JP2015093997A - Film deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロセスチャンバー内で処理中のワークにバイアス電圧を印加する成膜装置に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus that applies a bias voltage to a workpiece being processed in a process chamber.
処理対象のワーク上に輸送したプラズマを利用した成膜装置が用いられている。例えば、フィルタード・アーク・デポジション(FAD)法、フィルタード・カソーディック・バキューム・アーク(FCVA)法と呼ばれる手法を用いた真空アーク蒸着装置によれば、材料のターゲット表面(カソード)にアーク放電を連続的に生成し、材料をイオン化したプラズマをワーク表面に導いてワーク上に薄膜が形成される。 A film forming apparatus using plasma transported on a workpiece to be processed is used. For example, according to a vacuum arc deposition apparatus using a method called a filtered arc deposition (FAD) method or a filtered cathodic vacuum arc (FCVA) method, an arc is formed on the target surface (cathode) of the material. A thin film is formed on the work by continuously generating a discharge and guiding the ionized material to the work surface.
プラズマを利用する成膜装置では、ワークにバイアス電圧を印加することによって、ワーク上に輸送されたプラズマをワーク表面に引き込む方法を採用可能である。例えば真空アーク蒸着装置では、膜の密着性向上のために、イオンを高エネルギーでワークに注入するイオンミキシング法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。これにより、膜の密着性が向上する。 In a film forming apparatus using plasma, a method of drawing a plasma transported on a workpiece onto the workpiece surface by applying a bias voltage to the workpiece can be employed. For example, in a vacuum arc deposition apparatus, an ion mixing method has been proposed in which ions are injected into a work with high energy in order to improve film adhesion (see, for example, Patent Document 1). This improves the adhesion of the film.
しかしながら、バイアス電圧が高くなるほど、バイアス電圧が伝播する部分と接地電位の部分との絶縁性を確保しながらワークにバイアス電圧を印加することが困難である。絶縁性が確保できない場合、バイアス電圧が伝播する部分と接地電位の部分との間にリーク電流が流れるなどして、所望のバイアス電圧をワークに印加できないなどの問題が生じる。また、バイアス電圧が伝播する部分と接地電位の部分との間で異常放電が発生して、ワークやプロセスチャンバー内の部品などが破損する場合がある。 However, the higher the bias voltage, the more difficult it is to apply the bias voltage to the workpiece while ensuring the insulation between the portion where the bias voltage propagates and the portion of the ground potential. When insulation cannot be ensured, there arises a problem that a desired bias voltage cannot be applied to the workpiece due to leakage current flowing between the portion where the bias voltage propagates and the portion of the ground potential. In addition, abnormal discharge may occur between the portion where the bias voltage propagates and the portion of the ground potential, and the workpiece, parts in the process chamber, or the like may be damaged.
上記問題点に鑑み、本発明は、プロセスチャンバー内に格納されたワークに高いバイアス電圧を安定して印加できる成膜装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a film forming apparatus capable of stably applying a high bias voltage to a work housed in a process chamber.
本発明の一態様によれば、表面にプラズマが輸送される処理対象のワークにバイアス電圧を印加する成膜装置であって、(イ)プロセスチャンバーと、(ロ)プロセスチャンバー内に格納された筐体のステージホルダと、(ハ)ステージホルダの表面に配置された絶縁材からなる絶縁ステージと、(ニ)ワークが搭載され、絶縁ステージを介してステージホルダ上に配置されてプロセスチャンバー内に格納されたワークホルダと、(ホ)少なくとも一部がステージホルダ内に配置され、一方の端部がステージホルダの壁面及び絶縁ステージを貫通して端部の開口端がワークホルダに面する、絶縁材からなる管形の絶縁パイプと、(ヘ)絶縁パイプの内部に配置され、バイアス電圧をワークホルダを介してワークに印加するバイアス導入シャフトとを備える成膜装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a film forming apparatus for applying a bias voltage to a workpiece to be processed whose plasma is transported to a surface, wherein the film forming device is stored in (a) a process chamber and (b) a process chamber. (C) an insulating stage made of an insulating material disposed on the surface of the stage holder, and (d) a work is mounted and placed on the stage holder via the insulating stage and placed in the process chamber. The stored work holder and (e) at least part of the work holder is disposed in the stage holder, one end penetrates the wall surface of the stage holder and the insulating stage, and the open end of the end faces the work holder. A tubular insulating pipe made of a material, and (f) a bias introduction shaft that is arranged inside the insulating pipe and applies a bias voltage to the work through the work holder. Film forming apparatus is provided with and.
