JP5656019B2 - Film forming device - Google Patents
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本発明は、プレート状のワークに非晶質炭素膜などの被膜を形成するのに用いられる被膜形成装置に関し、とくに、被膜を有するワークの量産化に好適な被膜形成装置に関するものである。 The present invention relates to a film forming apparatus used for forming a film such as an amorphous carbon film on a plate-shaped workpiece, and more particularly to a film forming apparatus suitable for mass production of a workpiece having a film.
この種の被膜形成装置としては、例えば、特許文献1に記載されているようなものがあった。この特許文献1に記載の装置は、基板の片面を連続的に真空処理するインライン式の装置であって、直線的に連接された複数の真空処理室と、基板を保持して複数の真空処理室に順次搬送される複数のキャリアなどを備え、各真空処理室に対して基板を二列で順次搬送して真空処理を行うものである。特許文献1には、真空処理として、基板の表面にスパッタリングによる成膜を行うことが記載されている。また、上記の装置は、各真空処理室での処理時間を調整するために、真空処理室の間に予備室を備えている。
As this type of film forming apparatus, for example, there is an apparatus described in
ところで、上記の装置を使用して基板にスパッタリングによる被膜を形成するには、少なくとも、基板を収容した真空処理室を真空引きして室内の不純物を除去する工程と、真空処理室を加熱して室内の水分を除去する工程と、不活性ガスをイオン化してターゲットに衝突させることでターゲットの原子・分子を弾き飛ばし、基板に被膜を形成する工程と、基板の冷却を行う工程を経る必要があり、当然のことながら各工程の処理時間が異なるものとなっている。 By the way, in order to form a film by sputtering on the substrate using the above-described apparatus, at least a vacuum processing chamber containing the substrate is evacuated to remove impurities in the chamber, and the vacuum processing chamber is heated. It is necessary to go through a process of removing moisture in the room, a process of forming a film on the substrate by ionizing an inert gas and causing it to collide with the target to form a film on the substrate, and a process of cooling the substrate Yes, as a matter of course, the processing time of each process is different.
ところが、上記したような従来の装置にあっては、複数の真空処理室を直線的に配置し、その複数の真空処理室(工程)に基板を順次搬送する構造であり、全ての基板を一斉に同速度で搬送することができないので、予備室を設けて処理時間の差を調整することが不可欠である。これにより、従来の装置は、全体構造が大型化して、製造コストの低減やタクトタイムの短縮が難しいという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。 However, the conventional apparatus as described above has a structure in which a plurality of vacuum processing chambers are linearly arranged and the substrates are sequentially transferred to the plurality of vacuum processing chambers (processes). Therefore, it is essential to provide a spare chamber to adjust the difference in processing time. As a result, the conventional apparatus has a problem that the entire structure is enlarged, and it is difficult to reduce the manufacturing cost and the tact time, and it is a problem to solve such a problem.
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化を実現することができる被膜形成装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a film forming apparatus capable of realizing a reduction in manufacturing cost and a reduction in tact time.
本発明の被膜形成装置は、プレート状のワークの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置である。この被膜形成装置は、所定間隔で配列した複数の真空チャンバーと、これらの真空チャンバーをその配列方向に移動させるチャンバー移送手段と、ワークを収容した真空チャンバーの内部を真空引きする真空排気手段を備えている。 The film forming apparatus of the present invention is an apparatus that forms a film on the surface of a plate-like workpiece by sputtering. The film forming apparatus includes a plurality of vacuum chambers arranged at predetermined intervals, a chamber transfer means for moving these vacuum chambers in the arrangement direction, and a vacuum exhaust means for evacuating the inside of the vacuum chamber containing the workpiece. ing.
そして、被膜形成装置は、各真空チャンバーが、その内部でワークを保持するワーク治具と、スパッタリング用のターゲットと、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、ターゲットに高電圧を印加する電圧印加手段を備えている構成としており、その構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。 In the coating film forming apparatus, each vacuum chamber applies a high voltage to the work jig, a sputtering target, an inert gas introduction means for introducing an inert gas, and a target for holding the workpiece therein. The voltage application means is provided, and the structure serves as means for solving the conventional problems.
