JP2013044047A - Vacuum film formation device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve productivity by performing film formation uniformly at a time to a number of substrates even when film formation conditions are different.SOLUTION: An AIP apparatus 101 includes: an evacuation unit for evacuating the inside of a vacuum chamber; four rotating holders 4 each holding, in a rotating state, a substrate on which a film is to be formed; a revolving table 5 for allowing the rotating holders 4 to revolve around the revolution axis Q that is parallel to the axial center of the rotation axis of each holder 4; an arc evaporation source 6; and a power supply unit 10B provided with four bias power supplies 10B1 to 10B4. Each of the rotating holders 4 is connected to a different bias power supply through a slip ring 151, and thereby, different film formation conditions are constituted by the difference of the bias potential.

Description

本発明は、真空状態で多数の基材に電圧を印加することにより基材の表面に薄膜を形成する真空成膜方法(イオンプレーティング(AIP法を含む)、スパッタリング法、プラズマCVD法、これらの組合せを含む)を実現する真空成膜装置に関する。   The present invention relates to a vacuum film formation method (ion plating (including AIP method), sputtering method, plasma CVD method, and the like for forming a thin film on the surface of a substrate by applying a voltage to a large number of substrates in a vacuum state. The vacuum film-forming apparatus which implement | achieves the combination of these is included.

1980年代以降、切削工具の寿命向上を目的として、AIP(Arc Ion Plating)法やスパッタリング法などの真空成膜方法によって、TiNやTiAlNなどの硬質皮膜を基材に形成することが行なわれている。また、近年では、ピストンリングや自動車のエンジン部品などを代表とする金属の機械部品へ、表面の耐摩耗性や耐焼き付き性の向上を目的として、CrNやDLC(Diamond-Like-Carbon)などの耐摩耗性コーティングの量産を行なうことが盛んに行なわれている。   Since the 1980s, for the purpose of improving the life of cutting tools, a hard film such as TiN or TiAlN has been formed on a substrate by a vacuum film-forming method such as AIP (Arc Ion Plating) method or sputtering method. . Also, in recent years, CrN and DLC (Diamond-Like-Carbon), etc. have been applied to metal mechanical parts such as piston rings and automobile engine parts in order to improve the surface wear resistance and seizure resistance. Mass production of wear-resistant coatings is actively performed.

このような真空成膜装置としては、一度に多量の基材(部品)を均一性高く処理することを目的として、基材を自公転するテーブル上に(必要に応じて冶具などを用いて)搭載し、基材にプラズマ発生や膜質調整を目的とした電圧を印加しながら皮膜を形成するものが公知である。
たとえば、特開2004−323883号公報(特許文献1)は、真空チャンバ内には、複数の基材を保持する遊星回転可能な基材ホルダ(テーブル)と、前記基材ホルダに対向する位置に配置されたスパッタ蒸発源と、前記基材ホルダに接続されて前記基材ホルダに負のパルス状のバイアス電圧を印加可能なバイアス電源とからなる物理的蒸着装置を開示する。特許文献1は、基材ホルダに対向する位置にアーク蒸発源を配置することが開示する。基材ホルダに印加されるバイアス電源は1台であり、遊星回転する各軸には同一電圧が印加されている。
As such a vacuum film-forming apparatus, on the table which revolves the base material for the purpose of processing a large amount of base material (parts) with high uniformity at once (using a jig or the like if necessary). A device that is mounted and forms a film while applying a voltage to the substrate for the purpose of generating plasma or adjusting the film quality is known.
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-323883 (Patent Document 1), in a vacuum chamber, a planetary holder (table) that holds a plurality of substrates and a position that faces the substrate holder are provided. Disclosed is a physical vapor deposition apparatus comprising an arranged sputter evaporation source and a bias power source connected to the substrate holder and capable of applying a negative pulsed bias voltage to the substrate holder. Patent document 1 discloses disposing an arc evaporation source at a position facing the substrate holder. There is one bias power source applied to the substrate holder, and the same voltage is applied to each axis rotating on the planet.

また、特開平6−340968号公報(特許文献2)は、AIP法の円筒状アーク蒸発源をチャンバ中心に置き、自公転テーブルに搭載した基材がこれを取り囲むように配置し、円筒状蒸発源から蒸発した蒸気を内側から外側に向けて成膜するように構成されているAIP装置を開示する。アーク蒸発源はアーク電源のマイナス極に接続されて、このAIP装置においては、円筒状の蒸発源の表面にアークスポットを生成して皮膜源材料を蒸発させる。アーク蒸発源は対となって動作する陽極が必要であるが、自公転テーブルに搭載した基材が蒸発源を取り囲んでいるので、このAIP装置においては、有効に動作する陽極として蒸発源の周辺に複数の棒状の陽極、または、円筒状蒸発源の両端部付近にリング状の陽極を配置している。   Japanese Laid-Open Patent Publication No. 6-340968 (Patent Document 2) discloses that a cylindrical arc evaporation source of the AIP method is placed at the center of a chamber, and a base material mounted on a rotation table surrounds the cylindrical arc evaporation source. Disclosed is an AIP apparatus configured to deposit vapor evaporated from a source from the inside toward the outside. The arc evaporation source is connected to the negative pole of the arc power source. In this AIP apparatus, an arc spot is generated on the surface of the cylindrical evaporation source to evaporate the film source material. The arc evaporation source requires an anode that operates as a pair. However, since the substrate mounted on the revolution table surrounds the evaporation source, in this AIP apparatus, the periphery of the evaporation source is an anode that operates effectively. In addition, a plurality of rod-like anodes or ring-like anodes are arranged near both ends of the cylindrical evaporation source.

さらに、特開2007−308758号公報(特許文献3)は、成膜対象となる基材を配置する真空チャンバ内にプラズマを発生するプラズマ発生手段と、プラズマ発生手段によって発生させたプラズマを基材の周辺の閉込め空間に閉じ込めるマルチカスプ磁界を形成するマルチカスプ磁界発生手段と、基材を保持すると共に閉込め空間の中心近傍を中心軸として回転する保持回転手段とを有する成膜装置を開示する。この成膜装置においては、基材を自公転するテーブル上に設置し、当該テーブルを介して電源からバイアス電圧を印加して、プラズマを基材の周囲に発生させて皮膜を形成する。マルチカスプ磁場発生手段は、発生したプラズマの閉じ込めを改良する。   Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-308758 (Patent Document 3) discloses a plasma generating means for generating plasma in a vacuum chamber in which a base material to be deposited is placed, and a plasma generated by the plasma generating means as a base material. A film forming apparatus having a multicusp magnetic field generating means for forming a multicusp magnetic field confined in a confined space around the substrate and a holding rotating means for holding the substrate and rotating around the center of the confined space as a central axis is disclosed. In this film forming apparatus, a base material is placed on a table that revolves and revolves, a bias voltage is applied from a power source through the table, and plasma is generated around the base material to form a film. The multicusp magnetic field generating means improves the confinement of the generated plasma.

特開2004−323883号公報JP 2004-323883 A 特開平6−340968号公報JP-A-6-340968 特開2007−308758号公報JP 2007-308758 A

しかしながら、上述した特許文献に開示された技術では以下の問題がある。
特許文献1に開示された物理的蒸着装置では、自公転テーブル上の基材にはすべて同一の電圧を加えて成膜が行なわれる。このため、1回の処理では自公転テーブル上の基材は、原則的に同一条件で被覆される。処理される全ての基材に対して同一の膜質が求められる場合であって、かつ、全てのテーブル軸に同じ量の基材が搭載される場合には、このような操業で全く問題がない。しかしながら、近年では、多品種の小ロット生産のニーズが高まる中で、同一条件で被覆処理する数量が減少して、成膜装置内に基材をフルに搭載して成膜処理する機会が減り、生産性の低下を引き起こしている。
However, the techniques disclosed in the above-described patent documents have the following problems.
In the physical vapor deposition apparatus disclosed in Patent Document 1, film formation is performed by applying the same voltage to all the substrates on the revolution table. For this reason, in one process, the base material on the self-revolving table is coated in principle under the same conditions. When the same film quality is required for all the substrates to be processed, and when the same amount of substrates is mounted on all table shafts, there is no problem in such operations. . However, in recent years, as the need for production of various types of small lots has increased, the number of coating treatments under the same conditions has decreased, and the opportunity for film formation processing with the substrate fully loaded in the film formation apparatus has decreased. , Causing a decline in productivity.

また、特許文献2に開示されたAIP装置では、AIP法の円筒状アーク蒸発源をチャンバ中心に置き、自公転テーブルに搭載した基材がこれを取り囲むように配置されている。基材には全て同一のマイナスの電圧を印加して成膜処理が行なわれる。アーク蒸発源にはアーク電源のマイナス極が接続されて円筒状アーク蒸発源の表面にアークスポットが生成して皮膜原材料が蒸発する。アーク蒸発源には対となって動作する陽極が必要であるが、自公転テーブルに搭載した基材が円筒状アーク蒸発源を取り囲んでいるので、有効に動作する陽極として、(1)円筒状アーク蒸発源の周辺に複数の棒状の陽極、または、(2)円筒状アーク蒸発源の両端部付近にリング状の陽極、を配置している。(1)の陽極は、円筒状アーク蒸発源から蒸発した蒸気を捕捉し基材に向かうのを妨げ、成膜速度の低下すなわち生産性の低下を引き起こす。また、捕捉した蒸気は陽極に堆積し、いずれは剥がれ落ち皮膜欠陥の原因となるので、陽極の清掃を頻繁に行なう必要を生じるため、生産性の低下を引き起こす。(2)の陽極は(1)の陽極のように蒸気を捕捉することはないが、円筒状アーク蒸発源の長さが長い場合に、アーク放電のスポットを円筒状アーク蒸発源の中央部付近への制御が容易でなく実用的とはいえない。このため、実際の装置は(1)の構成となり、生産性の低下を引き起こしている。   Further, in the AIP apparatus disclosed in Patent Document 2, a cylindrical arc evaporation source of the AIP method is placed at the center of the chamber, and a base material mounted on a self-revolving table is arranged so as to surround it. Film formation is performed by applying the same negative voltage to all the substrates. A negative pole of an arc power source is connected to the arc evaporation source, an arc spot is generated on the surface of the cylindrical arc evaporation source, and the film raw material is evaporated. An arc evaporation source requires a pair of anodes to operate. However, since the substrate mounted on the revolution table surrounds the cylindrical arc evaporation source, (1) a cylindrical shape as an effective anode A plurality of rod-like anodes are arranged around the arc evaporation source, or (2) ring-like anodes are arranged near both ends of the cylindrical arc evaporation source. The anode of (1) captures vapor evaporated from the cylindrical arc evaporation source and prevents it from traveling toward the substrate, thereby causing a decrease in film formation rate, that is, a decrease in productivity. Further, the trapped vapor is deposited on the anode and eventually peels off and causes a film defect. Therefore, it is necessary to frequently clean the anode, resulting in a decrease in productivity. The anode of (2) does not capture vapor like the anode of (1), but when the length of the cylindrical arc evaporation source is long, the arc discharge spot is near the center of the cylindrical arc evaporation source. It is not easy to control and is not practical. For this reason, the actual apparatus has the configuration (1), causing a reduction in productivity.

さらに、特許文献3に開示された成膜装置によりDLCなどの被膜をコーティングすると、コーティング膜は成膜対象の基材(基材ホルダも含む)以外のチャンバ内壁、プラズマ発生機構などに付着する。DLC膜は絶縁性の膜であるので、これによってプラズマの発生状態が変動し、長時間の安定的な操業が損なわれる。すなわち、この成膜装置では、チャンバに対して基材にバイアス電圧を印加してプラズマを発生している。皮膜は基材に成膜されると同時に、真空チャンバ内の各所にも堆積する。皮膜がDLCのような絶縁性の皮膜である場合は、成膜が進んで膜厚が大きくなれば、基材の表面に堆積した皮膜により基材表面の導電性は次第に失われる。ただ、成膜処理が終了すれば基材は導電性の表面を持つ新たなものと交換されるので、皮膜が堆積し続けて基材表面の導電性が完全に失われることはない。しかし、皮膜は成膜対象の基材以外の部分、たとえば真空チャンバ内壁にも付着する。真空チャンバの内壁は基材のように毎回交換されるものではないので、真空チャンバ側に堆積する絶縁皮膜は、成膜を何回も継続すればするほど厚く堆積する。そして、この堆積した皮膜の膜厚が増加するに連れて、チャンバ内壁の電気的な抵抗が増大し、内壁を一方の電極として発生するプラズマの生成が不安定になったり、操業条件が最適な条件からズレたりする可能性が生じる。このため、基材側に厚い皮膜を形成するための長時間の運転時に不安定な挙動が現れる。また1バッチの処理では影響が発生しない処理であっても操業を繰り返すにつれプラズマが不安定になる現象が発生するため、チャンバ内部の清掃等が頻繁に必要となっている。このため、生産性の低下を引き起こしている。   Further, when a film such as DLC is coated by the film forming apparatus disclosed in Patent Document 3, the coating film adheres to the inner wall of the chamber other than the film formation target substrate (including the substrate holder), the plasma generation mechanism, and the like. Since the DLC film is an insulating film, the plasma generation state fluctuates by this, and long-term stable operation is impaired. That is, in this film forming apparatus, plasma is generated by applying a bias voltage to the substrate with respect to the chamber. The film is deposited on the substrate and at the same time, it is deposited in various places in the vacuum chamber. When the film is an insulating film such as DLC, the conductivity of the substrate surface is gradually lost due to the film deposited on the surface of the substrate as the film formation progresses and the film thickness increases. However, since the base material is replaced with a new one having a conductive surface when the film forming process is completed, the film does not continue to be deposited and the conductivity of the base material surface is not completely lost. However, the coating also adheres to portions other than the substrate to be deposited, for example, the inner wall of the vacuum chamber. Since the inner wall of the vacuum chamber is not changed every time unlike the base material, the insulating film deposited on the vacuum chamber side is deposited thicker as the film formation is continued many times. As the film thickness of the deposited film increases, the electrical resistance of the chamber inner wall increases, the generation of plasma generated using the inner wall as one electrode becomes unstable, and the operating conditions are optimal. There is a possibility of deviation from the conditions. For this reason, an unstable behavior appears during long-time operation for forming a thick film on the substrate side. Further, even if the process is not affected by one batch of processing, a phenomenon that the plasma becomes unstable as the operation is repeated occurs, so that cleaning of the inside of the chamber or the like is frequently required. For this reason, productivity is reduced.