本発明によれば、プロセスチャンバー内に格納されたワークに高いバイアス電圧を安定して印加できる成膜装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the film-forming apparatus which can apply a high bias voltage stably to the workpiece | work stored in the process chamber can be provided.
なお、バイアス電圧が伝播する部分を覆う絶縁材の端部からその絶縁材の表面に沿って接地電位に設定される部分に達するまでの沿面距離に沿って、絶縁パイプ及び絶縁ステージの表面に凹凸を形成する。これにより、プロセスチャンバーやステージホルダのサイズの増大を抑制しつつ、沿面距離を長くしてバイアス電圧が伝播する部分と接地電位の部分との絶縁性を確保できる。 The surface of the insulating pipe and the insulating stage is uneven along the creeping distance from the end of the insulating material covering the portion where the bias voltage propagates to the portion set to the ground potential along the surface of the insulating material. Form. Thereby, while suppressing an increase in the size of the process chamber and the stage holder, it is possible to ensure the insulation between the portion where the bias voltage propagates and the portion of the ground potential by increasing the creepage distance.
更に、ステージホルダにワークホルダを脱着するワーク脱着機構を更に備えることにより、処理の前後において絶縁ステージにワークホルダを取り付けたり取り外したりできる。また、ステージホルダ内に配置された回転導入器を介して絶縁パイプの端部をステージホルダの外側に露出させ、絶縁パイプ及びバイアス導入シャフトを回転軸としてワークをプロセスチャンバー内で回転させるワーク回転機構によって、ワークの主面に均一に成膜処理することができる。このとき、絶縁パイプの他方の端部にロータリーコネクタを配置することによって、バイアス導入シャフトにバイアス電圧を伝播することができる。 Furthermore, the work holder can be attached to or detached from the insulating stage before and after the processing by further providing a work attaching / detaching mechanism for attaching / detaching the work holder to / from the stage holder. Also, a work rotation mechanism that exposes the end of the insulation pipe to the outside of the stage holder via a rotation introducer arranged in the stage holder, and rotates the work in the process chamber with the insulation pipe and the bias introduction shaft as a rotation axis. Thus, the film can be uniformly formed on the main surface of the workpiece. At this time, a bias voltage can be propagated to the bias introduction shaft by disposing a rotary connector at the other end of the insulating pipe.
また、ステージホルダをプロセスチャンバー内で傾ける傾斜機構を備えることによって、ワークの主面が曲面である場合などに、主面の特定の領域のみがプラズマ供給方向に向くことを防止できる。 Further, by providing an inclination mechanism for inclining the stage holder in the process chamber, it is possible to prevent only a specific region of the main surface from being directed in the plasma supply direction when the main surface of the workpiece is a curved surface.
図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic. Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiment of the present invention has the following structure and arrangement of components. It is not something specific. The embodiment of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.
