JP6051983B2 - Arc plasma deposition system - Google Patents

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Description

本発明は、アークプラズマを形成してカーボン成膜を行うアークプラズマ成膜装置に関する。   The present invention relates to an arc plasma film forming apparatus for forming a carbon film by forming an arc plasma.

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カーボン膜製造装置によれば、カーボンターゲット表面にアーク放電を連続的に励起し、イオン化したカーボン荷電粒子を基板表面に導いて、カーボン膜が形成される(例えば非特許文献1参照)。このカーボン膜は、特にテトラヘドラル・アモルファス・カーボン(taC)膜と呼ばれる。   According to the carbon film manufacturing apparatus using the method called the filtered arc deposition (FAD) method and the filtered cathodic vacuum arc (FCVA) method, the arc discharge is continuously excited on the surface of the carbon target. Then, ionized carbon charged particles are guided to the substrate surface to form a carbon film (see, for example, Non-Patent Document 1). This carbon film is particularly called a tetrahedral amorphous carbon (taC) film.

上記方法では、アーク放電時に生成されるドロップレットといわれるカーボンの微細粒子が成膜面に付着するのを抑制するために、アーク放電発生箇所と基板の成膜面が直線的につながらないように配置されている。これにより、カーボンターゲット表面から直線的に放出されるドロップレットの成膜面への入射が抑制される。具体的な例として、カーボンターゲットと成膜面の間を、屈曲部を有する屈曲管でつなぐ構造が採用されている。また、この屈曲管内部に堆積するカーボン薄膜の剥離によって発生するパーティクル(マクロパーティクル)も同様に、成膜面への付着を抑制する必要がある。   In the above method, in order to prevent carbon fine particles called droplets generated during arc discharge from adhering to the film formation surface, the arc discharge location and the film formation surface of the substrate are not connected linearly. Has been. Thereby, the incidence to the film-forming surface of the droplet discharge | released linearly from the carbon target surface is suppressed. As a specific example, a structure in which a bent tube having a bent portion is connected between the carbon target and the film formation surface is employed. Similarly, the particles (macroparticles) generated by the peeling of the carbon thin film deposited inside the bent tube must be prevented from adhering to the film formation surface.

屈曲管を用いた構造では、カーボンイオンを効率的に成膜面に導くために磁場を利用している。即ち、屈曲管に沿って磁場を形成して、プラズマ輸送を行う。カーボン膜の成膜は、プラズマ中のカーボンイオンを原料として行われる。ドロップレットやマクロパーティクルは基本的に荷電粒子ではなく、磁場の影響を受けないため、屈曲管に沿ったプラズマ輸送の段階で取り除かれる。つまり、屈曲管はフィルターとして機能する。   In a structure using a bent tube, a magnetic field is used to efficiently guide carbon ions to the film formation surface. In other words, a magnetic field is formed along the bent tube to perform plasma transport. The carbon film is formed using carbon ions in plasma as a raw material. Droplets and macroparticles are basically not charged particles and are not affected by a magnetic field, so they are removed at the stage of plasma transport along the bent tube. That is, the bent tube functions as a filter.

滝川 浩志 他、”屈曲管型真空アーク蒸着(FAD)装置の開発”、[online]、2003年、豊橋技術科大学、[平成24年11月6日検索]、インターネット<URL:http://arc.ee.tut.ac.jp/>Hiroshi Takikawa et al., “Development of bent tube vacuum arc deposition (FAD) equipment”, [online], 2003, Toyohashi University of Technology, [November 6, 2012 search], Internet <URL: http: // arc.ee.tut.ac.jp/ >

上記のように、多くの1次的ドロップレットやマクロパーティクルは屈曲管によって取り除かれる。しかし、屈曲管の内壁に衝突したドロップレットから2次的に発生するマクロパーティクルは、屈曲管と複数回の衝突の後、成膜面に到達する場合がある。また、電気的に中性であるこれらの粒子はプラズマ中で帯電し、荷電粒子と同様な振る舞いをする場合がある。   As mentioned above, many primary droplets and macroparticles are removed by the bent tube. However, the macro particles that are secondarily generated from the droplets colliding with the inner wall of the bent tube may reach the film formation surface after a plurality of collisions with the bent tube. In addition, these electrically neutral particles are charged in plasma and may behave similarly to charged particles.