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、成膜条件が異なる場合であっても多数の基材に対して一度に且つ均一に成膜を行うことにより生産性を向上させることのできる真空成膜装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and improves productivity by performing film formation on a large number of substrates at once and uniformly even when the film formation conditions are different. It is an object of the present invention to provide a vacuum film forming apparatus capable of performing the above.

上記課題を解決するため、本発明の真空成膜装置は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の真空成膜装置は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気手段と、成膜対象である基材を自転する状態で保持する複数の自転保持部と、前記複数の自転保持部を前記自転保持部の回転軸と軸心平行な公転軸回りに公転させる公転機構とを備えていて、前記真空チャンバ内において前記自転保持部に保持された基材に皮膜を形成する。この真空成膜装置は、前記複数の自転保持部は複数の群に分けられ、群毎に異なる電位が供給されることを特徴とする。ここで異なる電位とは、印加する電圧が異なることや印加する電圧の波形(パルス化の有無、形状、周波数)が異なることを総称する。
In order to solve the above problems, the vacuum film forming apparatus of the present invention employs the following technical means.
That is, the vacuum film forming apparatus of the present invention includes a vacuum chamber, a vacuum exhaust means for evacuating the inside of the vacuum chamber, a plurality of rotation holding units that hold the substrate to be formed in a rotating state, A revolving mechanism for revolving a plurality of rotation holding portions around a rotation axis parallel to the rotation axis of the rotation holding portion, and coating the base material held by the rotation holding portion in the vacuum chamber Form. In this vacuum film forming apparatus, the plurality of rotation holding units are divided into a plurality of groups, and different potentials are supplied to the respective groups. Here, different potentials are a generic term for different applied voltages and different applied voltage waveforms (whether or not pulsed, shape, frequency).

一つ目の本発明の側面では、好ましくは前記群毎にバイアス電源から異なる電位を供給されると良い。好ましくは、基板処理のためのプラズマ照射や、AIP蒸発源、スパッタ蒸発源やその他の蒸発源からの皮膜の蒸気を基材に供給可能であることが好ましい。
二つ目の本発明の側面では、好ましくは、前記真空成膜装置は、蒸発源をさらに備え、前記蒸発源が陰極になるように前記蒸発源へ電力を供給する蒸発源用電源と、前記基材へバイアス電圧を供給するバイアス電源とを備え、前記複数の自転保持部は、少なくとも2つの群に分けられ、前記各群は、蒸発源用電源の正極に接続される状態と、バイアス電源に接続される状態を、時間的に交互に繰り返えすと共に、少なくとも一つの群は前記蒸発源の陽極として作動する状態を維持するようにすると良い。一例としては、前記複数の自転保持部は、第1の群および第2の群に分けられ、前記複数の自転保持部は、前記第1の群へ前記蒸発源用電源の正極から電力が供給されるとともに前記第2の群へ前記バイアス電源から負のバイアス電圧が供給される第1の状態と、前記第1の群へ前記バイアス電源からバイアス電圧が供給されるとともに前記第2の群へ前記蒸発源用電源の正極から電力が供給される第2の状態とを、時間的に交互に繰り返されて、電力が供給されると良い。
In the first aspect of the present invention, a different potential is preferably supplied from a bias power source for each group. Preferably, it is preferable to be able to supply the substrate with plasma irradiation for substrate processing, or vapor of a film from an AIP evaporation source, a sputter evaporation source, or another evaporation source.
In the second aspect of the present invention, it is preferable that the vacuum film forming apparatus further includes an evaporation source, and the evaporation source power supply supplies power to the evaporation source so that the evaporation source becomes a cathode. A bias power source for supplying a bias voltage to the substrate, wherein the plurality of rotation holding units are divided into at least two groups, each group being connected to the positive electrode of the evaporation source power source, and a bias power source It is preferable to repeat the state of being connected to each other in time and to maintain at least one group operating as the anode of the evaporation source. As an example, the plurality of rotation holding units are divided into a first group and a second group, and the plurality of rotation holding units supply power from the positive electrode of the evaporation source power source to the first group. And a first state in which a negative bias voltage is supplied from the bias power source to the second group, and a bias voltage is supplied from the bias power source to the first group and to the second group. It is preferable that the second state in which power is supplied from the positive electrode of the evaporation source power supply be alternately and temporally repeated to supply power.

好ましくは、成膜プロセス中に基材に100nmの皮膜を形成するために必要な時間をt(sec)とするときに、前記第1の状態と前記第2の状態との切替周期T(sec)は、t>T>1msecを満足すると良い。
好ましくは、前記蒸発源用電源の正極に接続された群が一つだけの場合に、群の接続を切り替える前に、別の群を蒸発源用電源の正極に接続し、双方へ蒸発源用電源の正極から電力が供給される状態を備えると良い。
Preferably, when the time required to form a 100 nm film on the substrate during the film forming process is t (sec), the switching period T (sec) between the first state and the second state. ) Preferably satisfies t>T> 1 msec.
Preferably, when there is only one group connected to the positive electrode of the evaporation source power source, before switching the group connection, another group is connected to the positive electrode of the evaporation source power source, It is preferable to provide a state in which power is supplied from the positive electrode of the power source.

好ましくは、前記バイアス電圧を時間的に変化させると良い。
三つ目の本発明の側面では、自転保持部に印加した電圧により前記真空チャンバ内に供給したガスにプラズマを発生させるものであって、自転保持部の各群は、負の電位となりグロー放電プラズマ生成に主体的な役割を果たす作用極として動作する状態と、その対極として動作する状態を、時間的に交互に繰り返すものであると良い。特に、前記真空チャンバ内に供給された原料ガスにプラズマを発生させるプラズマ発生電源を具備し、前記複数の自転保持部は、前記プラズマ発生電源の一方極に接続された第1の群と、前記プラズマ発生電源の他方極に接続される第2の群とのいずれかに分けられると良い。
好ましくは、前記公転機構は、前記公転軸回りに公転可能とされた公転テーブルを有しており、前記複数の自転保持部の各々は、前記公転テーブルの公転軸から等しい半径で且つ公転軸回りに等間隔となるように配備されていると良い。
Preferably, the bias voltage is changed with time.
According to a third aspect of the present invention, plasma is generated in the gas supplied into the vacuum chamber by a voltage applied to the rotation holding unit, and each group of the rotation holding unit has a negative potential and glow discharge. It is preferable that the state that operates as the working electrode that plays a main role in plasma generation and the state that operates as the counter electrode are alternately repeated in time. In particular, it comprises a plasma generation power source for generating plasma in the source gas supplied into the vacuum chamber, and the plurality of rotation holding parts are connected to one electrode of the plasma generation power source, It may be divided into any one of the second group connected to the other electrode of the plasma generating power source.
Preferably, the revolution mechanism includes a revolution table that is capable of revolution about the revolution axis, and each of the plurality of rotation holding portions has an equal radius from the revolution axis of the revolution table and around the revolution axis. It is good to be deployed so that they are equally spaced.

好ましくは、前記第1の群に属する自転保持部と第2の群に属する自転保持部とは、互いに同数とされており、前記公転軸回りに1つずつ交番に並んで配備されていると良い。
好ましくは、前記第1の群に属する自転保持部と第2の群に属する自転保持部とは、互いに同数とされており、前記公転軸回りに2つずつ交番に並んで配備されていると良い。
Preferably, the rotation holding portions belonging to the first group and the rotation holding portions belonging to the second group are the same number, and are arranged in an alternating manner around the revolution axis one by one. good.
Preferably, the number of rotation holding parts belonging to the first group and the number of rotation holding parts belonging to the second group are the same, and two are arranged in an alternating manner around the revolution axis. good.

本発明の真空成膜装置を用いることで、多数の基材に対して一度に且つ均一に成膜を行うことにより生産性を向上させることができる。   By using the vacuum film formation apparatus of the present invention, productivity can be improved by performing film formation on a large number of substrates at once and uniformly.

本発明の第1実施形態に係る真空成膜装置(アーク蒸発源を搭載したAIP装置)の斜視図である。It is a perspective view of the vacuum film-forming apparatus (AIP apparatus carrying an arc evaporation source) concerning a 1st embodiment of the present invention. 自転保持部への基材の設置例を示した図である。It is the figure which showed the example of installation of the base material to a rotation holding | maintenance part. 図1の真空成膜装置における回転駆動部近傍の断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of the rotation drive part vicinity in the vacuum film-forming apparatus of FIG. 図1の真空成膜装置の電源接続例を示す図である。It is a figure which shows the example of a power supply connection of the vacuum film-forming apparatus of FIG. 本発明の第2実施形態に係る真空成膜装置(円筒状アーク蒸発源を搭載したAIP装置)の電源接続例を示す図である。It is a figure which shows the power connection example of the vacuum film-forming apparatus (AIP apparatus carrying a cylindrical arc evaporation source) which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図5の真空成膜装置における電源接続のタイミングチャートである。6 is a timing chart of power connection in the vacuum film forming apparatus of FIG. 5. 本発明の第3実施形態に係る真空成膜装置(プラズマCVD装置)の斜視図である。It is a perspective view of the vacuum film-forming apparatus (plasma CVD apparatus) which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 図7の真空成膜装置の電源接続例を示す図である。It is a figure which shows the example of a power supply connection of the vacuum film-forming apparatus of FIG.

以下、本発明に係る真空成膜装置の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。なお、以下の説明では、異なる実施形態であっても同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
<第1実施形態>
[全体構成]
図1は、本発明の真空成膜装置の一例であるAIP装置(アークイオンプレーティング装置)101の全体構成を示している。
Hereinafter, embodiments of a vacuum film forming apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals even in different embodiments. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
<First Embodiment>
[overall structure]
FIG. 1 shows an overall configuration of an AIP apparatus (arc ion plating apparatus) 101 which is an example of a vacuum film forming apparatus of the present invention.

このAIP装置101は、真空チャンバ2と、真空チャンバ2内を真空排気する真空排気手段3と、成膜対象である基材Wを自転する状態で保持する複数の自転保持部4と、を有している。これら複数の自転保持部4は公転テーブル5に配備されており、このAIP装置101には複数の自転保持部4が設けられた公転テーブル5を自転保持部4の回転軸(自転軸P)と軸心平行な公転軸Q回りに公転させる公転機構8が設けられている。   The AIP apparatus 101 includes a vacuum chamber 2, vacuum evacuation means 3 for evacuating the inside of the vacuum chamber 2, and a plurality of rotation holding units 4 for holding the substrate W that is a film formation target in a rotating state. doing. The plurality of rotation holding units 4 are arranged on a revolution table 5, and the revolution table 5 provided with a plurality of rotation holding units 4 in this AIP device 101 is connected to the rotation axis (spinning axis P) of the rotation holding unit 4. A revolution mechanism 8 that revolves around a revolution axis Q parallel to the axis is provided.

なお、本発明において「基材Wが自転する」とは、基材Wを貫通する軸P回りに基材Wが回転する(スピンする)ことをいう。また、「基材Wが公転する」とは、基材Wが自分自身から離れた軸Q回りに回転すること、言い換えれば基材Wが軸Qの周りを周回することをいう。
また、上述したAIP装置101は、真空チャンバ2内に後述する蒸発源6(ここではアーク蒸発源)と、自転保持部4に異なる電位のバイアス電圧を供給する電源ユニット10Aとを備えていて、自転保持部4に保持された基材WにAIP法を用いて皮膜を形成する構成となっている。
In the present invention, “the substrate W rotates” means that the substrate W rotates (spins) around an axis P that penetrates the substrate W. Further, “the substrate W revolves” means that the substrate W rotates around the axis Q away from itself, in other words, the substrate W rotates around the axis Q.
The AIP device 101 described above includes an evaporation source 6 (here, an arc evaporation source), which will be described later, in the vacuum chamber 2, and a power supply unit 10A that supplies bias voltages having different potentials to the rotation holding unit 4. A film is formed on the base material W held by the rotation holding unit 4 using the AIP method.

上述したAIP装置101の構成をさらに詳しく説明する。
真空チャンバ2は、その内部が外部に対して気密可能とされた筺体である。真空チャンバ2の側方にはこの真空チャンバ2内にある気体を外部に排気してチャンバ内を低圧状態(真空状態)にする真空ポンプ3(真空排気手段)が設けられていて、この真空ポンプ3により真空チャンバ2内は真空状態まで減圧可能である。そして、この真空チャンバ2の内部には、複数の基材Wが後述する自転保持部4にそれぞれ保持された状態で収容されている。
The configuration of the AIP device 101 described above will be described in more detail.
The vacuum chamber 2 is a housing whose inside can be hermetically sealed with respect to the outside. A vacuum pump 3 (vacuum exhausting means) for exhausting the gas in the vacuum chamber 2 to the outside and bringing the inside of the chamber into a low pressure state (vacuum state) is provided on the side of the vacuum chamber 2. 3, the inside of the vacuum chamber 2 can be depressurized to a vacuum state. A plurality of base materials W are accommodated in the vacuum chamber 2 in a state where they are respectively held by a rotation holding portion 4 described later.