本発明の実施形態に係る成膜装置1を図1に示す。図1は、アーク放電によって生成したプラズマ300を利用して、処理対象のワーク100上に所望の薄膜を形成するFAD法を採用したアークプラズマ成膜装置である。先ず、このアークプラズマ成膜装置について説明する。
A
図1に示したアークプラズマ成膜装置は、成膜用のターゲット200を陰極(カソード)として放電室420内に発生させたアーク放電によって、ターゲット200に含まれる原料の正イオンを含むプラズマ300を生成する。ターゲット200は格納室410に格納され、一部が放電室420内に露出している。このプラズマ300に含まれるターゲット200の正イオンをプラズマ輸送路430を介して放電室420からプロセスチャンバー10内のワーク100表面に輸送して、ワーク100上に薄膜が形成される。
The arc plasma film forming apparatus shown in FIG. 1 generates a
プラズマ300は、プラズマ輸送路430に沿って配置した多段の誘導コイル441〜誘導コイル446によって形成される磁場により、プラズマ輸送路430に沿って誘導される。以下に、誘導コイル441〜誘導コイル446を総称して「誘導コイル440」という。誘導コイル440は、例えば供給される電流によって励磁される環状の電磁誘導コイルである。図示を省略する励磁電流源により供給される電流の大きさに応じて、誘導コイル440により形成される磁場の強さがそれぞれ制御される。誘導コイル440に流れる電流を制御することにより中心磁場が制御され、プラズマ300がプラズマ輸送路430内を誘導される。なお、図1に示したように、放電室420とプラズマ輸送路430、及び誘導コイル440を併せて、以下において「ガンソース部400」という。
The
図1に示したアークプラズマ成膜装置では、ワーク100にバイアス電圧を印加することによって、ガンソース部400からプロセスチャンバー10内のワーク100上に輸送されたプラズマ300を、矢印A1で示したようにワーク100表面に引き込む。以下に、図2を参照して、プロセスチャンバー10について説明する。
In the arc plasma film forming apparatus shown in FIG. 1, the
プロセスチャンバー10内には、ワーク100を搭載したワークホルダ21が表面に配置されたステージホルダ20が格納されている。ステージホルダ20は、内部が空洞の筐体である。成膜装置1によるワーク100の処理中は、プロセスチャンバー10内は真空状態であるが、ステージホルダ20の内部は大気圧に保たれる。なお、プロセスチャンバー10内は真空ポンプ11によって排気され、真空状態が維持される。
The
ワーク100はワークホルダ21に固定され、ワーク100はワークホルダ21ごとステージホルダ20に保持される。また、ステージホルダ20のワークホルダ取付け面には、絶縁材からなる絶縁ステージ22が配置され、ワークホルダ21は絶縁ステージ22を挟んでステージホルダ20に保持される。
The
ステージホルダ20内には、ステージホルダ20のワークホルダ21が配置された壁面を貫通して、絶縁材からなる管形の絶縁パイプ30が配置されている。つまり、ステージホルダ20の外側に絶縁パイプ30の一方の端部31が露出している。このとき、端部31の開口端がワークホルダ21に面するように、貫通孔がステージホルダ20及び絶縁ステージ22に形成される。絶縁パイプ30と絶縁ステージ22には、例えばアルミナ材などが使用される。
Inside the
更に、絶縁パイプ30の内部にバイアス導入シャフト40が配置されている。バイアス導入シャフト40は絶縁パイプ30の端部31の開口端でワークホルダ21に電気的に接続し、ワークホルダ21に固定されたワーク100にバイアス電圧を印加する。バイアス導入シャフト40やワークホルダ21には、ステンレス鋼(SUS)や銅(Cu)、アルミニウム(Al)などの導体が使用される。
Further, a
ワークホルダ21は、例えばピンやフックなどによってバイアス導入シャフト40の端部に固定される。
The
絶縁パイプ30とバイアス導入シャフト40とは密着させてもよいし、絶縁パイプ30とバイアス導入シャフト40間に隙間があってもよい。絶縁パイプ30とバイアス導入シャフト40間に隙間がある場合には、例えば図3(a)、図3(b)に示すように、Oリングシール35を配置して絶縁パイプ30とバイアス導入シャフト40間の真空シールを行う。
The insulating
図4(a)、図4(b)に示すように、成膜装置1はステージホルダ20に設けた絶縁ステージ22にワークホルダ21を脱着するワーク脱着機構70を備える。即ち、絶縁パイプ30のパイプ支持部75を介して絶縁パイプ30及びその内部に構成するバイアス導入シャフト40に接続するワーク脱着機構70によって、絶縁パイプ30及びその内部のバイアス導入シャフト40が矢印A3で示したように移動する。これにより、ワークホルダ21が絶縁ステージ22から離れたり、密着したりする。ワークホルダ21を絶縁ステージ22から離すことによって、処理の前後において絶縁ステージ22にワークホルダ21を取り付けたり取り外したりできる。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