2次的に発生するマクロパーティクルを抑制するためには、特に屈曲管の内部を清浄に保つことが効果的である。しかし、そのために頻繁にチャンバーを大気開放して内部をメンテナンスすることは、成膜装置の効率的な運用の妨げとなっていた。   In order to suppress secondary generated macro particles, it is particularly effective to keep the inside of the bent tube clean. However, frequently opening the chamber to the atmosphere and maintaining the inside for that purpose hinders efficient operation of the film forming apparatus.

上記問題点に鑑み、本発明は、高い稼働率を実現し、且つドロップレット及びマクロパーティクルを除去するメンテナンス作業が容易なアークプラズマ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 an arc plasma film forming apparatus that realizes a high operating rate and that can easily perform maintenance work for removing droplets and macro particles.

本発明の一態様によれば、カーボンイオンを含むアークプラズマを生成して、カーボンを主成分とする薄膜を処理対象の基板上に形成するアークプラズマ成膜装置であって、(イ)基板が格納される格納室と、(ロ)成膜用のカーボンターゲットが配置される放電室と、(ハ)格納室と放電室とを連結する、屈曲部を有する屈曲管と、(ニ)互いに対向する主面にそれぞれ開口部を有する貫通孔が形成されたマルチホローカソード電極によりグロー放電を発生させ、格納室内及び屈曲管内の少なくともいずれかにグロー放電によってカーボンアッシング用のプラズマを発生するプラズマ発生部とを備え、格納室内及び屈曲管内に発生したカーボン膜及びカーボン粉塵をカーボンアッシング用のプラズマと反応させることにより除去するアークプラズマ成膜装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided an arc plasma film forming apparatus for generating an arc plasma containing carbon ions and forming a thin film containing carbon as a main component on a substrate to be processed. A storage chamber to be stored; (b) a discharge chamber in which a carbon target for film formation is disposed; (c) a bent tube having a bent portion connecting the storage chamber and the discharge chamber; and (d) facing each other. A plasma generating unit that generates glow discharge by a multi-hollow cathode electrode in which through holes each having an opening are formed in the main surface, and generates plasma for carbon ashing by glow discharge in at least one of the storage chamber and the bent tube An arc for removing carbon film and carbon dust generated in the storage chamber and the bent tube by reacting with plasma for carbon ashing Plasma deposition apparatus is provided.

本発明によれば、高い稼働率を実現し、且つドロップレット及びマクロパーティクルを除去するメンテナンス作業が容易なアークプラズマ成膜装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the arc plasma film-forming apparatus which implement | achieves a high operation rate and can perform the maintenance operation | work which removes a droplet and a macro particle easily can be provided.

本発明の第1の実施形態に係るアークプラズマ成膜装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the arc plasma film-forming apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアークプラズマ成膜装置によりドロップレット及びマクロパーティクルを除去する方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the method of removing a droplet and a macro particle with the arc plasma film-forming apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアークプラズマ成膜装置によりドロップレット及びマクロパーティクルを除去する方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the method of removing a droplet and a macro particle with the arc plasma film-forming apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアークプラズマ成膜装置に使用されるカソード電極の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the cathode electrode used for the arc plasma film-forming apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアークプラズマ成膜装置におけるクリーニング結果を示す表である。It is a table | surface which shows the cleaning result in the arc plasma film-forming apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアークプラズマ成膜装置におけるクリーニング結果を示すグラフである。It is a graph which shows the cleaning result in the arc plasma film-forming apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の変形例に係るアークプラズマ成膜装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the arc plasma film-forming apparatus which concerns on the modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るアークプラズマ成膜装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the arc plasma film-forming apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

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.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る図1に示すアークプラズマ成膜装置1は、カーボンイオンを含むアークプラズマ200をアーク放電によって生成して、カーボンを主成分とする薄膜を処理対象の基板100上に形成するFAD法を採用した成膜装置である。成膜用のカーボンターゲット600は、基板100に所望の薄膜を形成するためにアークプラズマ200に曝される。
(First embodiment)
The arc plasma film forming apparatus 1 shown in FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention generates an arc plasma 200 containing carbon ions by arc discharge, and treats a thin film mainly composed of carbon as a substrate 100 to be processed. This is a film forming apparatus employing the FAD method formed on the top. The carbon target 600 for film formation is exposed to the arc plasma 200 in order to form a desired thin film on the substrate 100.