第1実施形態のAIP装置101で成膜される基材Wは、均一な成膜を可能とするため上下に長尺な円柱状空間内に配備するとよい。
たとえば、基材Wが図2(a)に示すようなピストンリングである場合は、図2(a)のように、積重ねて略円筒状になるように設置するのが良い。好ましくは、積み重ねても周方向の一部が欠落して完全な円筒にならない部分を、必要に応じてカバー11で開口部分に蓋をすることにより、均一な成膜が可能となる。
The base material W formed by the AIP apparatus 101 of the first embodiment may be disposed in a vertically long cylindrical space in order to enable uniform film formation.
For example, when the base material W is a piston ring as shown in FIG. 2 (a), the base material W is preferably installed so as to be stacked in a substantially cylindrical shape as shown in FIG. 2 (a). Preferably, even if stacked, a part that does not become a complete cylinder due to lack of a part in the circumferential direction is covered with the cover 11 as necessary, so that uniform film formation is possible.

また、成膜しようとする基材Wが図2(b)に示すような小型部材(たとえば小さなピストンピン)の場合は、円板12が上下方向に多段に積み重ねられた設置ジグ13を用意し、それぞれの円板12に基材Wを配備するとよい。そして、この設置ジグ13を、円柱状空間内に収まるようにすればよい。図2(b)に示すような基材搭載形態は、基材Wがドリルやエンドミルのような軸物の工具にも適用可能である。さらに好ましくは、1本1本の基材が搭載状態で各個別に回転するようにジグを構成することも可能である。   When the base material W to be formed is a small member (for example, a small piston pin) as shown in FIG. 2B, an installation jig 13 in which the disks 12 are stacked in multiple stages in the vertical direction is prepared. The base material W may be provided on each disk 12. And this installation jig | tool 13 should just be settled in cylindrical space. The substrate mounting form as shown in FIG. 2B is also applicable to a shaft tool such as a drill or an end mill. More preferably, the jig can be configured such that each base member rotates individually in a mounted state.

さらに、基材Wが前記以外の形状物である場合であっても、適宜固定用のジグを製作し、ジグと基材が円柱状空間内に収まるようにすればよい。
自転保持部4は、たとえばその上面が水平となっている円形の載置台である。自転保持部4は、上下方向を向く回転軸回りに回転自在となっており、上面乃至は上方に配備された基材Wを回転軸回りに自転させつつ保持できるようになっている。自転保持部4へは給電可能な状態となっており、供給された電圧は基材Wにも印加される。
Furthermore, even when the base material W is a shape other than the above, a fixing jig may be appropriately manufactured so that the jig and the base material can be accommodated in the cylindrical space.
The rotation holding unit 4 is, for example, a circular mounting table whose upper surface is horizontal. The rotation holding portion 4 is rotatable about a rotation axis that faces in the vertical direction, and can hold the base material W disposed on the upper surface or above while rotating about the rotation axis. The rotation holding unit 4 can be supplied with power, and the supplied voltage is also applied to the substrate W.

図1に示すAIP装置101の場合、自転保持部4は全部で4つ配備されている。これら4つの自転保持部4は、平面視で一つの円の上に並ぶように公転テーブル5の上面に起立状態で配備されている。
公転テーブル5の中心軸(公転軸Q)は上下方向を向き、この軸回りに公転テーブル5は回転する。公転テーブル5の上面には上述したように複数(4つ)の自転保持部4が、公転テーブル5の公転軸Qから等しい距離(半径)となるように且つ公転軸Q回り(周方向)に等間隔を開けて配備されている。この公転テーブル5の下側には、公転テーブル5を公転軸Q回りに回転させる公転機構8が設けられている。
In the case of the AIP device 101 shown in FIG. 1, four rotation holding units 4 are provided in total. These four rotation holding portions 4 are arranged in an upright state on the upper surface of the revolution table 5 so as to be arranged on one circle in a plan view.
The center axis (revolution axis Q) of the revolution table 5 faces in the vertical direction, and the revolution table 5 rotates around this axis. As described above, a plurality (four) of rotation holding portions 4 are provided on the upper surface of the revolution table 5 so as to have an equal distance (radius) from the revolution axis Q of the revolution table 5 and around the revolution axis Q (circumferential direction). It is deployed at regular intervals. A revolution mechanism 8 that rotates the revolution table 5 about the revolution axis Q is provided below the revolution table 5.

公転機構8は、公転テーブル5の下面から公転軸Qに沿って下方に向かって伸びる軸部14と、この軸部14を駆動回転させる回転駆動部15とを有している。このように公転機構8を用いて公転軸Q回りに公転テーブル5を回転させれば、基材Wが保持された自転保持部4が公転軸Q回りに公転する。それと同時に、自転保持部4がその軸心回りに回転する構成とされている故、自転保持部4に保持された基材Wが自転するようになる。   The revolution mechanism 8 has a shaft portion 14 that extends downward along the revolution axis Q from the lower surface of the revolution table 5, and a rotation drive portion 15 that drives and rotates the shaft portion 14. When the revolution table 5 is rotated around the revolution axis Q using the revolution mechanism 8 in this way, the rotation holding portion 4 holding the base material W revolves around the revolution axis Q. At the same time, since the rotation holding unit 4 is configured to rotate around its axis, the base material W held by the rotation holding unit 4 rotates.

係る機構により、基材Wを真空チャンバ2内で各自転保持部4を自転させつつ全体を公転させながら(自公転させながら)成膜させることが可能となる。
なお、隣り合う基材は、回転位相を考慮したり隣接する基材のサイズの調整などで、自公転時に相互に機械干渉しないように適切に設置する。
ところで、本発明のAIP装置101においては、複数の自転保持部4のそれぞれへ異なる電位のバイアス電圧が供給される。このため、自転保持部4毎にバイアス電圧を変更することにより成膜条件を変更することができる。
With such a mechanism, it is possible to form a film on the base material W while revolving the whole rotation holding part 4 in the vacuum chamber 2 (while revolving).
Adjacent substrates are properly installed so as not to interfere with each other during self-revolution by taking into account the rotational phase or adjusting the size of adjacent substrates.
By the way, in the AIP device 101 of the present invention, bias voltages having different potentials are supplied to the plurality of rotation holding units 4. For this reason, the film forming conditions can be changed by changing the bias voltage for each rotation holding unit 4.

詳しくは、公転テーブル5に自転保持部4が全部で4つ配備されている状態においては、図1の「A」、「B」、「C」、「D」で示される各自転保持部4は、異なる電位のバイアス電圧を供給する電源ユニット10Aの一方の電極に接続されている。
なお、各自転保持部4へ異なる電位のバイアス電圧を供給するためには、自転軸Pにそれぞれブラシ機構を設け、このブラシ機構を通じてそれぞれの電圧を印加するとよい。自転軸Pはベアリング機構を介して回転時自在に保持されているが、このベアリング機構を通じて電圧を印加するようにしてもよい。
Specifically, in a state where a total of four rotation holding portions 4 are provided on the revolution table 5, each rotation holding portion 4 indicated by “A”, “B”, “C”, “D” in FIG. Are connected to one electrode of the power supply unit 10A for supplying bias voltages of different potentials.
In order to supply bias voltages having different potentials to the rotation holding units 4, it is preferable to provide brush mechanisms on the rotation axis P and apply the voltages through the brush mechanisms. The rotating shaft P is freely held during rotation through a bearing mechanism, but a voltage may be applied through this bearing mechanism.

以下、この回転機構および給電機構について説明する。
[回転機構および給電機構]
図3は、AIP装置101の回転駆動部15近傍の断面の模式図である。図3に示すように、このAIP装置101は、各自転保持部4に異なる電位を与えることが可能な構成となっている。「個別に異なる電位」というのは、自転保持部4毎に異なる電位を与えること、必要に応じて、自転保持部4をいくつかの群(たとえば2群、3群)に分けて、群別に電位を与えることを含む。上述したように、図1の「A」、「B」、「C」、「D」で示される自転保持部4を、異なる4つの電位のバイアス電圧を供給する電源ユニットに接続すると、自転保持部4毎に異なる電位を与えることになる。図1の「A」、「B」、「C」、「D」で示される自転保持部4を、「A」と「C」とで1つの第1群として、「B」と「D」とで1つの第2群として、第1群と第2群とで異なる電位のバイアス電圧を供給する電源ユニット10Aの一方の電極に接続すると、自転保持部4を2つの群に分けて、群別に電位を与えることになる。なお、公転テーブル5上の自転保持部4の数は、後述するように、6本や8本であっても構わないし、自転保持部4を3つ以上の群に分けても構わないし、4つの自転保持部4毎に異なるバイアス電位を印加するようにしても構わない。
Hereinafter, the rotation mechanism and the power feeding mechanism will be described.
[Rotating mechanism and feeding mechanism]
FIG. 3 is a schematic diagram of a cross section in the vicinity of the rotation drive unit 15 of the AIP device 101. As shown in FIG. 3, the AIP device 101 is configured to be able to apply different potentials to the rotation holding units 4. “Individually different potentials” means that different potentials are applied to each rotation holding unit 4 and, if necessary, the rotation holding units 4 are divided into several groups (for example, two groups and three groups). Including applying a potential. As described above, when the rotation holding unit 4 indicated by “A”, “B”, “C”, and “D” in FIG. 1 is connected to a power supply unit that supplies bias voltages of four different potentials, rotation holding is performed. A different potential is applied to each part 4. The rotation holding parts 4 indicated by “A”, “B”, “C”, and “D” in FIG. 1 are grouped as “B” and “D” as a first group of “A” and “C”. Are connected to one electrode of the power supply unit 10A that supplies bias voltages having different potentials in the first group and the second group as one second group, and the rotation holding unit 4 is divided into two groups. A potential is applied separately. As will be described later, the number of the rotation holding units 4 on the revolution table 5 may be 6 or 8, and the rotation holding units 4 may be divided into three or more groups. A different bias potential may be applied to each rotation holding unit 4.

バイアス電源から供給される電位は、負の直流電圧であることが多いが、時間的に値を変化させたり、交流であったり、間欠的に正の電圧を含むパルス状の波形であったりしても良い。
このAIP装置101の公転テーブル5は、真空チャンバ2の底面側に取り付けられ、公転ベアリング155と回転軸シール156を介して真空チャンバ2に対して公転可能に、また、公転時であっても真空チャンバ2内の真空を保持可能に、取り付けられ、ドライブギヤ153(またはプーリー)などの機構により、Q軸を回転軸として公転する。なお、公転テーブル5は、軸部152(14)と一体的に形成されている。
The potential supplied from the bias power supply is often a negative DC voltage, but the value may change over time, may be an alternating current, or may be a pulsed waveform that includes a positive voltage intermittently. May be.
The revolving table 5 of the AIP device 101 is attached to the bottom surface side of the vacuum chamber 2 and can revolve with respect to the vacuum chamber 2 via a revolving bearing 155 and a rotating shaft seal 156. The chamber 2 is attached so as to be able to hold the vacuum, and revolves around the Q axis as a rotation axis by a mechanism such as a drive gear 153 (or pulley). The revolution table 5 is formed integrally with the shaft portion 152 (14).

公転テーブル5には、複数(ここでは4つ)の自転保持部4をP軸を回転軸として自転可能に支持する自転軸164が自転自転ベアリング161を介して取り付けられ、自転軸164に取り付けられたギア160が、固定ギア154とかみ合い、公転テーブル5の公転により自転軸164が公転すると、固定ギア154とギア160とのかみ合いによって、自転軸164が自転する。自転軸164の自転により、自転保持部4がP軸を回転軸として自転する。なお、固定ギア154は図3では、自転軸164の内側(Q軸側)に設置したが、外側に設置しても構わない。   A rotation shaft 164 that supports a plurality of (four in this case) rotation holding portions 4 so as to be able to rotate about the P axis as a rotation axis is attached to the revolution table 5 via a rotation rotation bearing 161 and is attached to the rotation shaft 164. When the gear 160 meshes with the fixed gear 154 and the rotation shaft 164 revolves due to the revolution of the revolving table 5, the rotation shaft 164 rotates due to the engagement between the fixed gear 154 and the gear 160. Due to the rotation of the rotation shaft 164, the rotation holding portion 4 rotates with the P-axis as the rotation axis. In FIG. 3, the fixed gear 154 is installed on the inner side (Q axis side) of the rotation shaft 164, but may be installed on the outer side.

加えて、自転軸164の上部には、絶縁物163を介して、基材Wを直接搭載するための自転テーブル162(図では円板状)が設けられている。自転テーブル162にはブラシ158を介してバイアス電圧が供給可能に構成されている。なお、公転テーブル5とブラシ158とは絶縁部材159により絶縁されている。自転テーブル162は、公転テーブル5を介した電気的接続はなく、各自転テーブル162毎に異なる電位のバイアス電圧を印加することが可能である。   In addition, a rotation table 162 (disk shape in the figure) for directly mounting the substrate W is provided on the rotation shaft 164 via an insulator 163. The rotation table 162 is configured to be able to supply a bias voltage via a brush 158. The revolution table 5 and the brush 158 are insulated by an insulating member 159. The rotation table 162 is not electrically connected via the revolution table 5, and a bias voltage having a different potential can be applied to each rotation table 162.