ワーク脱着機構70には、例えばエアシリンダなどを採用可能である。図4では絶縁パイプ30の両側にそれぞれワーク脱着機構70を配置する例を示したが、絶縁パイプ30及びバイアス導入シャフト40が安定して移動できるなら、ワーク脱着機構70が1台であってもよい。
For example, an air cylinder or the like can be employed as the
また、成膜装置1は、図5に示すように、絶縁パイプ30及びバイアス導入シャフト40を回転軸としてワークホルダ21に固定されたワーク100をプロセスチャンバー10内で回転させるワーク回転機構80を備える。例えば図5に矢印A4で示すワーク回転機構80の回転によって、絶縁パイプ30に接続するギア85を介して絶縁パイプ30及びバイアス導入シャフト40の延伸方向を回転軸方向として矢印A5の方向に回転させる。ワーク回転機構80には、例えばモータなどを採用する。
Further, as shown in FIG. 5, the
なお、ステージホルダ20内に配置された絶縁パイプ30及びバイアス導入シャフト40の回転によってステージホルダ20の外側に配置されるワーク100及びワークホルダ21を回転させるために、回転導入器50がステージホルダ20内に配置されている。回転導入器50は、例えば磁性流体シールなどであり、回転導入器50を介して絶縁パイプ30とバイアス導入シャフト40の端部がステージホルダ20の外側(真空中)に露出している。ステージホルダ20の外側でバイアス導入シャフト40をワークホルダ21に連結することによって、真空中でワーク100を回転させることができる。
In order to rotate the
ガンソース部400からのプラズマ供給方向に面するワーク100の主面を、上記のように主面の面法線方向を回転軸方向として回転させることによって、ワーク100の主面に均一に成膜処理することができる。
By rotating the main surface of the
図2に示す成膜装置1では、バイアス電圧がバイアス供給装置12からプロセスチャンバー10内に供給される。バイアス供給装置12は、例えば直流電圧や直流パルス電圧を出力する。バイアス供給装置12から出力されたバイアス電圧は、プロセスチャンバー10内でステージホルダ20を支持する支持部13の内部を通過し、ステージホルダ20内に配置されたバイアス用ケーブル16を伝播する。バイアス用ケーブル16は絶縁材によって被覆され、更に、プロセスチャンバー10の壁面やステージホルダ20の壁面から離間して空中配線されている。
In the
なお、図2に示したように、中空である支持部13の内部ではバイアス用ケーブル16が絶縁支持部14によって支持され、バイアス用ケーブル16が支持部13の内壁から離間するように配置される。バイアス用ケーブル16は導体を絶縁材で被覆した構造であり、その外側に絶縁支持部14が構成される。
As shown in FIG. 2, the
前述のようにワークホルダ21を絶縁パイプ30及びバイアス導入シャフト40ごと回転させるため、バイアス導入シャフト40とバイアス用ケーブル16とは、例えばロータリーコネクタ60などを用いて電気的に接続することが好ましい。即ち、ワーク100側の端部31とは反対側の絶縁パイプ30の端部32にロータリーコネクタ60が配置される。そして、バイアス導入シャフト40と電気的に接続されたロータリーコネクタ60とバイアス用ケーブル16とが電気的に接続される。ロータリーコネクタ60は絶縁材65で覆われている。
In order to rotate the
また、成膜装置1は、ステージホルダ20をプロセスチャンバー10内で傾ける傾斜機構15を更に備える。傾斜機構15は、ステージホルダ20を支持する支持部13を、図2に矢印A2で示すように支持部13の延伸方向を回転軸方向として回転させる。これにより、図6に矢印A6で示すようにステージホルダ20が傾き、ステージホルダ20に搭載されたワーク100の主面の方向が変化する。図6は、支持部13の延伸する方向から見た図である。
The
傾斜機構15は、例えばワーク100の処理対象である主面101が図7(a)に示すように凸状の曲面を有する場合や、図7(b)に示すように凹状の曲面を有する場合などに有効である。即ち、ワーク100の主面101が曲面である場合などに、主面101の特定の領域のみがガンソース部400からのプラズマ供給方向に向くことを防止できる。これにより、ワーク100の主面101が曲面であっても、主面全体を均一に処理できる。
The
ワーク脱着機構70やワーク回転機構80は、例えば図8に示すように、ステージホルダ20内で回転導入器50の周囲に配置される。図8は、絶縁パイプ30及びバイアス導入シャフト40の延伸方向からみた平面図である。図8では、絶縁パイプ30やバイアス導入シャフト40、ステージホルダ20の断面が円形状である例を示したが、断面が多角形などの他の形状であってもよい。