上記の構成では、不活性ガスを導入した真空雰囲気において、ターゲットを陰極として高電圧を印加することでグロー放電が発生し、不活性ガスをイオン化してターゲットに衝突させることでターゲットの原子・分子を弾き飛ばし、ワークに被膜を形成する。この際、弾き飛ばすターゲットの原子・分子のエネルギー量を増すために、ターゲットの裏面に、外側磁極の磁力を内側より強くして磁力のバランスを意図的に崩した非平衡磁場を形成する磁気回路を備えている。また、被膜形成中にワークに印加されるバイアス電圧によってエネルギーを制御した不活性ガスのイオンをワークに照射することができ、ターゲットの原子・分子のエネルギー量を増大することができ、これにより被膜特性を制御することができる。 In the above configuration, in a vacuum atmosphere into which an inert gas is introduced, a glow discharge is generated by applying a high voltage using the target as a cathode, and the atoms and molecules of the target are ionized and collided with the target. The film is formed on the work. At this time, in order to increase the energy amount of the target atoms and molecules to be blown off, a magnetic circuit is formed on the back surface of the target to form a non-equilibrium magnetic field that intentionally breaks the balance of the magnetic force by increasing the magnetic force of the outer magnetic pole from the inner side. It has. In addition, it is possible to irradiate the workpiece with ions of an inert gas whose energy is controlled by a bias voltage applied to the workpiece during film formation, thereby increasing the amount of energy of atoms and molecules of the target. Properties can be controlled.
本発明の被膜形成装置によれば、プレート状のワークの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置において、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化を実現することができる。 According to the film forming apparatus of the present invention, in an apparatus for forming a film by sputtering on the surface of a plate-like workpiece, it is possible to realize a reduction in manufacturing cost and a reduction in tact time.
図1は、本発明の被膜形成装置の一実施形態を説明する図である。
図1(A)に示す被膜形成装置は、プレート状のワークWの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置である。ワークWは、その平面形状や材料がとくに限定されるものではないが、例えば金属製の矩形のプレートであって、その表面にスパッタリングにより導電性被膜を形成することで、導電部材として用いられる。この場合、ワークWは導電部材の基材である。
FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of the film forming apparatus of the present invention.
The film forming apparatus shown in FIG. 1 (A) is an apparatus that forms a film on the surface of a plate-like workpiece W by sputtering. Although the planar shape and material of the workpiece W are not particularly limited, the workpiece W is, for example, a metal rectangular plate, and is used as a conductive member by forming a conductive film on the surface thereof by sputtering. In this case, the workpiece W is a base material for the conductive member.
被膜形成装置は、所定間隔で配列した複数の真空チャンバー1A〜1Pと、これらの真空チャンバー1A〜1Pをその配列方向に移動させるチャンバー移送手段と、ワークWを収容した真空チャンバー1A〜1Pの内部を真空引きする真空排気手段を備えている。この実施形態では、16個の真空チャンバー1A〜1Pを例示しており、チャンバー移送手段がロータリテーブル2であり、真空排気手段が真空ポンプ3である。
The film forming apparatus includes a plurality of
図示例の被膜形成装置は、基台50上に、回転駆動されるロータリテーブル2を備えており、このロータリテーブル2上に、各真空チャンバー1A〜1Pを等間隔で放射状に配列している。これにより、各真空チャンバー1A〜1Pは、円形の周回経路上に配置され、その配列方向に一斉に移動する。