アークプラズマ成膜装置1は、図1に示すように、基板100が格納される格納室10と、カーボンターゲット600が配置される放電室20と、格納室10と放電室20とを連結する、屈曲部を有する屈曲管30と、屈曲管30に沿って配置された誘導コイル40と、格納室10内及び屈曲管30内の少なくともいずれかにカーボンアッシング(エッチング)に効果があるガスを主成分とするカーボンアッシング用のプラズマを発生するプラズマ発生部50とを備える。図1に示した例では、プラズマ発生部50は屈曲管30に配置されている。また、格納室10内で、ステージ12上に基板100が配置されている。   As shown in FIG. 1, the arc plasma film forming apparatus 1 connects the storage chamber 10 in which the substrate 100 is stored, the discharge chamber 20 in which the carbon target 600 is disposed, and the storage chamber 10 and the discharge chamber 20. The main component is a gas that has an effect on carbon ashing (etching) in at least one of the bent tube 30 having the bent portion, the induction coil 40 disposed along the bent tube 30, and the storage chamber 10 and the bent tube 30. And a plasma generation unit 50 for generating plasma for carbon ashing. In the example illustrated in FIG. 1, the plasma generation unit 50 is disposed in the bending tube 30. In addition, the substrate 100 is disposed on the stage 12 in the storage chamber 10.

誘導コイル40は、放電室20内で励起されたアーク放電によってカーボンターゲット600の表面に生成されたアークプラズマ200を、屈曲管30内を通過して放電室20から基板100の主面に誘導するように磁場を形成する。   The induction coil 40 guides the arc plasma 200 generated on the surface of the carbon target 600 by the arc discharge excited in the discharge chamber 20 from the discharge chamber 20 to the main surface of the substrate 100 through the bent tube 30. To form a magnetic field.

図1に示した例では、複数のカーボンターゲット600が放電室20に接続するターゲット保管室60内に格納されており、そのうちの1つのカーボンターゲット600が放電室20内に露出するように配置されている。例えば円柱形状のカーボンターゲット600が放電室20内に露出し、これによりカーボンターゲット600の表面がアークプラズマ200に曝される。   In the example shown in FIG. 1, a plurality of carbon targets 600 are stored in a target storage chamber 60 connected to the discharge chamber 20, and one of the carbon targets 600 is disposed so as to be exposed in the discharge chamber 20. ing. For example, a columnar carbon target 600 is exposed in the discharge chamber 20, whereby the surface of the carbon target 600 is exposed to the arc plasma 200.

なお、カーボンターゲット600は、基板100に成膜するカーボンの原料であるターゲット材601と、このターゲット材601が収納されたターゲットホルダー602からなる。   The carbon target 600 includes a target material 601 that is a raw material of carbon to be deposited on the substrate 100 and a target holder 602 in which the target material 601 is stored.

アークプラズマ成膜装置1では、放電室20内に露出されたカーボンターゲット600を陰極として発生させたアーク放電によって、カーボンイオンを含むアークプラズマ200を生成する。このカーボンイオンが屈曲管30内を通って放電室20から格納室10内の基板100表面に導かれ、基板100上にカーボン膜が形成される。   In the arc plasma film forming apparatus 1, arc plasma 200 containing carbon ions is generated by arc discharge generated using the carbon target 600 exposed in the discharge chamber 20 as a cathode. The carbon ions are guided from the discharge chamber 20 to the surface of the substrate 100 in the storage chamber 10 through the bent tube 30, and a carbon film is formed on the substrate 100.

具体的には、屈曲管30に沿って配置した一つ以上の誘導コイル40によって形成される磁場により、正イオンであるカーボンイオンを含むアークプラズマ200が、図1に示すように、屈曲管30に沿って放電室20から基板100上に誘導される。誘導コイル40は、例えば供給される電流によって励磁される電磁誘導コイルであり、それぞれの中心に屈曲管30が配置された環状コイルである。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40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40に流れる電流を制御することによりプラズマ輸送の軌道を制御し、アークプラズマ200が屈曲管30内を屈曲管輸送される。   Specifically, an arc plasma 200 containing carbon ions that are positive ions is generated by a magnetic field formed by one or more induction coils 40 arranged along the bent tube 30, as shown in FIG. 1. And is induced on the substrate 100 from the discharge chamber 20. The induction coil 40 is, for example, an electromagnetic induction coil that is excited by a supplied current, and is an annular coil in which the bent tube 30 is disposed at the center. The strength of the magnetic field formed by the induction coil 40 is controlled according to the magnitude of the current supplied by the exciting current source (not shown). The trajectory of the plasma transport is controlled by controlling the current flowing through the induction coil 40, and the arc plasma 200 is transported in the bent tube 30 by the bent tube.