For example, as shown in FIG. 8, the workpiece attaching /
ステージホルダ20内は大気圧であるため、ワーク脱着機構70やワーク回転機構80などを真空仕様にする必要がない。このため、成膜装置1の製造コストを抑制することができる。
Since the inside of the
次に、成膜装置1内部での絶縁性の確保について説明する。以下において、ワーク100に印加されるバイアス電圧が伝播する経路に含まれる部分を、「バイアス印加部」という。つまり、バイアス導入シャフト40、ロータリーコネクタ60、ワークホルダ21、ワーク100などはバイアス印加部である。また、ワーク100の処理工程中に接地電位に設定される部分を、以下において「接地電位部」という。例えば、プロセスチャンバー10の壁面やステージホルダ20、支持部13などは接地電位部である。
Next, securing insulation in the
バイアス印加部と接地電位部との間で絶縁性が保たれないと、バイアス印加部と接地電位部間にリーク電流が流れるなどして、所望の大きさのバイアス電圧をワーク100に印加できないという問題が生じる。また、バイアス印加部と接地電位部間で異常放電が発生して、ワーク100やプロセスチャンバー10内の部品などが破損する場合がある。
If insulation is not maintained between the bias application unit and the ground potential unit, a leak current flows between the bias application unit and the ground potential unit, and a bias voltage having a desired magnitude cannot be applied to the
このため、絶縁パイプ30によって、バイアス印加部であるバイアス導入シャフト40はシールドされている。高いバイアス電圧の場合にもバイアス導入シャフト40をシールドできるように、バイアス電圧の大きさや材料の絶縁破壊電圧などを考慮して、絶縁パイプ30の材料と厚みを選択する。例えば、絶縁パイプ30を厚み10cm程度のアルミナ材で構成する。
For this reason, the
また、ワークホルダ21とステージホルダ20の間は絶縁ステージ22によってシールドされている。絶縁ステージ22についても、バイアス電圧の大きさや材料の絶縁破壊電圧などを考慮して、絶縁ステージ22の材料と厚みを選択する。例えば、絶縁ステージ22を厚み20cm程度のアルミナ材で構成する。また、ロータリーコネクタ60を十分な厚みの絶縁材65でシールドする。
The
上記の絶縁パイプ30、絶縁ステージ22、絶縁材65を、例えば絶縁破壊電圧が13.0kV/mmのアルミナで構成する場合、バイアス電圧V(kV)として、以下の式(1)が成立するようにアルミナの膜厚d(mm)を設定する:
d≧V/13.0×k ・・・(1)
式(1)で、kは安全係数である。ロータリーコネクタ60を覆う絶縁材65を十分な厚みにするためには、例えばk=10とする。
When the insulating
d ≧ V / 13.0 × k (1)
In equation (1), k is a safety factor. In order to make the insulating
また、バイアス印加部の絶縁材に覆われずに露出した箇所と接地電位部との間で絶縁性を保つ必要がある。 In addition, it is necessary to maintain insulation between a portion exposed without being covered with the insulating material of the bias applying portion and the ground potential portion.
本発明の実施形態に係るプロセスチャンバー10によれば、従来技術よりも高いバイアス電圧をワークに印加できること、及び装置サイズの増大を抑制できることを、プロセスチャンバー10と以下の比較例1〜比較例3との比較によって説明する。
According to the
図9〜図11に示したそれぞれ示した比較例1〜比較例3について以下に検討する。比較例1〜比較例3は、FAD法を用いた真空アーク蒸着装置などに使用可能なプラズマチャンバーの例である。 Comparative Examples 1 to 3 shown in FIGS. 9 to 11 will be discussed below. Comparative Examples 1 to 3 are examples of plasma chambers that can be used in a vacuum arc deposition apparatus using the FAD method.