The film forming apparatus of the illustrated example includes a rotary table 2 that is rotationally driven on a
各真空チャンバー1A〜1Pは、図1(B)にも示すように、1枚のワークWを収容して処理するのに足りる大きさであり、多数枚のワークを処理する真空処理室に比べて明らかに小型である。各真空チャンバー1A〜1Pは、その内部でワークWを保持するワーク治具4と、スパッタリング用のターゲット5と、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段14と、ターゲット5を陰極として高電圧を印加する電圧印加手段16を備えている。また、各真空チャンバー1A〜1Pは、弾き飛ばすターゲット5の原子・分子のエネルギー量を増すための磁気回路6をターゲット5の裏面に備えており、このほか、内部を加熱するための加熱手段7を備えている。
As shown in FIG. 1B, each of the
図1(B)に示す真空チャンバー1A〜1Pでは、ワークWの片側に、ターゲット5及び磁気回路6が配置してある。したがって、この実施形態では、ワークWの片面に被膜を形成する。なお、ワークWの両面に被膜を形成する場合には、後述する実施形態のようにワークWの両側にターゲット5及び磁気回路6を配置すればよい。
In the
ワーク治具4は、プレート状のワークWの両端部を保持し、この際、ターゲット5の表面とワークWの表面とが平行となる状態に前記ワークWを保持する。また、図示例のワーク治具4は、固定式のものであるが、後述する可動式の場合には、ワークの移動距離を短縮するために、矩形状のワークWの長辺を保持して短辺に沿う方向に移動する構成にするのが望ましい。
The
被膜形成装置におけるスパッタリングとしては、弾き飛ばすターゲット5の原子・分子のエネルギー量を増すため、外側磁極の磁力を内側よりも強くして磁力のバランスを意図的に崩した非平衡磁場を形成する磁気回路6をターゲット6の裏面に備えたアンバランスドマグネトロンスパッタ(UBMS)法としても良い。また、被膜形成中にワークWに印加されるバイアス電圧によってエネルギーを制御した不活性ガスのイオンをワークWに照射するようにし、被膜特性を制御する方式にするのがより望ましい。
As sputtering in the film forming apparatus, in order to increase the amount of energy of atoms and molecules of the
上記の真空チャンバー1A〜1Pは、図1(A)に一部を示すように、ロータリテーブル4の外周側となる先端部に、その内部を開閉する蓋体Cを備えると共に、ロータリテーブル4の中心となる基端部に、配管8が連結してある。
The
これに対して、被膜形成装置は、先述の真空ポンプ3のほか、不活性ガス供給装置9及び主電源10を備えている。そして、被膜形成装置は、ロータリテーブル4の中心に、流体経路や電気配線を含む分岐体11を備え、分岐体11及び各配管(一部を示す)8を介して、各真空チャンバー1A〜1Pの真空引きや、不活性ガス及び電力の供給を行うようにしてある。このため、各配管7には、真空チャンバー内の減圧状態を維持するためのバルブや、不活性ガスの流量調整を行うためのバルブが設けてある。
In contrast, the film forming apparatus includes an inert
また、被膜形成装置は、図1(A)に示すように、円形の周回経路において、準備領域A1と、真空引き領域A2と、加熱領域A3と、ボンバード領域A4と、成膜領域A5を図中矢印で示す一方向に順に備えている。 In addition, as shown in FIG. 1A, the film forming apparatus illustrates a preparation area A1, a vacuuming area A2, a heating area A3, a bombarded area A4, and a film forming area A5 in a circular circuit. They are provided in order in one direction indicated by the middle arrow.
準備領域A1は、当該領域における真空チャンバー(1O〜1C)に対してワークWを出し入れするための領域である。真空引き領域A2は、ワークWを収容した真空チャンバー(1D,1E)内を真空引きして不純物を除去するための領域である。加熱領域A3は、真空チャンバー(1F,1G)内を加熱して水分を除去するための領域である。ボンバード領域A4は、真空チャンバー(1H,1I)内に不活性ガスを供給してワーク表面の酸化被膜を除去するための領域である。そして、成膜領域A5は、当該領域における真空チャンバー(1J〜1N)内のワークWの表面に被膜を形成するための領域である。 The preparation area A1 is an area for putting the workpiece W in and out of the vacuum chamber (1O to 1C) in the area. The evacuation region A2 is a region for removing impurities by evacuating the vacuum chamber (1D, 1E) containing the workpiece W. The heating region A3 is a region for removing moisture by heating the inside of the vacuum chamber (1F, 1G). The bombarded region A4 is a region for supplying an inert gas into the vacuum chamber (1H, 1I) to remove the oxide film on the workpiece surface. And film-forming area | region A5 is an area | region for forming a film on the surface of the workpiece | work W in the vacuum chamber (1J-1N) in the said area | region.
