見た平面図、(b)は(a)
のA1矢視図、(c)はA2矢視図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the shape of a duct 20,
(A) is a plan view seen from the z direction of FIG. 1, (b) is (a)
Is a view from the arrow A1, and (c) is a view from the arrow A2.

【図3】カーボンイオンCの分布形状L1とパーティク
ルPの分布形状L2とを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a distribution shape L1 of carbon ions C and a distribution shape L2 of particles P.

【図4】遮蔽板44を図1のx軸プラス方向から見た図
である。
4 is a view of the shielding plate 44 seen from the plus direction of the x-axis in FIG.

【図5】従来のカソーディックアーク成膜装置の成膜方
法を説明する図であり、基板41へのプラズマビームB
の導き方を示したものである。
FIG. 5 is a diagram illustrating a film forming method of a conventional cathodic arc film forming apparatus, in which a plasma beam B onto a substrate 41 is formed.
It shows how to guide.

【図6】基板41を傾けて配設した場合の、基板41と
ビームB1との関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between the substrate 41 and a beam B1 when the substrate 41 is arranged so as to be inclined.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマ発生部 2 プラズマ移送部 3、51 スキャニング装置 4,50 成膜チャンバ 5 制御装置 11 ターゲット 12,16 磁気コイル 20 ダクト 22 バイアス電源 41 基板 42 基板ステージ 43 チルトダクト 44 遮蔽板 44a 開口 C カーボンイオン P パーティクル 1 Plasma generator 2 Plasma transfer unit 3,51 scanning device 4,50 Deposition chamber 5 control device 11 targets 12,16 Magnetic coil 20 ducts 22 Bias power supply 41 substrate 42 Substrate stage 43 Tilt duct 44 Shield 44a opening C carbon ion P particles

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 陰極アーク放電によりターゲットイオン
を含むプラズマビームを生成するプラズマビーム生成装
置と、 前記プラズマビームの進行経路中に配設されて前記プラ
ズマビームを捕捉するトラップと、 前記トラップに入射するプラズマビームに含まれる前記
ターゲットイオンを、前記プラズマビームの経路外へ偏
向分離して基板に入射させる偏向装置とを備え、前記基
板上に薄膜を成膜することを特徴とするカソーディック
アーク成膜装置。
1. A plasma beam generator for generating a plasma beam containing target ions by cathodic arc discharge, a trap arranged in the traveling path of the plasma beam for trapping the plasma beam, and a trap for entering the trap. A cathodic arc film forming method, comprising: a deflecting device that deflects and separates the target ions contained in a plasma beam out of a path of the plasma beam and makes them incident on a substrate, and forms a thin film on the substrate. apparatus.
【請求項2】 請求項1に記載のカソーディックアーク
成膜装置において、 前記進行経路に沿って前記プラズマビームを囲むととも
にバイアス電圧が印加されたダクトを設けたことを特徴
とするカソーディックアーク成膜装置。
2. The cathodic arc film forming apparatus according to claim 1, further comprising a duct surrounding the plasma beam along the traveling path and having a bias voltage applied thereto. Membrane device.
【請求項3】 陰極アーク放電によりターゲットイオン
を含むプラズマビームを生成するプラズマビーム生成装
置と、 基板が装填されるチャンバと、 前記プラズマビーム生成装置で生成されたプラズマビー
ムを前記チャンバ内の基板へと導くプラズマ移送装置と
を備えたカソーディックアーク成膜装置において、 前記基板と前記プラズマ移送装置との間に配設され、遮
蔽部と開口部とを有する遮蔽板と、 前記プラズマ移送装置から出射されたプラズマビームが
前記遮蔽板の遮蔽部に入射するように前記プラズマ移送
装置と前記チャンバとを接続するダクトと、 前記遮蔽部に入射するプラズマビームに含まれる前記タ
ーゲットイオンを偏向して、前記開口を介して前記基板
に入射させる偏向装置とを備えたことを特徴とするカソ
ーディックアーク成膜装置。
3. A plasma beam generator for generating a plasma beam containing target ions by cathodic arc discharge, a chamber in which a substrate is loaded, and a plasma beam generated by the plasma beam generator to a substrate in the chamber. In a cathodic arc film forming apparatus equipped with a plasma transfer device that guides with, a shield plate disposed between the substrate and the plasma transfer device, the shield plate having a shield part and an opening, and emitting from the plasma transfer device. A duct connecting the plasma transfer device and the chamber so that the generated plasma beam is incident on the shield part of the shield plate; and deflecting the target ions contained in the plasma beam incident on the shield part, And a deflection device for making the light incident on the substrate through an opening. Click the film-forming apparatus.
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