図9に示した比較例1では、ワーク100を固定したワークホルダ21aに接続する回転軸501を真空に維持したプロセスチャンバー10a内に導入するために、回転導入器502を使用する。そして、バイアス供給装置503から回転導入器502にバイアス電圧を供給して、回転導入器502の内側に配置された回転軸501を介してワークホルダ21a及びワーク100にバイアス電圧を印加する。
In the comparative example 1 shown in FIG. 9, the
図10に示した比較例2では、ステージホルダ20a内の回転軸501の端部に設置したカーボンブラシなどのスリップリング504を介することで、ワーク100にバイアス電圧が印加される。
In Comparative Example 2 shown in FIG. 10, a bias voltage is applied to the
比較例1及び比較例2においては、プロセスチャンバー10a及びステージホルダ20aは接地電位部であり、ワークホルダ21aや回転導入器502はバイアス印加部である。なお、図9〜図11では、バイアス印加部を太線で図示している。バイアス印加部とプロセスチャンバー10aやステージホルダ20aとの絶縁性を確保するために、回転導入器502とプロセスチャンバー10aの間に絶縁材505が配置されている。
In Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the
比較例1のように磁性流体シールの回転導入器502を介してワーク100に−10kV〜−50kV程度のバイアス電圧を印加すると、回転部のベアリングや真空シール部の磁性流の発熱、劣化が生じ、部品が破損する。このため、比較例1の構成では、高いバイアス電圧をワーク100に印加できない。
When a bias voltage of about −10 kV to −50 kV is applied to the
また、比較例2のようにスリップリング504を介してワーク100に高いバイアス電圧を印加する場合、高電圧用のサイズの大きいスリップリング504を使用する必要がある。
Further, when a high bias voltage is applied to the
更に、比較例1や比較例2では、バイアス印加部と接地電位部間の絶縁性を確保するために、回転導入器502やワークホルダ21aなどのバイアス印加部と接地電位部との間に十分な空間距離及び沿面距離を確保する必要がある。例えば、回転導入器502とステージホルダ20a間の距離や、スリップリング504とステージホルダ20aの壁面間の距離を長くする必要がある。このため、プロセスチャンバー10aやステージホルダ20aのサイズが大きくなるなどの問題が生じる。
Furthermore, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, in order to ensure the insulation between the bias application unit and the ground potential unit, it is sufficient between the bias application unit such as the
図11に示した比較例3では、ワーク100を回転させるために回転軸601をプロセスチャンバー10b内部に貫通させる。回転軸601は、外部のモータ605によって回転される。バイアス供給装置604から回転軸601にバイアス電圧を供給することによって、軸受け602及びギア603を介して、ワークホルダ21b上のワーク100にバイアス電圧が印加される。
In the comparative example 3 shown in FIG. 11, in order to rotate the workpiece |
比較例3の構成で高いバイアス電圧をワーク100に印加する場合、真空中に配置される回転軸601、軸受け602、ギア603、ワークホルダ21bに高いバイアス電圧が印加されることになる。このため、回転軸601のプロセスチャンバー10bへの導入部に絶縁材606が配置され、軸受け602がプロセスチャンバー10bに支持される部分に絶縁材607が配置されている。また、モータ605と回転軸601間にインシュレータ608が配置されている。そして、バイアス印加部と接地電位部であるプロセスチャンバー10bの内壁面との間に十分な空間距離及び沿面距離を確保する必要がある。その結果、プロセスチャンバー10bのサイズが大きくなるという問題が生じる。
When a high bias voltage is applied to the
上記の比較例の問題点に対して、本発明の実施形態に係るプロセスチャンバー10では、バイアス印加部と接地電位部間の空間距離及び沿面距離について以下のような対策が取られる。以下の対策は、本発明者らが実験を重ねるなどして得られた新たな知見に基づいて、設定し得たものである。
In the
まず、バイアス電圧をVとして、バイアス印加部と接地電位部間の空間距離Y1について、式(2)の条件が設定される:
Y1(mm)≧|V(kV)|×3 ・・・(2)
空間距離Y1は、バイアス印加部と、そのバイアス印加部に直接に対向する接地電位部との間の距離である。
First, with the bias voltage set to V, the condition of equation (2) is set for the spatial distance Y1 between the bias applying unit and the ground potential unit:
Y1 (mm) ≧ | V (kV) | × 3 (2)
The spatial distance Y1 is a distance between the bias application unit and the ground potential unit that directly faces the bias application unit.
例えば、図12に示すワーク100とプロセスチャンバー10の内壁面間の距離D1が、空間距離Y1の一例である。ワーク100に−25kVのバイアス電圧を印加する場合には、距離D1は75mm以上とする。
For example, the distance D1 between the
バイアス印加部と接地電位部間の沿面距離Y2について、式(3)の条件が設定される:
Y2(mm)≧|V(kV)|×6 ・・・(3)
沿面距離とは、例えばバイアス印加部を覆う絶縁材の端部から絶縁材表面に沿って接地電位部に達するまでの距離である。沿面距離の例を、図13に示す。
For the creepage distance Y2 between the bias applying part and the ground potential part, the condition of the formula (3) is set:
Y2 (mm) ≧ | V (kV) | × 6 (3)
The creepage distance is, for example, a distance from the end portion of the insulating material covering the bias application portion to the ground potential portion along the surface of the insulating material. An example of the creepage distance is shown in FIG.