上記の成膜領域A5では、不活性ガスを導入した真空雰囲気において、ターゲット5を陰極として高電圧を印加することでグロー放電が発生し、不活性ガス(例えばアルゴンガス)をイオン化してターゲットに衝突させることでターゲットの原子・分子を弾き飛ばし、ワークWに被膜を形成する。すなわち、スパッタリングによる被膜形成が行われることとなる。
In the film formation region A5, glow discharge is generated by applying a high voltage using the
ここで、ワーク(基板)にスパッタリングによる被膜を形成する場合には、先述したように様々な工程を経ることになるが、この際、各工程における処理時間は様々である。これに対して、本発明の被膜形成装置は、各真空チャンバー1A〜1Pが一斉に等速度で移動するので、各工程の処理時間を真空チャンバー1A〜1Pの移動距離に換算して、各領域A1〜A5の長さを設定する。
Here, when a coating film is formed on a workpiece (substrate) by sputtering, various processes are performed as described above. At this time, the processing time in each process varies. On the other hand, in the film forming apparatus of the present invention, the
上記構成を備えた被膜形成装置は、ロータリテーブル4により、各真空チャンバー1A〜1Pをその配列方向に一斉に移動させて、夫々の領域A1〜A5に順次移動させる。これにより、個々の真空チャンバー1A〜1Pにおいて、真空引き、加熱、ボンバード処理及びスパッタリングによる被膜形成が順に行われる。すなわち、一つの真空チャンバー内で全工程が完了する。そして、とくに準備領域Aにおいては、蓋体Cを開放して、被膜形成後のワークWを取り出し、同真空チャンバー内の検査や清掃等を適宜実施し、同真空チャンバーに次のワークWを収容する。
The film forming apparatus having the above configuration moves the
このようにして、被膜形成装置は、複数の真空チャンバー1A〜1Pを用いて、連続的にワークWに被膜形成を行うことができ、処理後のワークWの取り出しや新たなワークWの供給も順次行うことができる。したがって、当該被膜形成装置によれば、プレート状のワークWの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置において、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化を実現することができる。
In this way, the film forming apparatus can continuously form a film on the workpiece W using the plurality of
また、上記の被膜形成装置は、ワーク治具4が、ターゲット5の表面とワークWの表面とが平行となる状態に前記ワークWを保持することから、ターゲット5とワークWとの位置関係が一定に保たれる。これにより、ワークWの両面に被膜を均一に形成することができるほか、膜厚調整などの制御性を高めることもできる。
In the film forming apparatus, the
さらに、上記の被膜形成装置は、複数の真空チャンバー1A〜1Pを周回経路上に配置し、これらを一斉に移動させて、準備領域A1、真空引き領域A2、加熱領域A3、ボンバード領域A4、及び成膜領域A5に順次移動させるので、従来の装置のような予備室が一切不要である。これにより、被膜形成装置は、装置構造が小型になり、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化をさらに促進させることができると共に、被膜を有するワークWの量産化に極めて有用なものとなる。
Furthermore, the above-described film forming apparatus arranges the plurality of
図2は、本発明の被膜形成装置の他の実施形態における真空チャンバー1Aを説明する図である。なお、以下の各実施形態においては、先の実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
FIG. 2 is a view for explaining a
図示の真空チャンバー1Aは、その内部に、ターゲット5、不活性ガを導入手段14、電圧印加手段16、及び磁気回路6で構成した処理ステージを一方向に複数配列してある。この実施形態では、二つの処理ステージS1,S2を備えている。この場合、ワーク治具4は、個々の処理ステージS1,S2に対してワークWを順次搬送する可動式のワーク治具である。
In the illustrated
上記真空チャンバー1Aを備えた被膜形成装置は、最初の処理ステージS1で、ワークWの片面にスパッタリングにより被膜を形成し、次に、ワーク治具4を次の処理ステージS2に移動させ、先に形成した被膜の上に、第2の被膜を形成する。この場合、成膜領域A5は、図1(A)中に示すように、第1及び第2の成膜領域A5a,A5bとなる。
The film forming apparatus provided with the
上記の被膜形成装置は、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえに、ワークWの片面に、複数層(二層)の被膜を形成することができ、このようなワークWの生産性を高めることができる。 The above-described film forming apparatus can obtain the same effects as those of the previous embodiment, and can form a plurality of layers (two layers) on one surface of the workpiece W. Can increase productivity.