公転テーブル5の中央部には、電圧フィードスルー157があり、公転テーブル5の下方から供給されたバイアス電圧が、真空を維持し、かつ、電気的絶縁も維持して、公転テーブル5の上方に供給される。供給されたバイアス電圧は、配線によってブラシ158に接続され、ブラシ158から自転テーブル162へ、自転テーブル162から基材Wへの経路でバイアス電圧が基材Wへ印加される。   There is a voltage feedthrough 157 at the center of the revolving table 5, and the bias voltage supplied from below the revolving table 5 maintains a vacuum and also maintains electrical insulation, and above the revolving table 5. Supplied. The supplied bias voltage is connected to the brush 158 by wiring, and the bias voltage is applied to the substrate W through a path from the brush 158 to the rotation table 162 and from the rotation table 162 to the substrate W.

各自転テーブル162へバイアス電圧を与えるブラシ158は、公転テーブル5上に設けられた自転保持部4の数だけ存在する。上述したように、各自転保持部4毎に、または、いくつかの群に分けてバイアス電圧を供給する。したがって、電圧フィードスルー157には、自転軸の数だけ、または群の数だけ電極が設けられる。電圧フィードスルー157には、電源ユニット10Aからスリップリング151を介して回転可能な状態でバイアス電圧が加えられる。   There are as many brushes 158 that apply a bias voltage to the rotation tables 162 as the rotation holding units 4 provided on the revolution table 5. As described above, the bias voltage is supplied for each rotation holding unit 4 or divided into several groups. Therefore, the voltage feedthrough 157 is provided with electrodes corresponding to the number of rotation axes or the number of groups. A bias voltage is applied to the voltage feedthrough 157 in a rotatable state from the power supply unit 10 </ b> A via the slip ring 151.

なお、電源ユニット10Aの構成は様々な態様がある。本実施の形態においては、自転保持部4の数または群の数に相当するバイアス電源を設けて、各バイアス電源のそれぞれの一方の極が自転保持部4のそれぞれに接続される。たとえば、図4に示すように、電源ユニット10Bは、公転テーブル5に搭載された自転保持部4の数(4つ)に等しいバイアス電源10B1〜10B4を備える。バイアス電源10B1〜10B4の一方極を、4極のスリップリング151の固定側ブラシホルダー(A)〜(D)にそれぞれ接続する。   The configuration of the power supply unit 10A has various aspects. In the present embodiment, bias power sources corresponding to the number of rotation holding units 4 or the number of groups are provided, and one pole of each bias power source is connected to each of the rotation holding units 4. For example, as illustrated in FIG. 4, the power supply unit 10 </ b> B includes bias power supplies 10 </ b> B <b> 1 to 10 </ b> B <b> 4 equal to the number (four) of the rotation holding units 4 mounted on the revolution table 5. One poles of the bias power supplies 10B1 to 10B4 are connected to fixed side brush holders (A) to (D) of a four-pole slip ring 151, respectively.

これにより、バイアス電源10B1のバイアス電圧が図1および図4の「A」を付記した自転保持部4に搭載された基材Wに、バイアス電源10B2のバイアス電圧が「B」を付記した自転保持部4に搭載された基材Wに、バイアス電源10B1のバイアス電圧が「C」を付記した自転保持部4に搭載された基材Wに、バイアス電源10B1のバイアス電圧が「D」を付記した自転保持部4に搭載された基材Wに、それぞれ印加される。ここで、電源ユニット10Bは、公転テーブル5に搭載された自転保持部4の数または自転保持部4を2以上の群に分けた場合には群の数に等しいバイアス電源を備えるものに限定されない。1台のバイアス電源であっても複数の電位の電力を自転保持部4の基材Wに供給できれば、1台でも構わない。   As a result, the bias voltage of the bias power source 10B1 is held on the base material W mounted on the rotation holding unit 4 marked with "A" in FIGS. 1 and 4, and the rotation voltage holding of the bias power source 10B2 is marked with "B". The bias voltage of the bias power source 10B1 is added to the base material W mounted on the rotation holding unit 4 in which the bias voltage of the bias power source 10B1 is appended with "C" to the base material W mounted on the unit 4. Each is applied to the base material W mounted on the rotation holding unit 4. Here, the power supply unit 10 </ b> B is not limited to the one having the bias power supply equal to the number of groups when the number of the rotation holding units 4 mounted on the revolution table 5 or the rotation holding units 4 are divided into two or more groups. . Even if one bias power source is used, one power source may be used as long as electric power having a plurality of potentials can be supplied to the base material W of the rotation holding unit 4.

なお、図4には、皮膜供給源としてのアーク蒸発源6を記載している。さらに、ヒータによる加熱や、プロセスガス導入を可能とする構成も好ましい。また、皮膜供給源としては、アーク蒸発源6に替えてスパッタ蒸発源やるつぼ型蒸発源を使用しても良い。また、自転公転の機構は、回転軸が鉛直方向に向いているとしたが、回転軸の方向に限定はなく、例えば回転軸が水平方向であっても良い。   FIG. 4 shows an arc evaporation source 6 as a film supply source. Furthermore, the structure which enables the heating by a heater and process gas introduction is also preferable. Further, as the film supply source, a sputtering evaporation source or a crucible evaporation source may be used instead of the arc evaporation source 6. In the rotation and revolution mechanism, the rotation axis is oriented in the vertical direction, but the direction of the rotation axis is not limited. For example, the rotation axis may be in the horizontal direction.

[成膜処理]
このAIP装置101では、各自転保持部4に対して、個別に異なる電位のバイアス電圧を与えることできる。このため、成膜プロセスにおいて、自転保持部4によって異なるバイアス電位を印加して処理を行なうことができる。成膜プロセスにおいて、異なったバイアス電圧を印加可能であるので、バイアス電圧が異なる自転保持部4毎で異なる膜質を形成することができる。たとえば、AIP法によるTiN、TiAlNなどの硬質皮膜形成において、自転保持部4単位で、高い負のバイアス電圧(一例として、−150V〜−300V)と低い負のバイアス電圧(一例として、−10V〜−100V)とに分けて印加することによって、異なる応力レベルを有する皮膜を、1回の処理で、形成することが可能になる。
[Film formation]
In the AIP device 101, bias voltages having different potentials can be individually applied to the rotation holding units 4. For this reason, in the film forming process, the processing can be performed by applying different bias potentials by the rotation holding unit 4. Since different bias voltages can be applied in the film forming process, different film qualities can be formed for each rotation holding unit 4 having a different bias voltage. For example, in the formation of hard coatings such as TiN and TiAlN by the AIP method, a high negative bias voltage (as an example, −150 V to −300 V) and a low negative bias voltage (as an example, −10 V to −100V), it is possible to form a film having different stress levels in a single process.

また、成膜プロセスにおいて、異なったバイアス電圧を印加可能であるので、自転保持部4毎で異なる入熱条件を得ることができる。たとえば、AIP法によるTiN、TiAlNなどの硬質皮膜形成において、自転保持部4単位で、相対的に熱容量の大きな基材Wを搭載した自転保持部4には高い負のバイアス電圧、相対的に熱容量の小さい基材Wを搭載した自転保持部4には低い負のバイアス電圧を印加することによって、熱容量の異なる基材Wを混在して搭載するにも関わらず、均一な温度の処理が、同一の1回の処理で、可能になる。   Further, since different bias voltages can be applied in the film forming process, different heat input conditions can be obtained for each rotation holding unit 4. For example, in the formation of a hard film such as TiN or TiAlN by the AIP method, the rotation holding unit 4 on which the base material W having a relatively large heat capacity is mounted has a high negative bias voltage and a relatively high heat capacity. Even if the base material W having different heat capacities is mixedly mounted by applying a low negative bias voltage to the rotation holding unit 4 on which the base material W having a small size is mounted, the process of uniform temperature is the same. This is possible with one process.

さらに、成膜に先立って行なうイオンボンバード処理(アーク蒸発源から金属イオンを照射しながら負の高電圧を加えて表面を清浄化する処理)において、自転保持部4毎で異なるバイアス電圧を印加可能であるので、バイアス電圧が異なる自転保持部4毎で異なるボンバード時の入熱条件を得ることができる。たとえば、AIP法によるTiN、TiAlNなどの硬質皮膜形成において、温度の上昇しにくい基材Wを搭載した自転保持部4へは高い負のバイアス電圧を印加し、温度上昇により基材の軟化が発生し易い小径のハイスドリルを搭載した自転保持部4には低い負のバイアス電圧を印加することによって、過熱しやすい基材の過熱を防ぎつつ、径の太い工具には十分なボンバード効果がある処理が、同一の1回の処理で、可能になる。   Furthermore, a different bias voltage can be applied to each rotation holding unit 4 in the ion bombarding process (a process of cleaning the surface by applying a negative high voltage while irradiating metal ions from an arc evaporation source) prior to film formation. Therefore, it is possible to obtain a heat input condition at the time of bombardment different for each rotation holding unit 4 having a different bias voltage. For example, when forming a hard film such as TiN or TiAlN by the AIP method, a high negative bias voltage is applied to the rotation holding unit 4 on which the base material W that does not easily rise in temperature is applied, and the base material softens due to the temperature rise. By applying a low negative bias voltage to the rotation holding unit 4 equipped with a small-diameter high-speed drill that is easy to perform, it is possible to prevent overheating of the base material that is likely to be overheated, and for a tool with a large diameter to have a sufficient bombard effect. This is possible with the same single process.

以上のように、いずれの場合であっても、従来技術の装置では、処理を複数回に分けて行なう必要があったが、本実施形態に係るAIP装置101では、同一の1回の処理で、可能になる。
[真空成膜方法]
以上のような構成を備えたAIP装置101を用いた、成膜処理を含む全体のプロセスは、以下のようになる。なお、上述したようにこのAIP装置101は、皮膜供給源としてのアーク蒸発源6を備える。
As described above, in any case, in the apparatus of the prior art, the process needs to be performed in a plurality of times. However, in the AIP apparatus 101 according to the present embodiment, the same process is performed once. It becomes possible.
[Vacuum deposition method]
The overall process including the film forming process using the AIP apparatus 101 having the above configuration is as follows. As described above, the AIP apparatus 101 includes the arc evaporation source 6 as a film supply source.

(1)基材Wセット〜真空排気
まず、図1および図4に示す如く、真空チャンバ2内に配置した公転テーブル5上に自転保持部4が公転軸Qを中心として90°ごとに4軸配備されたAIP装置101を用いて、AIP法により皮膜を実際に成膜する場合を考える。
まず、基材Wを自転保持部4に設置する。基材Wは自転保持部4の上に載置して固定してもよいし、設置ジグ13を用いて基材Wを自転保持部4の上に載置してもよい。
(1) Substrate W set to vacuum evacuation First, as shown in FIGS. 1 and 4, the rotation holding portion 4 is arranged on the revolution table 5 arranged in the vacuum chamber 2 in four directions every 90 ° about the revolution axis Q. Consider a case where a film is actually formed by the AIP method using the deployed AIP apparatus 101.
First, the base material W is installed in the rotation holding unit 4. The substrate W may be placed and fixed on the rotation holding unit 4, or the substrate W may be placed on the rotation holding unit 4 using the installation jig 13.

このようにして基材Wが用意されたら、真空ポンプ3(真空排気手段3)を用いて真空チャンバ2内を高真空状態まで排気する。
(2)加熱(オプショナルな工程)
必要に応じて、真空チャンバ2内の輻射加熱機構(ヒータ)により、基材Wの予備加熱を行なう。このとき、軸Qを回転軸として公転させるとともに、軸Pを回転軸として自転させる。
When the substrate W is thus prepared, the inside of the vacuum chamber 2 is evacuated to a high vacuum state using the vacuum pump 3 (evacuation means 3).
(2) Heating (optional process)
The substrate W is preheated by a radiation heating mechanism (heater) in the vacuum chamber 2 as necessary. At this time, the axis Q is revolved as a rotation axis, and the axis P is rotated as a rotation axis.

(3)イオンボンバード処理
このAIP装置101が搭載している皮膜供給源がアーク蒸発源6であるので、アーク蒸発源6でアーク放電を発生させ、基材Wに数百V〜1500Vの負のバイアス電圧を加えて表面清浄化の処理を行なう。このとき、軸Qを回転軸として公転させるとともに、軸Pを回転軸として自転させる。
(3) Ion bombardment treatment Since the film supply source on which the AIP device 101 is mounted is the arc evaporation source 6, an arc discharge is generated by the arc evaporation source 6, and the substrate W is negatively charged with several hundreds V to 1500V. The surface is cleaned by applying a bias voltage. At this time, the axis Q is revolved as a rotation axis, and the axis P is rotated as a rotation axis.