図13に示すように、絶縁パイプ30の端部32におけるバイアス導入シャフト40からパイプ支持部75までの、絶縁パイプ30の表面に沿った距離D2が沿面距離の一例である。また、絶縁パイプ30の端部31におけるバイアス導入シャフト40から回転導入器50までの、絶縁パイプ30の表面に沿った距離D3も沿面距離である。
As shown in FIG. 13, a distance D <b> 2 along the surface of the insulating
更に、図14に示すように、ワークホルダ21からステージホルダ20までの絶縁ステージ22の表面及び絶縁パイプ30の表面に沿った距離D4も、沿面距離である。
Furthermore, as shown in FIG. 14, the distance D4 along the surface of the insulating
距離D2〜距離D4は式(3)を満足するように設定される。例えばバイアス電圧が−25kVの場合は150mm以上、バイアス電圧が−50kVの場合は300mm以上に、距離D2〜距離D4が設定される。 The distance D2 to the distance D4 are set so as to satisfy the expression (3). For example, the distance D2 to the distance D4 are set to 150 mm or more when the bias voltage is −25 kV, and 300 mm or more when the bias voltage is −50 kV.
プロセスチャンバー10やステージホルダ20のサイズの増大を抑制しつつ距離D2を長くするためには、例えば図15に示すように、絶縁パイプ30の外側表面に凹凸を形成してもよい。即ち、絶縁パイプ30の外側をフィン形状にする。
In order to increase the distance D2 while suppressing an increase in the size of the
また、距離D4を長くするためには、絶縁ステージ22を厚くすることが有効である。或いは、絶縁ステージ22の表面に凹凸を形成してもよい。
In order to increase the distance D4, it is effective to make the insulating
絶縁パイプ30の外側表面に形成する凹凸の高低差が大きいほど、バイアス導入シャフト40の長さを短くできる。また、絶縁ステージ22の表面に形成する凹凸の高低差が大きいほど、ワークホルダ21からステージホルダ20までの距離を短縮できる。例えば、絶縁パイプ30の端部32からパイプ支持部75までの距離は、絶縁パイプ30の外側表面に凹凸を形成すると100mm程度である場合に、凹凸がない場合は200mm以上に設定される。凹凸の高低差が大きいほど、成膜装置1を小型化できる。
The length of the
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る成膜装置1では、ワーク100に印加するバイアス電圧を伝播するバイアス導入シャフト40が、絶縁パイプ30によってシールドされている。このため、成膜装置1のサイズ増大を抑制しつつバイアス印加部と接地電位部間の絶縁性を確保して、ワーク100に高いバイアス電圧を安定して印加できる。更に、空間距離Y1と沿面距離Y2を式(2)、式(3)のように規定することにより、バイアス印加部と接地電位部間の絶縁性を確実に維持できる。装置サイズが同様である場合に、従来構造ではワーク100に安定して印加できるバイアス電圧は−500V程度であるのに対し、成膜装置1によればワーク100に−30kV程度のバイアス電圧を安定して印加できる。
As described above, in the
例えば、図1に示したアークプラズマ成膜装置によれば、−30kV程度の高いバイアス電圧をワーク100に印加することによって、ワーク100上に密着性の高い膜を形成することができる。ターゲット200にカーボンターゲットを用いることにより、ワーク100にダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜などを良好に形成できる。
For example, according to the arc plasma film forming apparatus shown in FIG. 1, a film having high adhesion can be formed on the
ワーク100は、例えばレンズの金型や基板などである。−30kV程度の高いバイアス電圧をワーク100に印加可能であり、更にワーク100を回転させるワーク回転機構80やワーク100を傾斜させる傾斜機構15を有する成膜装置1によれば、表面が曲面の金型にも所望の膜を良好に成膜できる。例えば、耐熱性保護膜としてレンズ金型の表面にカーボン膜を成膜する。
The
また、プロセスチャンバー10内での異常放電が抑制されるために、処理対象のワーク100の破損や製品の短寿命化が防止される。表面粗さが低減され、工具や機械部品を処理対象とした場合などに摩擦係数の低減や耐摩擦性の向上を実現できる。
Moreover, since abnormal discharge in the
(その他の実施形態)
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、アークプラズマ成膜装置以外のプラズマ化学気相成長(CVD)装置や、プラズマスパッタ装置、プラズマアッシング装置、プラズマエッチング装置などに、本発明の実施形態に係るプロセスチャンバー10の構成は適用可能である。これらの装置においても、プラズマをワーク100表面に効果的に引き込むことができる。
For example, the configuration of the
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
1…成膜装置
10…プロセスチャンバー
13…支持部
15…傾斜機構
16…バイアス用ケーブル
20…ステージホルダ
21…ワークホルダ
22…絶縁ステージ
30…絶縁パイプ
31、32…端部
40…バイアス導入シャフト
50…回転導入器
60…ロータリーコネクタ
70…ワーク脱着機構
80…ワーク回転機構
100…ワーク
200…ターゲット
300…プラズマ
400…ガンソース部
410…格納室
420…放電室
430…プラズマ輸送路
440…誘導コイル
DESCRIPTION OF
Claims (8)
プロセスチャンバーと、
前記プロセスチャンバー内に格納された筐体のステージホルダと、
前記ステージホルダの表面に配置された絶縁材からなる絶縁ステージと、