図3は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバー1Aを説明する図である。図示の真空チャンバー1Aは、先の実施形態と同様に、複数(二つ)の処理ステージS1,S2を備えている。そして、両処理ステージS1,S2が、ワーク治具4に保持されたワークWを間にして、一対のターゲット5及び磁気回路6を対称的に備えたものとなっている。ワーク治具4は、個々の処理ステージS1,S2に対してワークWを順次搬送する可動式のワーク治具である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a
上記真空チャンバー1Aを備えた被膜形成装置は、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえに、ワークWの両面に、複数層(二層)の被膜を形成することができ、このようなワークWの生産性を高めることができる。
The film forming apparatus provided with the
また、上記の真空チャンバー1Aは、一方の処理ステージS1のターゲット5と、他方の処理ステージS2のターゲット5との間に、遮蔽板12が設けてある。これにより、ターゲット5の材料(原子・分子)の飛散範囲を抑制することができ、夫々の処理ステージS1,S2において良好な被膜形成を行うことができる。
In the
図4は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバー1Aを説明するブロック図である。図示の真空チャンバー1Aは、真空ポンプ(真空排気手段)3及び不活性ガス供給装置9等のほか、先の図2及び図3に示すように、各処理ステージS1,S2におけるターゲット5とワークWとの間にバイアス電圧Bを印加する電源13,13を備えている。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a
上記の真空チャンバー1Aを備えた被膜形成装置は、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえに、被膜形成中にワークに印加されるバイアス電圧によってエネルギーを制御した不活性ガスのイオンをワークに照射することができ、ターゲット5の原子・分子のエネルギー量を増大することができ、成膜時間の短縮化に伴ってタクトタイムのさらなる短縮化を実現する。また、被膜特性の制御を行うことが可能になり、被膜構造や膜厚の調整などの制御性を高めることができる。
The film forming apparatus provided with the
図5は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバー1Aを説明する図である。図示の真空チャンバー1Aは、二枚のワークW,Wを重ねて保持すルワーク治具4を備えている。この場合、各処理ステージS1,S2には、一対のターゲット5及び磁気回路6が対称的に配置してある。
FIG. 5 is a view for explaining a
上記の真空チャンバー1Aを備えた被膜形成装置は、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえに、ワークWの片面に複数層の被膜を形成することができ、このようなワークWの生産性をより一層高めることができる。
The film forming apparatus including the
図6は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバー1Aを説明する図である。図示の真空チャンバー1Aは、ワーク治具4が、一枚のワークWを夫々保持する第1及び第2の治具4A,4Bから成っている。第1及び第2の治具4A,4Bは、個々の処理ステージS1,S2に対してワークWを順次搬送する可動式のワーク治具である。各処理ステージS1,S2には、一対のターゲット5及び磁気回路6が対称的に配置してある。
FIG. 6 is a view for explaining a
上記の真空チャンバー1Aを備えた被膜形成装置は、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえに、ワークWの片面又は両面に、単層又は複数層の被膜を形成することができる。すなわち、図6(A)に示すように第1及び第2の処理ステージS1、S2に夫々のワークW,Wを停止させたり、図6(B)に示すように第1処理ステージS1に両方のワークW,Wを停止させたり、ワークWの位置を入れ替えたりすることで、ワークWに対する被膜形成を選択的に行うことができる。
The film forming apparatus including the
図7は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバー1Aを説明する図である。図示の真空チャンバー1Aは、ワーク治具4が固定式であって、ターゲット5が移動可能な構造になっている。このような構成であっても、先の実施形態と同様に良好な被膜を形成することが可能である。
FIG. 7 is a view for explaining a
図8は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態を説明する図である。
図示の被膜形成装置は、複数の真空チャンバー1A〜1Lを直線的に配列したものである。この被膜形成装置は、リニア駆動式のチャンバー移送手段15により、真空チャンバー1A〜1Lをその配列方向(図中において右方向)に一斉に移動させる。そして、搬送経路上に、ワークWの収容領域A11、真空引き領域A12、加熱領域A13、ボンバード領域A14、成膜領域A15及びワークWの取り出し領域A16を順に設定している。
FIG. 8 is a view for explaining still another embodiment of the film forming apparatus of the present invention.
In the illustrated film forming apparatus, a plurality of
上記の被膜形成装置にあっても、先の実施形態と同様に、プレート状のワークWの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置において、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化を実現することができる。 Even in the above-described film forming apparatus, as in the previous embodiment, in the apparatus for forming a film on the surface of the plate-like workpiece W by sputtering, it is possible to reduce the manufacturing cost and the tact time. it can.
また、上記のように真空チャンバー1A〜1Lを直線的に配列した構成では、これらの下側に復路を設け、無限軌道状の周回経路にすることもできる。さらに、上記の被膜形成装置では、装置の一方側からワークを搬入して、装置の他方側からワークを搬出することとなり、図1に示す先の被膜形成装置では、装置の片側でワークの搬入及び搬出を行うこととなる。したがって、生産ラインのレイアウトなどに応じて、真空チャンバーの配列が異なる被膜形成装置を選択すればよい。
Further, in the configuration in which the
ここで、上記の被膜形成装置により被膜形成されたワークの具体例としては、プレート状の導電部材が挙げられる。この導電部材には、例えば、膜電極構造体とともに燃料電池を構成するセパレータとして用いられるものがある。 Here, a specific example of the workpiece formed by the above-described film forming apparatus is a plate-like conductive member. This conductive member includes, for example, one that is used as a separator constituting a fuel cell together with a membrane electrode structure.