このイオンボンバード処理において、このAIP装置101では、自転保持部4毎に異なる電位のバイアス電圧を印加可能であり、清浄化の程度や温度上昇の程度を自転保持部4毎に調整可能である。このため、イオンボンバード処理について異なる処理条件が要求される基材Wを混載した場合にも、それぞれに適した条件でこの処理が可能となる。
(4)成膜
アーク蒸発源6でアーク放電を発生させ、反応ガス(窒素等)を導入しつつ、基材Wに数十Vから300Vの範囲の負のバイアス電圧を加えながら皮膜形成を行う。このとき、軸Qを回転軸として公転させるとともに、軸Pを回転軸として自転させる。
In this ion bombardment process, the AIP device 101 can apply a bias voltage having a different potential for each rotation holding unit 4, and can adjust the degree of cleaning and the degree of temperature rise for each rotation holding unit 4. For this reason, even when base materials W that require different processing conditions for the ion bombardment processing are mixedly mounted, this processing can be performed under conditions suitable for each.
(4) Film formation Arc discharge is generated at the arc evaporation source 6 and a reactive gas (nitrogen or the like) is introduced, and a film is formed while a negative bias voltage in the range of several tens to 300 V is applied to the substrate W. . At this time, the axis Q is revolved as a rotation axis, and the axis P is rotated as a rotation axis.

この成膜処理において、このAIP装置101では、自転保持部4毎に異なる電位のバイアス電圧を印加可能であり、バイアス電圧の印加条件を変更することにより、基材Wに形成される膜質や、基材Wの温度を自転保持部4毎に調整可能である。このため、異なる処理条件が要求される基材を混載した場合にも、それぞれに適した条件で処理が可能となる。また、処理条件を探索する工程にあっては、1回の処理で、多様な条件の皮膜が形成可能であるので、条件の探索するために必要な時間を短縮することができる。   In this film formation process, the AIP device 101 can apply a bias voltage having a different potential for each rotation holding unit 4, and by changing the application condition of the bias voltage, the film quality formed on the substrate W, The temperature of the base material W can be adjusted for each rotation holding unit 4. For this reason, even when substrates that require different processing conditions are mixedly mounted, processing can be performed under conditions suitable for each. Further, in the process of searching for processing conditions, since a film having various conditions can be formed in one process, the time required for searching for conditions can be shortened.

[効果]
以上のように、本実施形態に係るAIP装置101によると、自転保持部4毎または2以上の群に自転保持部4を分けて群毎に印加するバイアス電圧を異ならせることができる。このため、異なる応力レベルを有する皮膜を、同一の1回の処理で、形成することが可能になる。また、熱容量の異なる基材Wを混在して処理するにも関わらず、均一な温度の処理が、同一の1回の処理で、可能になる。また、過熱しやすい基材Wの過熱を防ぎつつ、温度上昇しにくい基材Wには十分なボンバード効果がある処理が、同一の1回の処理で、可能になる。従来技術の装置では、処理を複数回に分けて行なう必要があったことに比較して大幅に効率が向上する。
[effect]
As described above, according to the AIP device 101 according to the present embodiment, the rotation holding unit 4 can be divided for each rotation holding unit 4 or two or more groups, and the bias voltage applied to each group can be made different. For this reason, it is possible to form films having different stress levels by the same single treatment. In addition, even when base materials W having different heat capacities are mixed and processed, processing at a uniform temperature can be performed by the same single processing. Moreover, the process which has sufficient bombard effect for the base material W which is hard to rise in temperature while preventing overheating of the base material W which is easily overheated can be performed by the same single process. In the apparatus of the prior art, the efficiency is greatly improved as compared with the necessity of performing the processing in a plurality of times.

<第2実施形態>
以下、本発明の真空成膜装置の一例であるAIP装置102について説明する。なお、図2および図3を用いた説明は、第1実施形態と同じであるため、ここでは繰り返さない。また、AIP装置102の全体構成は、自転保持部4の数を除き図1と同じである。
[全体構成]
図5は、第1実施形態の図4に対応する、AIP装置102の電源接続例である。このAIP装置102は、円筒状アーク蒸発源61を備える。また、公転テーブル5上に8つの自転保持部4が搭載され、8つの自転保持部4は、A群とB群とに分けられている。この円筒状アーク蒸発源61を、8つの自転保持部4が取り囲むように真空チャンバ2の中心に設けている。
Second Embodiment
Hereinafter, the AIP apparatus 102 which is an example of the vacuum film-forming apparatus of the present invention will be described. Note that the description using FIGS. 2 and 3 is the same as that in the first embodiment, and thus will not be repeated here. The overall configuration of the AIP device 102 is the same as that in FIG. 1 except for the number of the rotation holding units 4.
[overall structure]
FIG. 5 is a power connection example of the AIP device 102 corresponding to FIG. 4 of the first embodiment. The AIP device 102 includes a cylindrical arc evaporation source 61. Further, eight rotation holding parts 4 are mounted on the revolution table 5, and the eight rotation holding parts 4 are divided into A group and B group. The cylindrical arc evaporation source 61 is provided at the center of the vacuum chamber 2 so that the eight rotation holding portions 4 surround the cylindrical arc evaporation source 61.

なお、真空チャンバ2内部は真空排気手段(真空ポンプ)3により真空に排気可能で、真空チャンバ2の中央部には円筒状アーク蒸発源61が設けられている。また、成膜を実施するプロセスによっては、ヒータによる加熱、プロセスガス導入(図示なし)も可能になっている。
このAIP装置102においては、電源ユニット10Cにより基材Wに給電される。電源ユニット10Cは、アーク電源10C1と、バイアス電源10C2と、切替スイッチ10C3とで構成される。図5(b)に示す「A」は、図5(a)に示す「A」が付された4つの自転保持部4を示し、図5(b)に示す「B」は、図5(a)に示す「B」が付された4つの自転保持部4を示す。
The inside of the vacuum chamber 2 can be evacuated by a vacuum evacuation means (vacuum pump) 3, and a cylindrical arc evaporation source 61 is provided at the center of the vacuum chamber 2. Further, depending on the process for forming a film, heating by a heater and introduction of a process gas (not shown) are possible.
In the AIP device 102, power is supplied to the substrate W by the power supply unit 10C. The power supply unit 10C includes an arc power supply 10C1, a bias power supply 10C2, and a changeover switch 10C3. “A” shown in FIG. 5B indicates the four rotation holding parts 4 to which “A” shown in FIG. 5A is attached, and “B” shown in FIG. The four rotation holding | maintenance parts 4 to which "B" shown to a) was attached | subjected are shown.

このAIP装置102では、自転保持部4のA群およびB群は、切替スイッチ10C3により、アーク電源10C1の正極またはバイアス電源10C2の負極に接続される。この電源ユニット10Cおよび切替スイッチ10C3について説明する。
切替スイッチ10C3を作動させて、2つの群を、
a)アーク蒸発源6の陽極として作動する電位とするためにアーク電源10C1の正極に接続される期間、
b)基材Wに入射するイオンのエネルギーを制御するためのバイアス電圧10C2の電位とするためにバイアス電源の負極に接続される期間
、を時間的に交互に繰り返す。
In the AIP device 102, the A group and the B group of the rotation holding unit 4 are connected to the positive electrode of the arc power supply 10C1 or the negative electrode of the bias power supply 10C2 by the changeover switch 10C3. The power supply unit 10C and the changeover switch 10C3 will be described.
By operating the changeover switch 10C3, the two groups are
a) A period of time connected to the positive electrode of the arc power source 10C1 in order to obtain a potential that operates as the anode of the arc evaporation source 6.
b) The period of connection to the negative electrode of the bias power supply is alternately repeated in order to obtain the potential of the bias voltage 10C2 for controlling the energy of ions incident on the substrate W.

[成膜処理]
以上のような構成を備えたAIP装置102を用いた成膜方法の全体のプロセスの中で第1実施形態と異なる成膜処理について、図6を参照して説明する。図6は、成膜処理における切替スイッチ10C3の動作を示すタイミングチャートである。
時刻t(0)において、切替スイッチ10C3は、スイッチA(1)を接続するとともにスイッチB(2)を接続する。このとき、スイッチB(1)およびスイッチA(2)は遮断されている。時刻t(0)〜時刻t(1)の期間を第1の状態とする。一般的には、N=1、2、3、・・・として、時刻t(4N−4)〜時刻t(4N−3)の期間が第1の状態である。
[Film formation]
A film forming process different from that of the first embodiment in the entire process of the film forming method using the AIP apparatus 102 having the above configuration will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the changeover switch 10C3 in the film forming process.
At time t (0), the changeover switch 10C3 connects the switch A (1) and the switch B (2). At this time, the switch B (1) and the switch A (2) are cut off. The period from time t (0) to time t (1) is set to the first state. Generally, the period from time t (4N-4) to time t (4N-3) is the first state where N = 1, 2, 3,.

第1の状態では、A群の基材Wは、アーク電源10C1の正極に接続される。円筒状アーク蒸発源61でアーク放電を発生させると、A群の基材Wは、アーク放電の陽極として機能する。B群の基材Wは、バイアス電源10C2の負極に接続される。B群の基材Wには、バイアス電圧が印加される。このとき、基材Wは自公転されて、A群の基材WおよびB群の基材Wともに円筒状アーク蒸発源61からの蒸気により被覆される。このとき、A群の基材Wにはバイアス印加のない皮膜が形成され、B群の基材Wにはバイアスが印加された状態で皮膜が形成される。   In the first state, the group A base material W is connected to the positive electrode of the arc power supply 10C1. When arc discharge is generated by the cylindrical arc evaporation source 61, the base member W of the A group functions as an anode for arc discharge. The base material W of the B group is connected to the negative electrode of the bias power source 10C2. A bias voltage is applied to the base material W of group B. At this time, the base material W is rotated and revolved so that both the group A base material W and the group B base material W are covered with the vapor from the cylindrical arc evaporation source 61. At this time, a film without bias application is formed on the base material W of the A group, and a film is formed on the base material W of the B group with a bias applied.

時刻t(1)において、切替スイッチ10C3は、スイッチB(2)を遮断して、スイッチB(1)を接続する。これにより、B群の基材Wがアーク電源10C1の正極に接続される。その後、時刻t(2)において、切替スイッチ10C3は、スイッチA(1)を遮断して、スイッチA(2)を接続する。
このとき、アーク放電の安定性の観点から、スイッチA(1)およびスイッチB(1)の両方が接続されている期間(時刻t(1)〜時刻t(2)の期間)はわずかに重なるとよい。
At time t (1), the changeover switch 10C3 cuts off the switch B (2) and connects the switch B (1). Thereby, the base material W of the B group is connected to the positive electrode of the arc power supply 10C1. Thereafter, at time t (2), the changeover switch 10C3 cuts off the switch A (1) and connects the switch A (2).
At this time, from the viewpoint of arc discharge stability, the period in which both the switch A (1) and the switch B (1) are connected (the period from the time t (1) to the time t (2)) slightly overlaps. Good.

時刻t(2)〜時刻t(3)の期間を第2の状態とする。一般的には、N=1、2、3、・・・として、時刻t(4N−2)〜時刻t(4N−1)の期間が第2の状態である。
第2の状態では、B群の基材Wは、アーク電源10C1の正極に接続される。円筒状アーク蒸発源61でアーク放電を発生させると、B群の基材Wは、アーク放電の陽極として機能する。A群の基材Wは、バイアス電源10C2の負極に接続される。A群の基材Wには、バイアス電圧が印加される。このとき、基材Wは自公転されて、A群の基材WおよびB群の基材Wともに円筒状アーク蒸発源61からの蒸気により被覆される。このとき、B群の基材Wにはバイアス印加のない皮膜が形成され、A群の基材Wにはバイアスが印加された状態で皮膜が形成される。
The period from time t (2) to time t (3) is set to the second state. Generally, the period from time t (4N-2) to time t (4N-1) is the second state, where N = 1, 2, 3,.
In the second state, the group B base materials W are connected to the positive electrode of the arc power supply 10C1. When arc discharge is generated by the cylindrical arc evaporation source 61, the group B base materials W function as anodes for arc discharge. The group A base material W is connected to the negative electrode of the bias power source 10C2. A bias voltage is applied to the base material W of the A group. At this time, the base material W is rotated and revolved so that both the group A base material W and the group B base material W are covered with the vapor from the cylindrical arc evaporation source 61. At this time, a film without bias application is formed on the base material W of the B group, and the film is formed on the base material W of the A group with a bias applied.

時刻t(3)において、切替スイッチ10C3は、スイッチA(2)を遮断して、スイッチA(1)を接続する。これにより、A群の基材Wがアーク電源10C1の正極に接続される。その後、時刻t(4)において、切替スイッチ10C3は、スイッチB(1)を遮断して、スイッチB(2)を接続する。アーク放電の安定性の観点から、スイッチA(1)およびスイッチB(1)の両方が接続されている期間(時刻t(3)〜時刻t(4)の期間)はわずかに重なるとよいのは、上述した通りである。   At time t (3), the changeover switch 10C3 cuts off the switch A (2) and connects the switch A (1). Thereby, the base material W of A group is connected to the positive electrode of the arc power supply 10C1. Thereafter, at time t (4), the changeover switch 10C3 cuts off the switch B (1) and connects the switch B (2). From the viewpoint of the stability of arc discharge, the period in which both the switch A (1) and the switch B (1) are connected (the period from the time t (3) to the time t (4)) should be slightly overlapped. Is as described above.

このように、公転テーブル5上のA群の基材WおよびB群の基材Wのうち少なくともひとつは、アーク放電の陽極として動作可能な電位になっている。その基材Wを陽極の電極とするため、アーク放電は、特別な陽極が無くても安定的に維持可能である。そして、その期間、バイアス電圧の電位にある他の基材Wには、バイアス電圧が印加されて膜質が制御された状態で皮膜形成を行うことができる。   As described above, at least one of the A group of base materials W and the B group of base materials W on the revolution table 5 is at a potential operable as an anode for arc discharge. Since the base material W is used as an anode electrode, arc discharge can be stably maintained without a special anode. Then, during that period, a film can be formed on the other substrate W at the potential of the bias voltage in a state where the bias voltage is applied and the film quality is controlled.