前記ワークが搭載され、前記絶縁ステージを介して前記ステージホルダ上に配置されて前記プロセスチャンバー内に格納されたワークホルダと、
少なくとも一部が前記ステージホルダ内に配置され、一方の端部が前記ステージホルダの壁面及び前記絶縁ステージを貫通して前記端部の開口端が前記ワークホルダに面する、絶縁材からなる管形の絶縁パイプと、
前記絶縁パイプの内部に配置され、前記バイアス電圧を前記ワークホルダを介して前記ワークに印加するバイアス導入シャフトと
を備えることを特徴とする成膜装置。 A film forming apparatus for applying a bias voltage to a workpiece to be processed whose plasma is transported to the surface,
A process chamber;
A stage holder of a housing stored in the process chamber;
An insulating stage made of an insulating material disposed on the surface of the stage holder;
The work holder on which the work is mounted and disposed on the stage holder via the insulating stage and stored in the process chamber;
A tube shape made of an insulating material, at least a part of which is arranged in the stage holder, one end of which penetrates the wall surface of the stage holder and the insulating stage, and the open end of the end faces the work holder. Insulated pipes,
A film forming apparatus comprising: a bias introduction shaft that is disposed inside the insulating pipe and applies the bias voltage to the work through the work holder.
前記バイアス電圧が伝播する部分を覆う絶縁材の端部から該絶縁材の表面に沿って接地電位に設定される部分に達するまでの沿面距離が、前記バイアス電圧をV(kV)として、|V|×6(mm)以上であることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。 The spatial distance between the portion where the bias voltage propagates and the portion set at the ground potential directly opposite to the portion is equal to or greater than | V | × 3 (mm), where the bias voltage is V (kV). ,
The creepage distance from the end of the insulating material covering the portion where the bias voltage propagates to the portion set to the ground potential along the surface of the insulating material is represented by | V, where the bias voltage is V (kV). The film forming apparatus according to claim 1, wherein | × 6 (mm) or more.
前記ステージホルダ内に配置された回転導入器と
を更に備え、前記回転導入器を介して前記絶縁パイプの前記端部が前記ステージホルダの外側に露出していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の成膜装置。 A work rotation mechanism for rotating the work in the process chamber with the insulating pipe and the bias introduction shaft as a rotation axis;
And a rotation introducer disposed in the stage holder, wherein the end of the insulating pipe is exposed to the outside of the stage holder through the rotation introducer. 5. The film forming apparatus according to any one of 4 above.
前記プロセスチャンバーと前記放電室とを連結するプラズマ輸送路と
を更に備え、前記放電室内でアーク放電を励起して前記ターゲットの表面に形成したアークプラズマを前記プラズマ輸送路を介して前記ワーク上に輸送し、前記ターゲットに含まれる原料を主成分とする膜を前記ワーク上に形成することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の成膜装置。 A discharge chamber in which the target is stored;
A plasma transport path connecting the process chamber and the discharge chamber; and arc plasma formed on the surface of the target by exciting an arc discharge in the discharge chamber on the workpiece via the plasma transport path. The film forming apparatus according to claim 1, wherein a film that is transported and mainly includes a raw material contained in the target is formed on the workpiece.
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