図9に示す導電部材Eは、例えば、図4に示す真空チャンバー1Aを備えた被膜形成装置により製造したものである。導電部材Eは、前記セパレータとして用いるものであって、基材としてのワークWがステンレス製である。そして、ワークWの表面に、図4中の最初の処理ステージS1及び図1(A)中の第1成膜領域A5aにおいて一層目の被膜を形成し、次に、図4中の次の処理ステージS2及び図1(A)中の第2成膜領域A5bにおいて二層目の被膜を形成する。
The conductive member E shown in FIG. 9 is manufactured by, for example, a film forming apparatus provided with the
このとき、導電部材Eは、一層目の被膜が、クロムの中間層L1であって、二層目の被膜が、導電性炭素を含む導電性炭素層L2である。導電性炭素層L2は、非昌質炭素膜であって、代表的にはDLC(ダイヤモンド・ライク・カーボン)である。 At this time, in the conductive member E, the first film is the chromium intermediate layer L1, and the second film is the conductive carbon layer L2 containing conductive carbon. The conductive carbon layer L2 is a non-honourous carbon film and is typically DLC (diamond-like carbon).
また、上記の導電部材Eにおける導電性炭素層L2は、図10に示すように、炭素と水素との結合がSP3である場合に比べて、同結合がSP2である方が電気伝導性が大きくなり、且つ水素は少ない方が望ましい。したがって、上記導電部材Eを製造する際には、図1に示す実施形態で説明したように、真空チャンバー内を加熱して水分を除去する工程(加熱領域A3)と、真空チャンバー内に不活性ガスを供給してワーク表面の酸化被膜を除去する工程(ボンバード領域A4)が必須である。 Further, as shown in FIG. 10, the conductive carbon layer L2 in the conductive member E has a higher electrical conductivity when the bond is SP2 than when the bond between carbon and hydrogen is SP3. And less hydrogen is desirable. Therefore, when the conductive member E is manufactured, as described in the embodiment shown in FIG. 1, the process of heating the inside of the vacuum chamber to remove moisture (heating region A3) and the inertness in the vacuum chamber are performed. A step (bombarded region A4) of supplying gas and removing the oxide film on the workpiece surface is essential.
そして、導電部材Eは、より望ましくは、導電性炭素層L2において、ラマン散乱分光分析により測定されたDバンドピーク強度(ID)と、Gバンドピーク強度(IG)との強度比R(ID/IG)を1.3以上としている。この強度比Rが高くなるほどSP2結合に近くなり、電気伝導性が大きくなる。また、中間層L2は、柱状構造を有しており、さらに中間層L1の表面上に、導電性炭素層L2を構成する突起状粒子が存在しているものとしている。 The conductive member E more preferably has an intensity ratio R (ID / ID) between the D band peak intensity (ID) measured by Raman scattering spectroscopic analysis and the G band peak intensity (IG) in the conductive carbon layer L2. IG) is set to 1.3 or more. The higher the intensity ratio R, the closer to the SP2 bond, and the higher the electrical conductivity. In addition, the intermediate layer L2 has a columnar structure, and the protruding particles constituting the conductive carbon layer L2 are present on the surface of the intermediate layer L1.
上記の導電性炭素層L2は、中間層L1上に配置され、導電性炭素を含む層である。この層の存在によって、導電部材(セパレータ)Eの導電性を確保しつつ、ワーク(基材)Wのみの場合と比較して耐食性が改善されうる。 The conductive carbon layer L2 is a layer that is disposed on the intermediate layer L1 and contains conductive carbon. The presence of this layer can improve the corrosion resistance as compared with the case of only the workpiece (base material) W while ensuring the conductivity of the conductive member (separator) E.
導電性炭素として使用可能な炭素材料は、導電部材(セパレータ)Eとしての接触抵抗を増大させない限りにおいて、とくに限定されることはない。炭素材料の結晶性や結晶性組成については、例えば、ラマン散乱分光分析により算出される、Gバンドピークと強度とDバンドピーク強度との比(強度比R値:ID/IG)を用いることができる。 The carbon material that can be used as the conductive carbon is not particularly limited as long as the contact resistance as the conductive member (separator) E is not increased. For the crystallinity and crystalline composition of the carbon material, for example, the ratio (intensity ratio R value: ID / IG) of the G band peak, the intensity, and the D band peak intensity calculated by Raman scattering spectroscopy is used. it can.