ところで、陽極の電位にあった基材W上には、陽極として動作中にはバイアスの印加されない皮膜が形成されるが、所定の周期で、バイアスが印加された状態となり、その間はバイアスによる膜質の制御が可能となる。そして、印加するバイアス電圧の条件は、基材Wが陽極の電位で動く期間があることを考慮した水準に設定することにより、所期の膜質の皮膜形成が行われる。   By the way, a film to which no bias is applied is formed on the substrate W that is at the potential of the anode during operation as an anode, but a bias is applied in a predetermined cycle, and the film quality due to the bias is in the meantime. Can be controlled. Then, the condition of the bias voltage to be applied is set to a level that takes into account that there is a period in which the substrate W moves at the potential of the anode, so that a desired film quality is formed.

膜質と言う観点では、バイアス電圧が印加されない状態で100nmを越える成膜を行なうのは、当該層の脆弱さが全体の膜質に著しく影響すると考えられるために問題となる。好ましくは、陽極電位の間に継続的に皮膜が成長する厚みは10nm以下とすると膜質面の懸念は少なくなる。膜質という観点では、切替の時間は早いほど好ましいが、アーク電源から出力される大電流の切替の容易性という点からは、切替の周期は1kHzを超える周波数では問題があり、実際的な観点から100Hz以下とするのが好ましい。   From the viewpoint of film quality, film formation exceeding 100 nm in a state where no bias voltage is applied is problematic because the fragility of the layer is considered to significantly affect the overall film quality. Preferably, when the thickness at which the film continuously grows during the anodic potential is 10 nm or less, the concern about the film quality is reduced. From the viewpoint of film quality, the faster the switching time, the better. However, from the viewpoint of easy switching of a large current output from the arc power source, there is a problem at a switching frequency exceeding 1 kHz, and from a practical viewpoint. 100 Hz or less is preferable.

以上より、tを成膜プロセス中に基材に100nmの皮膜を形成するために必要な時間(sec)とするときに、切替周期T(sec)は、t>T>1msecを満足することが好ましい。
このような周期が繰り返し行われる。このようにすることにより、すなわち、上述した2つの時間区分を交互に繰り返すことにより、AIP法による皮膜形成をA群の基材WおよびB群の基材Wの両方に行うことが可能となる。
From the above, when t is the time (sec) required to form a 100 nm film on the substrate during the film formation process, the switching cycle T (sec) may satisfy t>T> 1 msec. preferable.
Such a cycle is repeated. By doing in this way, that is, by repeating the above-mentioned two time intervals alternately, it becomes possible to perform film formation by the AIP method on both the A-group substrate W and the B-group substrate W. .

なお、以上の説明はAIP法による皮膜形成を例に説明を行ったが、蒸発源としてスパッタ蒸発源を使うことも出来る。
[効果]
従来技術の装置では、自転保持部4は同一電位にあるため、膜質制御のためにバイアス電圧をかける場合には、円筒状アーク蒸発源61の周囲に配置した陽極が必須になる。このような陽極が存在すると、陽極に蒸気が付着することで、成膜速度が低下して生産性を損なうとともに、陽極に堆積した皮膜が剥がれて皮膜の欠陥等を引き起こす場合があった。このAIP装置102では、このような問題も発生しない。
In the above description, the film formation by the AIP method has been described as an example, but a sputter evaporation source can also be used as the evaporation source.
[effect]
In the apparatus of the prior art, since the rotation holding unit 4 is at the same potential, an anode disposed around the cylindrical arc evaporation source 61 is essential when a bias voltage is applied for film quality control. When such an anode is present, vapor adheres to the anode, thereby reducing the film formation rate and impairing productivity, and the film deposited on the anode may be peeled off to cause defects in the film. In the AIP device 102, such a problem does not occur.

なお、各自転保持部4の電位は必ずしもアーク放電の陽極電位とバイアス電位との間で急激に変化する必要はなく、必要に応じて、上述したように、フローティング状態や接地状態を経由しても良い。
また、バイアス電圧を印加している期間中のバイアス電圧は必ずしも一定である必要はなく、特に、切替の周期が相対的に長い場合には、切替の周期よりも十分に早い周期で、パルス状に電圧を印加する等は好ましい。
In addition, the electric potential of each rotation holding part 4 does not necessarily change rapidly between the anode electric potential and the bias electric potential of the arc discharge, and if necessary, via the floating state or the ground state as described above. Also good.
In addition, the bias voltage during the period in which the bias voltage is applied does not necessarily have to be constant. Particularly, when the switching cycle is relatively long, the pulse voltage has a cycle sufficiently faster than the switching cycle. It is preferable to apply a voltage to.

また、本実施形態においては、自転保持部4を2群に分けて説明したが、さらに多くの群に分けても構わない。このとき、少なくとも、ひとつの群(または1つの自転保持部4)は、いかなるタイミングでも、アーク放電の陽極として作用するようにする必要がある。
<第3実施形態>
以下、本発明の真空成膜装置の一例であるプラズマCVD装置103について説明する。なお、図2および図3を用いた説明は、第1実施形態と同じであるため、ここでは繰り返さない。また、図1を用いた説明は、第1実施形態のAIP装置101をプラズマCVD装置103と読み替えればよい部分についてはここでは繰り返さない。
In the present embodiment, the rotation holding unit 4 has been described as being divided into two groups, but may be divided into more groups. At this time, at least one group (or one rotation holding unit 4) needs to act as an anode for arc discharge at any timing.
<Third Embodiment>
Hereinafter, the plasma CVD apparatus 103 which is an example of the vacuum film-forming apparatus of the present invention will be described. Note that the description using FIGS. 2 and 3 is the same as that in the first embodiment, and thus will not be repeated here. In addition, the description using FIG. 1 will not be repeated here for the portion where the AIP apparatus 101 of the first embodiment may be replaced with the plasma CVD apparatus 103.

[全体構成]
図7は、第1実施形態の図1に対応する、プラズマCVD装置103の全体構成を示し、図8は、第1実施形態の図4および第2実施形態の図5に対応する、プラズマCVD装置103の電源接続例である。このプラズマCVD装置103は、公転テーブル5上に6つの自転保持部4が搭載され、6つの自転保持部4は、A群とB群とに分けられている。
[overall structure]
FIG. 7 shows the overall configuration of the plasma CVD apparatus 103 corresponding to FIG. 1 of the first embodiment, and FIG. 8 shows the plasma CVD corresponding to FIG. 4 of the first embodiment and FIG. 5 of the second embodiment. 3 is a power connection example of the device 103. FIG. In this plasma CVD apparatus 103, six rotation holding parts 4 are mounted on the revolution table 5, and the six rotation holding parts 4 are divided into A group and B group.

図8に示すように、上述したプラズマCVD装置103は、真空チャンバ2内に原料ガスを含むプロセスガスを供給するガス供給部9と、真空チャンバ2内に供給されたプロセスガスにプラズマを発生させるプラズマ発生電源10とを備えていて、自転保持部4に保持された基材WにプラズマCVD法を用いて皮膜を形成する構成となっている。
このガス供給部9は、CVD皮膜の形成に必要な原料ガスや、成膜をアシストするアシストガスを、ボンベ16から所定量だけ真空チャンバ2内に供給する構成とされている。
As shown in FIG. 8, the above-described plasma CVD apparatus 103 generates a plasma in a gas supply unit 9 that supplies a process gas including a source gas into the vacuum chamber 2 and the process gas supplied in the vacuum chamber 2. A plasma generation power source 10 is provided, and a film is formed on the base material W held by the rotation holding unit 4 using a plasma CVD method.
The gas supply unit 9 is configured to supply a predetermined amount of a source gas necessary for forming the CVD film and an assist gas for assisting the film formation from the cylinder 16 into the vacuum chamber 2.

プロセスガスとしては、具体的には、DLC(ダイヤモンドライクカーボン、非晶質カーボン膜)などのカーボン系のCVD皮膜を成膜する場合には、炭化水素(アセチレン、エチレン、メタン、エタン、ベンゼン、トルエンなど)を含む原料ガスに、不活性ガス(アルゴン、ヘリウムなど)の不活性ガスをアシストガスとして加えたものが用いられる。また、シリコン化合物系のCVD皮膜(SiOx膜、SiOC膜、SiNx膜、SiCN膜)を成膜する場合には、シリコン系有機化合物(モノシラン、TMS、TEOS、HMDSOなど)やシランなどシリコン含む原料ガスに、酸素などの反応ガスを加え、さらにアルゴンなどの不活性ガスをアシストガスとして加えたものを用いることができる。なお、CVD皮膜としては、上述したもの以外にも、TiOx膜、AlOx膜、AlN膜などを成膜することができる。   Specifically, as a process gas, when forming a carbon-based CVD film such as DLC (diamond-like carbon, amorphous carbon film), hydrocarbons (acetylene, ethylene, methane, ethane, benzene, A material gas containing an inert gas (such as argon or helium) as an assist gas to a source gas containing toluene or the like is used. In the case of forming a silicon compound-based CVD film (SiOx film, SiOC film, SiNx film, SiCN film), a silicon-based organic compound (monosilane, TMS, TEOS, HMDSO, etc.) or a source gas containing silicon such as silane In addition, a reaction gas such as oxygen and an inert gas such as argon added as an assist gas can be used. In addition to the above-described CVD film, a TiOx film, an AlOx film, an AlN film, or the like can be formed as the CVD film.

また、主たる原料ガスに少量の添加原料ガスを混合させることもある。たとえば、DLC皮膜の形成の際に、炭化水素を主たる原料ガスとして、シリコン系有機化合物ガスを少量添加することにより、DLC中にSiを含む皮膜を形成することができる。あるいは、DLC皮膜の形成の際に、炭化水素を主たる原料ガスとして、金属を含有する原料ガス(例として、TiPP(チタニウムイソプロポキサイド)やTDMAT(テトラジメチルアミノチタン))を少量添加することで、DLC中に金属(例ではチタン)を含む皮膜を形成することができる。   In addition, a small amount of additive source gas may be mixed with the main source gas. For example, when a DLC film is formed, a film containing Si in DLC can be formed by adding a small amount of a silicon-based organic compound gas using hydrocarbon as a main source gas. Alternatively, when a DLC film is formed, by adding a small amount of metal-containing source gas (for example, TiPP (titanium isopropoxide) or TDMAT (tetradimethylaminotitanium)) as a main source gas of hydrocarbon A film containing a metal (titanium in the example) can be formed in DLC.

なお、これらの原料ガス、反応ガスおよびアシストガスは、使用するガスの種類を適宜組みあわせて用いることができる。
また、図8の如く、真空チャンバ2内に別の皮膜供給源6(スパッタ源、アーク蒸発源など)を設けるようにしても良い。
一方、このプラズマCVD装置103に備えられたプラズマ発生電源10は、真空チャンバ2内に供給したプロセスガスにグロー放電を発生させて、プラズマを発生させるために用いるもので、交流の電力を供給する。このプラズマ発生電源10が供給する交流の電力としては、正弦波の波形に従って電流や電圧が正負に変化する交流だけでなく、パルス状の波形に従って正負に入れ替わる矩形波の交流を用いても良い。また、この交流には、連続した同一極性のパルス群が交互に現れるものや、正弦波の交流に矩形波を重畳したものを用いることもできる。なお、実際のプラズマ発生中の電圧波形は、プラズマ生成の影響によって歪む場合がある。また、プラズマが発生すると交流電圧のゼロレベルがシフトし、各電極の電位を接地電位に対して測定すると、マイナス側電極に印加電圧の80−95%が、プラス側電極に印加電圧の5−20%が加わるのが観察される。プラズマ発生時のマイナス側電極は、プラズマ中の正イオンを引き込むと共に、該正イオンの衝撃により電子を放出しプラズマに電子を供給し、グロー放電プラズマ生成に主体的な役割を果たす作用極となる。プラス側電極はプラズマ中の電子を引き込む状態にありグロー放電プラズマ生成の対極となる。
In addition, these source gas, reaction gas, and assist gas can be used combining suitably the kind of gas to be used.
Further, as shown in FIG. 8, another film supply source 6 (sputtering source, arc evaporation source, etc.) may be provided in the vacuum chamber 2.
On the other hand, the plasma generation power source 10 provided in the plasma CVD apparatus 103 is used to generate a glow discharge in the process gas supplied into the vacuum chamber 2 to generate plasma, and supplies AC power. . As the AC power supplied from the plasma generating power source 10, not only an AC whose current and voltage change positively and negatively according to a sine wave waveform, but also a rectangular wave AC that switches between positive and negative according to a pulsed waveform may be used. In addition, for this alternating current, a continuous pulse group having the same polarity or an alternating sine wave alternating with a rectangular wave can be used. The voltage waveform during actual plasma generation may be distorted due to the influence of plasma generation. Further, when the plasma is generated, the zero level of the AC voltage shifts, and when the potential of each electrode is measured with respect to the ground potential, 80-95% of the applied voltage is applied to the minus side electrode and 5% of the applied voltage is applied to the plus side electrode. It is observed that 20% is added. The negative electrode at the time of plasma generation attracts positive ions in the plasma, emits electrons by impact of the positive ions, supplies electrons to the plasma, and serves as a working electrode that plays a main role in generating glow discharge plasma. . The positive electrode is in a state of drawing electrons in the plasma and serves as a counter electrode for glow discharge plasma generation.