炭素材料をラマン分光法により分析すると、通常1350cm−1付近及び1584cm−1付近にピークが生じる。結晶性の高いグラファイトは、1584cm−1付近にシングルピークを有し、このピークは通常『Gバンド』と称される。一方、結晶性が低くなる(結晶構造欠陥が増す)につれて、1350cm−1付近のピークが現れてくる。このピークは通常『Dバンド』と称される(なお、ダイヤモンドのピークは厳密には1333cm−1)であり、上記のDバンドとは区別される)。Dバンドピーク強度(ID)とGバンドピーク強度(IG)との強度比R(ID/IG)は、炭素材料のグラファイトクラスターサイズやグラファイト構造の乱れ具合(結晶構造欠陥性)、SP2結合比率どの指標として用いられる。すなわち、本発明においては、導電性炭素層L2の接触抵抗の指標とすることができ、導電性炭素層L2の導電性を制御する膜質パラメータとして用いることができる。 When the carbon material is analyzed by Raman spectroscopy, peaks are usually generated in the vicinity of 1350 cm −1 and 1584 cm −1. Graphite with high crystallinity has a single peak in the vicinity of 1584 cm −1, and this peak is usually referred to as “G band”. On the other hand, a peak near 1350 cm −1 appears as the crystallinity decreases (crystal structure defects increase). This peak is usually referred to as “D band” (note that the peak of diamond is strictly 1333 cm −1) and is distinguished from the above D band). The intensity ratio R (ID / IG) between the D band peak intensity (ID) and the G band peak intensity (IG) depends on the graphite cluster size of the carbon material, the disorder of the graphite structure (crystal structure defect), the SP2 bond ratio, etc. Used as an indicator. That is, in the present invention, it can be used as an index of contact resistance of the conductive carbon layer L2, and can be used as a film quality parameter for controlling the conductivity of the conductive carbon layer L2.
R(ID/IG)値は、顕微ラマン分光器を用いて、炭素材料のラマンスペクトルを計測することにより算出される。具体的には、Dバンドと呼ばれる1300〜1400cm−1のピーク強度(ID)と、Gバンドと呼ばれる1500〜1600cm−1のピーク強度(IG)との相対的強度比(ピーク面積比(ID/IG))を算出することにより求められる。 The R (ID / IG) value is calculated by measuring the Raman spectrum of the carbon material using a microscopic Raman spectrometer. Specifically, the relative intensity ratio (peak area ratio (ID / ID) between 1300 to 1400 cm-1 peak intensity (ID) called D band and 1500 to 1600 cm-1 peak intensity (IG) called G band. IG)) is calculated.
ここで、導電性炭素層L2の強度比(R値)が所定の範囲にある場合、接触抵抗の増大を顕著に抑制させることができる。よって、導電性炭素として用いる炭素材料は、導電性短資層L2がかかる所定の強度比を有するように選択することが好ましい。具体的には、導電性炭素層L2の強度比(R値)に関する所定の範囲は、以下に限定されることはないが、好ましくは先述したように1.3以上であり、より好ましくは1.4〜2.0であり、さらに好ましくは1.4〜1.9であり、とくに好ましくは1.5〜1.8である。この値が1.3以上であれば、積層方向の導電性が充分に確保された導電性炭素層L2が得られる。また、R値が2.0以下であれば、グラファイト成分の減少を抑制することができる。さらに、導電性炭素層L2自体の内部応力の増大をも抑制でき、下地である中間層L1との密着性を一層向上させることができる。 Here, when the strength ratio (R value) of the conductive carbon layer L2 is within a predetermined range, an increase in contact resistance can be remarkably suppressed. Therefore, it is preferable to select the carbon material used as the conductive carbon so that the conductive short layer L2 has a predetermined strength ratio. Specifically, the predetermined range relating to the strength ratio (R value) of the conductive carbon layer L2 is not limited to the following, but is preferably 1.3 or more, more preferably 1 as described above. .4 to 2.0, more preferably 1.4 to 1.9, and particularly preferably 1.5 to 1.8. If this value is 1.3 or more, the conductive carbon layer L2 in which the conductivity in the stacking direction is sufficiently secured can be obtained. Moreover, if R value is 2.0 or less, the reduction | decrease of a graphite component can be suppressed. Furthermore, an increase in internal stress of the conductive carbon layer L2 itself can also be suppressed, and the adhesion with the intermediate layer L1 that is the base can be further improved.
このようにして、導電部材Eは、導電性炭素層L2により、高い導電性及び耐食性が得られると共に、クロム製の中間層L1により導電性炭素層L2の密着性が高くなり、長期にわたって良好な性能を維持し得るものとなる。 In this way, the conductive member E has high conductivity and corrosion resistance by the conductive carbon layer L2, and the adhesion of the conductive carbon layer L2 is increased by the chromium intermediate layer L1, which is good for a long time. The performance can be maintained.