プラズマ発生電源10から供給される交流は、その周波数が1kHz〜1MHzが好ましい。周波数が1kHz未満では皮膜のチャージアップが起り易く、1MHzを超える周波数の電力を自転公転する基材に伝達する機構が難しいからである。さらに電源の入手性等を考慮すると、10kHz〜400kHzの範囲とするのがなお好ましい。また、プラズマ発生電源10から供給される交流の電圧は、波高値でグロー放電の維持に必要な300〜3000Vが好ましい。さらに、プラズマ発生電源10から供給される交流の電力は、基材Wの表面積によって変動するが、単位面積あたりの電力で0.05〜5W/cm2程度の電力密度であるのが好ましい。 The frequency of the alternating current supplied from the plasma generating power supply 10 is preferably 1 kHz to 1 MHz. This is because if the frequency is less than 1 kHz, the coating is likely to be charged up, and a mechanism for transmitting electric power having a frequency exceeding 1 MHz to the base material that rotates and revolves is difficult. Furthermore, considering the availability of the power source, etc., the range of 10 kHz to 400 kHz is more preferable. The AC voltage supplied from the plasma generating power supply 10 is preferably 300 to 3000 V, which is a peak value and is necessary for maintaining glow discharge. Furthermore, the AC power supplied from the plasma generating power supply 10 varies depending on the surface area of the substrate W, but it is preferable that the power density per unit area is about 0.05 to 5 W / cm 2 .

このような周波数、電圧、電力(電力密度)の交流電流を真空チャンバ2内に配備された一対の電極間に作用させれば、グロー放電が電極間に発生し、発生したグロー放電で真空チャンバ2内に供給されたプロセスガスが分解されてプラズマが発生する。そして、プラズマにより分解されたこれらのガス成分が電極表面に堆積することで、CVD皮膜の成膜が行われる。つまり、一対の電極のいずれかに基材Wを用いれば、基材Wの表面にCVD皮膜を成膜することが可能となる。   When an alternating current of such frequency, voltage, and power (power density) is applied between a pair of electrodes arranged in the vacuum chamber 2, a glow discharge is generated between the electrodes, and the generated glow discharge causes a vacuum chamber. The process gas supplied into 2 is decomposed to generate plasma. Then, these gas components decomposed by the plasma are deposited on the electrode surface, whereby a CVD film is formed. That is, if the substrate W is used for either of the pair of electrodes, a CVD film can be formed on the surface of the substrate W.

なお、真空チャンバ2内には、基材の温度を制御して膜質を調整する加熱ヒータ17が適宜配備されていても良い。
ところで、図8に示すように、本発明のプラズマCVD装置103においては、複数の自転保持部4の半数が、プラズマ発生電源10の一方極に接続された第1の群18とされている。併せて、複数の自転保持部4の残り半数が、プラズマ発生電源10の他方極に接続された第2の群19とされている。互いに異なる極性とされた第1の群18の自転保持部4に保持された基材Wと、第2の群19の自転保持部4に保持された基材Wとの間にプラズマが発生できる。
In the vacuum chamber 2, a heater 17 for adjusting the film quality by controlling the temperature of the substrate may be provided as appropriate.
Incidentally, as shown in FIG. 8, in the plasma CVD apparatus 103 of the present invention, half of the plurality of rotation holding units 4 are the first group 18 connected to one pole of the plasma generation power source 10. In addition, the remaining half of the plurality of rotation holding units 4 is a second group 19 connected to the other electrode of the plasma generation power source 10. Plasma can be generated between the substrate W held by the rotation holding unit 4 of the first group 18 and the substrate W held by the rotation holding unit 4 of the second group 19 having different polarities. .

詳しくは、公転テーブル5に自転保持部4が全部で6つ配備されている状態においては、図8の「A」で示される第1の群18の自転保持部4は全部で3つ、また図8の「B」で示される第2の群19の自転保持部4も全部で3つ存在していて、第1の群18に属する自転保持部4の数と第2の群19に属する自転保持部4の数とは同数となっている。
これらの自転保持部4については、第1の群18に属する自転保持部4の両隣に第2の群19の自転保持部4が設けられ、これらの第2の群19の自転保持部4のさらに隣に別の第1の群18に属するある自転保持部4が設けられている。つまり、第1の群18に属する自転保持部4と第2の群19に属する自転保持部4とは、公転テーブル5の公転軸Q回りに1つずつ交番に(交互に)並ぶように配備されている。
Specifically, in a state where a total of six rotation holding portions 4 are arranged on the revolution table 5, there are a total of three rotation holding portions 4 of the first group 18 indicated by “A” in FIG. There are also a total of three rotation holding parts 4 of the second group 19 indicated by “B” in FIG. 8, and the number of rotation holding parts 4 belonging to the first group 18 and the second group 19 The number is the same as the number of the rotation holding parts 4.
As for these rotation holding parts 4, the rotation holding parts 4 of the second group 19 are provided on both sides of the rotation holding parts 4 belonging to the first group 18, and the rotation holding parts 4 of these second groups 19 are provided. Further, a certain rotation holding portion 4 belonging to another first group 18 is provided next to the rotation holding portion 4. That is, the rotation holding unit 4 belonging to the first group 18 and the rotation holding unit 4 belonging to the second group 19 are arranged so as to be alternately (alternately) arranged one by one around the revolution axis Q of the revolution table 5. Has been.

そして、第1の群18に属する3つの自転保持部4はいずれも、プラズマ発生電源10の一方の電極に接続されている。また第2の群19に属する3つの自転保持部4はいずれもプラズマ発生電源10の他方の電極に接続されている。つまり、電圧印加中は、第1の群18に属する自転保持部4と、第2の群19に属する自転保持部4とは、常に逆の極性となっている。   All of the three rotation holding units 4 belonging to the first group 18 are connected to one electrode of the plasma generation power source 10. Further, all of the three rotation holding portions 4 belonging to the second group 19 are connected to the other electrode of the plasma generation power source 10. That is, during voltage application, the rotation holding unit 4 belonging to the first group 18 and the rotation holding unit 4 belonging to the second group 19 always have opposite polarities.

なお、各自転保持部4を上記した極性とするためには、公転軸Qならびに自転軸Pにそれぞれブラシ機構(図示略)を設け、このブラシ機構を通じてそれぞれの極性の電圧を印加するとよい。公転軸Qおよび自転軸Pはベアリング機構を介して回転時自在に保持されているが、このベアリング機構を通じて電圧を印加するようにしてもよい。
[成膜方法]
以上のような構成を備えたプラズマCVD装置103を用いた成膜方法の全体のプロセスの中で第1実施形態と異なる成膜処理について説明する。
In addition, in order to make each rotation holding | maintenance part 4 into the above-mentioned polarity, it is good to provide a brush mechanism (not shown) to the revolution axis Q and the rotation axis P, respectively, and to apply the voltage of each polarity through this brush mechanism. The revolution shaft Q and the rotation shaft P are held freely during rotation through a bearing mechanism, but a voltage may be applied through this bearing mechanism.
[Film formation method]
A film forming process different from that of the first embodiment in the entire process of the film forming method using the plasma CVD apparatus 103 having the above-described configuration will be described.

基材Wをセットして、真空チャンバ2内を高真空状態にする。次に、必要に応じて、Ar等の不活性ガスやH2やO2などのガスをガス供給部9を用いて真空チャンバ2内に供給し、プラズマ発生電源10から電力を供給して基材W間に表面清化のためのグロー放電を発生させても良い(イオンボンバード処理)。また、上述した加熱ヒータ17を用いて、自公転する基材Wに対して予備加熱を行っても良い。また、真空チャンバ2内に別の皮膜供給源6(スパッタ源、アーク蒸発源など)を設けた場合には、これらの皮膜供給源を利用して、プラズマCVDによる皮膜と基材の間に挿入する中間層を形成してもよい。 The base material W is set, and the vacuum chamber 2 is brought into a high vacuum state. Next, if necessary, an inert gas such as Ar or a gas such as H 2 or O 2 is supplied into the vacuum chamber 2 using the gas supply unit 9, and electric power is supplied from the plasma generation power source 10. Glow discharge for surface cleaning may be generated between the materials W (ion bombardment treatment). Moreover, you may pre-heat with respect to the base material W which self-revolves using the heater 17 mentioned above. When another film supply source 6 (sputter source, arc evaporation source, etc.) is provided in the vacuum chamber 2, these film supply sources are used to insert between the film formed by plasma CVD and the substrate. An intermediate layer may be formed.

この後、ガス供給部9を用いてプロセスガスを真空チャンバ2内に供給し、真空チャンバ2内は成膜に適した0.1〜1000Paの圧力に保持する。
成膜にあたっては、プラズマ発生電源10から交流の電力を供給して、第1の群18に属する自転保持部4の基材Wと第2の群19に属する自転保持部4の基材Wとの間にグロー放電を発生させ、基材W間に成膜に必要なプラズマを発生させる。
Thereafter, the process gas is supplied into the vacuum chamber 2 using the gas supply unit 9, and the inside of the vacuum chamber 2 is maintained at a pressure of 0.1 to 1000 Pa suitable for film formation.
In film formation, AC power is supplied from the plasma generation power source 10, and the substrate W of the rotation holding unit 4 belonging to the first group 18 and the substrate W of the rotation holding unit 4 belonging to the second group 19 During this period, glow discharge is generated, and plasma necessary for film formation is generated between the substrates W.

成膜時の圧力は成膜しようとするCVD皮膜(プロセスガスや反応性ガス)の種類によって好適な値は異なるが、0.1Pa〜1000Pa程度の圧力が好ましい。上述したように0.1Pa〜1000Pa程度の圧力にすることで、安定したグロー放電を発生させることが可能となり、良好な成膜速度で成膜を行うことが可能となる。なお、気体中での反応に伴うパウダー生成を抑制する観点では成膜時の圧力はさらに100Pa以下の圧力が好ましい。   The pressure during film formation varies depending on the type of CVD film (process gas or reactive gas) to be formed, but a pressure of about 0.1 Pa to 1000 Pa is preferable. As described above, by setting the pressure to about 0.1 Pa to 1000 Pa, it is possible to generate a stable glow discharge, and it is possible to perform film formation at a good film formation rate. In addition, the pressure at the time of film-forming is further preferable to be 100 Pa or less from the viewpoint of suppressing the generation of powder accompanying the reaction in the gas.

また、プラズマ発生電源10から供給される交流の電圧は、グロー放電の維持に必要な300V〜3000Vの間(両極間の電圧の波高値)となる。さらに、プラズマ発生電源10から供給される交流の出力電力は、単位面積あたりの電力に換算すると0.05〜5W/cm2程度が好ましい。
このようにプラズマ発生電源10から供給される交流の電圧および電力を調整した上で、基材Wを自転保持部4ごと自公転させれば、周方向に隣り合う基材W(近接する基材W)の間に安定したグロー放電が発生し、基材Wの表面に膜厚が均一なCVD皮膜を形成することが可能となる。
The AC voltage supplied from the plasma generating power supply 10 is between 300 V and 3000 V (the peak value of the voltage between both electrodes) necessary for maintaining glow discharge. Furthermore, the AC output power supplied from the plasma generation power source 10 is preferably about 0.05 to 5 W / cm 2 in terms of power per unit area.
After adjusting the alternating voltage and power supplied from the plasma generation power source 10 in this way and rotating the base material W together with the rotation holding part 4, the base material W adjacent to the circumferential direction (the adjacent base material) A stable glow discharge occurs during (W), and a CVD film having a uniform film thickness can be formed on the surface of the substrate W.

成膜処理が終わったら、プラズマ発生電源10の出力、プロセスガスの導入を停止し、成膜を終了する。基材W温度が高い場合には、必要に応じて温度低下を待ち、真空チャンバ2内を大気に開放し、基材Wを取外す。このようにすれば、表面にCVD皮膜が形成された基材Wを得ることが可能となる。
上述したように、互いが逆極性とされた第1の群18の自転保持部4と第2の群19の自転保持部4とを周方向に交番(交互)に配置すれば、周方向に隣り合う自転保持部4に保持される基材W間に必ず電位差が生じて、両者の間に確実にグロー放電が発生する。そして、プラズマ発生電源10の正負が入れ替われば、周方向に隣り合う自転保持部4の極性も入れ替わり、引き続き両者間にグロー放電が発生する。それ故、多数の基材Wに対して一度に且つ均一に成膜を行うことが可能となる。
When the film formation process is completed, the output of the plasma generation power source 10 and the introduction of the process gas are stopped, and the film formation is completed. When the temperature of the base material W is high, the temperature is lowered as necessary, the inside of the vacuum chamber 2 is opened to the atmosphere, and the base material W is removed. If it does in this way, it will become possible to obtain the base material W in which the CVD film was formed in the surface.
As described above, if the rotation holding parts 4 of the first group 18 and the rotation holding parts 4 of the second group 19 that are opposite in polarity are arranged alternately (alternately) in the circumferential direction, A potential difference always occurs between the base materials W held by the adjacent rotation holding portions 4, and a glow discharge is surely generated between the two. And if the positive and negative of the plasma generation power supply 10 are switched, the polarities of the rotation holding portions 4 adjacent to each other in the circumferential direction are also switched, and glow discharge is continuously generated between the two. Therefore, it is possible to perform film formation on a large number of substrates W at once and uniformly.