本発明の被膜形成装置は、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、構成の細部を適宜変更することが可能である。 The configuration of the film forming apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and details of the configuration can be changed as appropriate without departing from the gist of the present invention.
1A〜1P 真空チャンバー
2 ロータリテーブル(チャンバー移送手段)
3 真空ポンプ(真空排気手段)
4 ワーク治具
4A 第1の治具
4B 第2の治具
5 ターゲット
6 磁気回路
13 (バイアス電圧の)電源
14 不活性ガス導入手段
15 チャンバー移送手段
16 電圧印加手段
A1 準備領域
A2 A12 真空引き領域
A3 A13 加熱領域
A4 A14 ボンバード領域
A5 A15 第1成膜領域
A5a 第1成膜領域
A5b 第2成膜領域
A11 収容領域
A16 取り出し領域
E 導電部材
L1 中間層
L2 導電性炭素層
S1 S2 処理ステージ
W ワーク(基材)
1A to 1P Vacuum chamber 2 Rotary table (chamber transfer means)
3 Vacuum pump (evacuation means)
4
Claims (10)
所定間隔で配列した複数の真空チャンバーと、
これらの真空チャンバーをその配列方向に移動させるチャンバー移送手段と、
ワークを収容した真空チャンバーの内部を真空引きする真空排気手段を備え、
各真空チャンバーが、その内部でワークを保持するワーク治具と、スパッタリング用のターゲットと、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、ターゲットに高電圧を印加する電圧印加手段を備えていることを特徴とする被膜形成装置。 An apparatus for forming a film by sputtering on the surface of a plate-like workpiece,
A plurality of vacuum chambers arranged at predetermined intervals;
Chamber transfer means for moving these vacuum chambers in the arrangement direction;
Equipped with a vacuum exhaust means for evacuating the inside of the vacuum chamber containing the workpiece,
Each vacuum chamber includes a work jig for holding a work therein, a sputtering target, an inert gas introducing means for introducing an inert gas, and a voltage applying means for applying a high voltage to the target. A film forming apparatus.
前記ワーク治具が、個々の処理ステージに対してワークを順次搬送する可動式のワーク治具であることを特徴とする請求項1又は2に記載の被膜形成装置。 Inside the vacuum chamber, a plurality of processing stages composed of a target and a magnetic circuit that forms a magnetic field on the back surface of the target are arranged in one direction,
The film forming apparatus according to claim 1, wherein the workpiece jig is a movable workpiece jig that sequentially conveys workpieces to individual processing stages.
チャンバー移送手段により、各真空チャンバーを配列方向に移動させて、夫々の領域に順次移動させることを特徴とする請求項8に記載の被膜形成装置。 A preparation area where workpieces are put in and out of the vacuum chamber, a vacuum area where vacuum is removed from the vacuum chamber containing the work and impurities are removed, and moisture is removed by heating the vacuum chamber. A heating region, a bombarded region for supplying an inert gas into the vacuum chamber to remove the oxide film on the work surface, and a film forming region for forming a film on the surface of the work in the first processing stage.
9. The film forming apparatus according to claim 8, wherein the vacuum chambers are moved in the arrangement direction by the chamber transfer means and are sequentially moved to the respective regions.
前記周回経路上に、真空チャンバーに対してワークを出し入れする準備領域と、ワークを収容した真空チャンバー内を真空引きして不純物を除去する真空引き領域と、真空チャンバー内を加熱して水分を除去する加熱領域と、真空チャンバー内に不活性ガスを供給してワーク表面の酸化被膜を除去するボンバード領域と、最初の処理ステージにおいてワークの表面に被膜を形成する第1成膜領域と、次のステージに移動させたワークの表面に被膜を形成する第2成膜領域を順に備え、
チャンバー移送手段により、各真空チャンバーを配列方向に移動させて、夫々の領域に順次移動させることを特徴とする請求項8に記載の被膜形成装置。 Two processing stages are provided in the vacuum chamber,
A preparation area where workpieces are put in and out of the vacuum chamber, a vacuum area where vacuum is removed from the vacuum chamber containing the work and impurities are removed, and moisture is removed by heating the vacuum chamber. A heating region to be heated, a bombarded region to remove an oxide film on the work surface by supplying an inert gas into the vacuum chamber, a first film forming region to form a film on the surface of the work in the first processing stage, and a next In order, a second film formation region for forming a film on the surface of the work moved to the stage,
9. The film forming apparatus according to claim 8, wherein the vacuum chambers are moved in the arrangement direction by the chamber transfer means and are sequentially moved to the respective regions.
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