すなわち、第1の群18に属する自転保持部4の基材Wが作用極として働いてこの基材W側にCVD皮膜が成膜されているときには、第2の群19に属する自転保持部4の基材Wが対極(反対極)となる。そして、プラズマ発生電源10の正負が入れ替われば、第2の群19に属する自転保持部4の基材Wが作用極となり、第1の群18に属する自転保持部4の基材Wが対極となる。   That is, when the base material W of the rotation holding unit 4 belonging to the first group 18 works as a working electrode and a CVD film is formed on the side of the base material W, the rotation holding unit 4 belonging to the second group 19 The base material W becomes a counter electrode (opposite electrode). If the positive and negative of the plasma generating power source 10 are switched, the base material W of the rotation holding unit 4 belonging to the second group 19 becomes the working electrode, and the base material W of the rotation holding unit 4 belonging to the first group 18 is the counter electrode. It becomes.

[効果]
以上のように、本実施形態に係るプラズマCVD装置103によると、基材Wは対極となっても、公転テーブル5や真空チャンバ2の筐体が対極になることはない。それ故、これらの部材はプラズマ生成のためのグロー放電発生用電極としては作用せず、仮に絶縁皮膜が長時間の運転で厚く堆積したとしても、プラズマの不安定化が発生せず、膜質や厚みにバラツキのないCVD皮膜を安定的に生産することも可能となる。また、これらの部材は放電発生電極として作用していないため、原料ガスを分解するプラズマに直接的にはさらされず、このため、従来技術に比べてこれらの部材には皮膜が堆積しにくい。このため、皮膜の厚い堆積が原因となるフレークの飛散も起りにくく、皮膜欠陥も発生しにくい。なお、金属含有のDLCに代表される皮膜は皮膜自身がやや導電性を示すが、この場合も真空チャンバ2の筐体等に皮膜が堆積しにくく、フレークの飛散が起こりにくく、皮膜欠陥が発生しにくいとの効果は残る。加えて、金属含有DLCのような一定の導電性の皮膜を基材に形成する場合であっても、プラズマが弱いチャンバ部には膜質の悪い絶縁性を帯びた皮膜が形成される場合があり、このような場合にはプラズマの不安定化防止の効果も現れる。
[effect]
As described above, according to the plasma CVD apparatus 103 according to the present embodiment, even if the substrate W is a counter electrode, the revolution table 5 and the housing of the vacuum chamber 2 do not become a counter electrode. Therefore, these members do not act as an electrode for generating a glow discharge for plasma generation, and even if the insulating film is deposited thickly over a long period of operation, plasma instability does not occur, film quality and It is also possible to stably produce a CVD film having no variation in thickness. In addition, since these members do not act as discharge generating electrodes, they are not directly exposed to plasma that decomposes the source gas, and therefore, a film is less likely to be deposited on these members than in the prior art. For this reason, scattering of flakes caused by thick deposition of the film hardly occurs, and film defects are hardly generated. In addition, although the coating itself represented by metal-containing DLC is somewhat conductive, in this case as well, it is difficult for the coating to deposit on the housing of the vacuum chamber 2, etc., flakes are unlikely to scatter, and coating defects occur. The effect that it is difficult to do remains. In addition, even when a certain conductive film such as metal-containing DLC is formed on the base material, a film with poor insulating properties may be formed in the chamber portion where the plasma is weak. In such a case, the effect of preventing plasma destabilization also appears.

なお、第3の実施形態に関しては、最も好適な実施形態を例として説明を行なったが、技術の本質的な要素は、自公転テーブル上に配置した基材Wを群に分割して、各郡が、グロー放電プラズマを生成するときにプラズマ生成に主体的に機能する負電位にある作用極として作用する期間と、その対極として作用する期間を時間的に交互に繰り返す点にある。このことによって、真空チャンバ等の部材をプラズマ生成に関与する役割から開放し、仮にそれらが絶縁膜で覆われたとしてもプラズマが不安定になるなどの悪影響を与えないようにするものである。   In addition, regarding the third embodiment, the most preferred embodiment has been described as an example, but the essential elements of the technology are to divide the base material W arranged on the revolution table into groups, and The point is that when the group generates glow discharge plasma, the period of acting as a working electrode at a negative potential that mainly functions for plasma generation and the period of acting as its counter electrode are alternately repeated in time. In this way, members such as a vacuum chamber are released from the role related to plasma generation, and even if they are covered with an insulating film, they do not have adverse effects such as plasma becoming unstable.

このような視点からすると、第3の実施形態の範囲は、1台のプラズマ発生電源の両極に接続された、2群の自転保持部を有する上記の実施例に限定されるものではない。例えば、自転保持部を3群に分割し、負電位にありグロー放電プラズマ生成の作用極となる期間、その対極として作用する期間、プラズマ発生の電源回路から切り離されプラズマ生成に特に役割を果たさない期間を、役割の位相をずらしてそれぞれ時間的に繰り返すことも本発明の技術的範囲に含まれる。あるいは例えば、自転保持部を3群に分割し、各郡は負電位にありグロー放電プラズマ生成の作用極として動作する時間的割合を2/3、その対極として作用する時間的割合を1/3として、これを各群が位相をずらしてそれぞれ時間的に繰り返すことも本発明の実施の一形態となる。さらに例えば自転保持部を3群に分割し、ここに3相交流の電力を加えるのも本発明の実施の一形態となる。   From such a viewpoint, the range of the third embodiment is not limited to the above-described example having two groups of rotation holding portions connected to both poles of one plasma generating power source. For example, the rotation holding unit is divided into three groups, and has a negative potential and serves as a working electrode for glow discharge plasma generation, a period acting as a counter electrode thereof, and is separated from the plasma generation power supply circuit and does not play a particular role in plasma generation. It is also included in the technical scope of the present invention to repeat the period in time by shifting the phase of the roles. Alternatively, for example, the rotation holding unit is divided into three groups, each group is at a negative potential, and the time ratio of operating as a working electrode for glow discharge plasma generation is 2/3, and the time ratio of operating as the counter electrode is 1/3. As described above, it is also an embodiment of the present invention that each group repeats each time with the phase shifted. Further, for example, it is also an embodiment of the present invention that the rotation holding unit is divided into three groups and three-phase AC power is applied thereto.

また、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、さらには、実施形態の組合せも可能で、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。また、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、たとえば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。   Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and further, combinations of the embodiments are possible, and the shape, structure, material, combination, etc. of each member are appropriately changed without departing from the essence of the invention. Is possible. Further, in the embodiment disclosed this time, matters that are not explicitly disclosed, for example, operating conditions and operating conditions, various parameters, dimensions, weights, volumes, etc. of components deviate from a range that is normally implemented by those skilled in the art. However, matters that can be easily assumed by those skilled in the art are employed.

101 真空成膜装置(第1実施形態のAIP装置)
102 真空成膜装置(第2実施形態のAIP装置)
103 真空成膜装置(第3実施形態のプラズマCVD装置)
2 真空チャンバ
3 真空排気手段(真空ポンプ)
4 自転保持部
5 公転テーブル
6 皮膜供給源
8 公転機構
9 ガス供給部
10 プラズマ発生電源
10A 電源ユニット(第1実施形態)
10B 電源ユニット(第2実施形態)
10C 電源ユニット(第3実施形態)
11 カバー部材
12 円板
13 設置ジグ
14 軸部
15 回転駆動部
16 ボンベ
17 加熱ヒータ
18 第1の群
19 第2の群
P 自転軸
Q 公転軸
W 基材
101 Vacuum deposition apparatus (AIP apparatus of the first embodiment)
102 Vacuum deposition apparatus (AIP apparatus of the second embodiment)
103 Vacuum deposition apparatus (plasma CVD apparatus of the third embodiment)
2 Vacuum chamber 3 Vacuum exhaust means (vacuum pump)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 Rotation holding | maintenance part 5 Revolving table 6 Film supply source 8 Revolution mechanism 9 Gas supply part 10 Plasma generating power supply 10A Power supply unit (1st Embodiment)
10B power supply unit (second embodiment)
10C power supply unit (third embodiment)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Cover member 12 Disk 13 Installation jig 14 Shaft part 15 Rotation drive part 16 Cylinder 17 Heater 18 1st group 19 2nd group P Rotating shaft Q Revolving shaft W Base material

Claims (9)

真空チャンバと、前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気手段と、成膜対象である基材を自転する状態で保持する複数の自転保持部と、前記複数の自転保持部を前記自転保持部の回転軸と軸心平行な公転軸回りに公転させる公転機構とを備えており、前記真空チャンバ内において前記自転保持部に保持された基材に皮膜を形成する真空成膜装置であって、
前記複数の自転保持部は複数の群に分けられ、群毎に異なる電位が供給されることを特徴とする真空成膜装置。
A vacuum chamber, vacuum evacuation means for evacuating the inside of the vacuum chamber, a plurality of rotation holding portions for holding the substrate to be film-formed in a rotating state, and the plurality of rotation holding portions of the rotation holding portion. A revolving mechanism that revolves around a revolving axis that is parallel to the axis of rotation, and a vacuum film forming apparatus that forms a film on the substrate held by the rotation holding unit in the vacuum chamber,
The vacuum film forming apparatus, wherein the plurality of rotation holding units are divided into a plurality of groups, and different potentials are supplied to the respective groups.
前記群毎に異なる電位の電力は、バイアス電源から供給されることを特徴とする請求項1に記載の真空成膜装置。   The vacuum film forming apparatus according to claim 1, wherein electric power having a different potential for each group is supplied from a bias power source. 前記真空成膜装置は、蒸発源をさらに備え、
前記蒸発源が陰極になるように前記蒸発源へ電力を供給する蒸発源用電源と、前記基材へバイアス電圧を供給するバイアス電源とを備え、
前記複数の自転保持部は、少なくとも2つの群に分けられ、
前記各群は、蒸発源用電源の正極に接続される状態と、バイアス電源に接続される状態を、時間的に交互に繰り返えすと共に、少なくとも一つの群は前記蒸発源の陽極として作動する状態を維持することを特徴とする請求項1に記載の真空成膜装置。
The vacuum film forming apparatus further includes an evaporation source,
An evaporation source power source for supplying power to the evaporation source so that the evaporation source becomes a cathode, and a bias power source for supplying a bias voltage to the substrate,
The plurality of rotation holding portions are divided into at least two groups,
Each group repeats the state connected to the positive electrode of the evaporation source power supply and the state connected to the bias power supply alternately in time, and at least one group operates as the anode of the evaporation source. The vacuum film-forming apparatus according to claim 1, wherein the state is maintained.
前記蒸発源用電源の正極に接続された状態にある一つだけの群の接続を切り替える前に、別の群を蒸発源用電源の正極に接続し、双方へ蒸発源用電源の正極から電力が供給される状態を備えることを特徴とする請求項3に記載の真空成膜装置。   Before switching the connection of only one group that is connected to the positive electrode of the evaporation source power source, connect another group to the positive electrode of the evaporation source power source, The vacuum film-forming apparatus according to claim 3, further comprising a state in which is supplied. 前記真空成膜装置は、自転保持部に印加した電圧により前記真空チャンバ内に供給したガスにプラズマを発生させるものであって、自転保持部の各群は、負の電位となりグロー放電プラズマ生成に主体的な役割を果たす作用極として動作する状態と、その対極として動作する状態を、時間的に交互に繰り返すことを特徴とする請求項1に記載の真空成膜装置。   The vacuum film forming apparatus generates plasma in the gas supplied into the vacuum chamber by a voltage applied to the rotation holding unit, and each group of the rotation holding unit becomes a negative potential to generate glow discharge plasma. 2. The vacuum film forming apparatus according to claim 1, wherein a state operating as a working electrode that plays a main role and a state operating as a counter electrode thereof are alternately repeated in time. 前記真空成膜装置は、前記真空チャンバ内に供給された原料ガスにプラズマを発生させるプラズマ発生電源を有し、前記複数の自転保持部は2群で構成され、前記プラズマ発生電源の一方極に接続された第1の群と、前記プラズマ発生電源の他方極に接続される第2の群とのいずれかに分けられることを特徴とする請求項5に記載の真空成膜装置。   The vacuum film forming apparatus includes a plasma generation power source that generates plasma in the source gas supplied into the vacuum chamber, and the plurality of rotation holding portions are configured in two groups, and are provided at one electrode of the plasma generation power source. The vacuum film forming apparatus according to claim 5, wherein the vacuum film forming apparatus is divided into one of a first group connected and a second group connected to the other electrode of the plasma generation power source. 前記公転機構は、前記公転軸回りに公転可能とされた公転テーブルを有しており、
前記複数の自転保持部の各々は、前記公転テーブルの公転軸から等しい半径で且つ公転軸回りに等間隔となるように配備されていることを特徴とする請求項6に記載の真空成膜装置。
The revolving mechanism has a revolving table that can revolve around the revolving axis,
The vacuum film forming apparatus according to claim 6, wherein each of the plurality of rotation holding portions is arranged to have an equal radius from the revolution axis of the revolution table and at equal intervals around the revolution axis. .
前記第1の群に属する自転保持部と第2の群に属する自転保持部とは、互いに同数とされており、前記公転軸回りに1つずつ交番に並んで配備されていることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の真空成膜装置。   The rotation holding portions belonging to the first group and the rotation holding portions belonging to the second group are the same in number, and are arranged side by side in an alternating manner around the revolution axis. The vacuum film-forming apparatus according to claim 6 or 7. 前記第1の群に属する自転保持部と第2の群に属する自転保持部とは、互いに同数とされており、前記公転軸回りに2つずつ交番に並んで配備されていることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の真空成膜装置。   The rotation holding portions belonging to the first group and the rotation holding portions belonging to the second group are the same in number, and two rotation holding portions are arranged side by side around the revolution axis. The vacuum film-forming apparatus according to claim 6 or 7.
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