既に述べたように、アーク放電によりカーボンターゲットからカーボンのドロップレットが発生する。しかし、このドロップレットは荷電粒子ではないので磁場の影響を受けることなく、直線的に飛行する。このため、屈曲部を有する屈曲管30を通過して格納室10に到達することができず、屈曲管30の内部に留まる。このようにして、ドロップレットが除去(フィルター)されて、ドロップレットの無いtaC膜が基板100上に形成される。   As already mentioned, carbon droplets are generated from the carbon target by arc discharge. However, since the droplets are not charged particles, they fly linearly without being affected by the magnetic field. For this reason, it cannot pass through the bent tube 30 having the bent portion and reach the storage chamber 10, and remains inside the bent tube 30. In this way, the droplets are removed (filtered), and a taC film having no droplets is formed on the substrate 100.

しかしながら、長期の使用においては、格納室10や屈曲管30の内壁にはカーボン膜及びカーボンの粉が堆積していき、新たなマクロパーティクルの発生源となる。   However, in the long-term use, the carbon film and the carbon powder are deposited on the inner walls of the storage chamber 10 and the bent tube 30 and become a new source of macro particles.

これに対し、図1に示したアークプラズマ成膜装置1では、格納室10や屈曲管30内に堆積したカーボン膜等を除去するプラズマ発生部50が屈曲管30に配置されている。図1に示した例では、屈曲管30の屈曲部にプラズマ発生部50が配置されている。   In contrast, in the arc plasma film forming apparatus 1 shown in FIG. 1, a plasma generating unit 50 that removes a carbon film or the like deposited in the storage chamber 10 or the bent tube 30 is disposed in the bent tube 30. In the example shown in FIG. 1, the plasma generation unit 50 is disposed at the bent portion of the bent tube 30.

具体的には、酸素を主成分とするプラズマ300をカーボンアッシングに使用する場合、プラズマ発生部50は、屈曲管30内部に配置されたカソード電極52を用いたグロー放電を屈曲管30内部に発生させる。このグロー放電によって発生した図2に示すカーボンアッシング用のプラズマ300により、格納室10や屈曲管30の内壁などに堆積したマクロパーティクルを除去する。即ち、カーボン(C)からなるマクロパーティクルと酸素(O)を反応させて、二酸化炭素(CO2)を生成させる。生成された二酸化炭素は、例えば格納室10に配置された排気口11からアークプラズマ成膜装置1の外部に排出される。 Specifically, when the plasma 300 containing oxygen as a main component is used for carbon ashing, the plasma generator 50 generates glow discharge in the bent tube 30 using the cathode electrode 52 disposed in the bent tube 30. Let The macro particles deposited on the inner wall of the storage chamber 10 and the bent tube 30 are removed by the carbon ashing plasma 300 shown in FIG. 2 generated by the glow discharge. That is, carbon dioxide (CO 2 ) is generated by reacting carbon (C) with macro particles and oxygen (O). The generated carbon dioxide is discharged to the outside of the arc plasma film forming apparatus 1 from, for example, an exhaust port 11 disposed in the storage chamber 10.

窒素(N2)を修正分とするプラズマ300を使用する場合、プラズマ発生部50で発生した窒素プラズマは、内壁などに体積したマクロパーティクルをエッチング(除去)し、エッチングされたカーボンパーティクルは排気口11より装置外部に排出される。 When using the plasma 300 with nitrogen (N 2 ) as a correction component, the nitrogen plasma generated by the plasma generation unit 50 etches (removes) the macro particles that have accumulated on the inner wall and the like, and the etched carbon particles are discharged from the exhaust port. 11 is discharged outside the apparatus.

プラズマ発生部50は、アノード電極51、カソード電極52、交流電源53、ガス導入機構54を備える。アノード電極51とカソード電極52は例えば図1、図2に示すように櫛型形状であり、それぞれの櫛の歯部分が互いに対向するように交互に配置されている。   The plasma generator 50 includes an anode electrode 51, a cathode electrode 52, an AC power supply 53, and a gas introduction mechanism 54. The anode electrode 51 and the cathode electrode 52 have, for example, a comb shape as shown in FIGS. 1 and 2, and are alternately arranged so that the tooth portions of each comb face each other.

クリーニング時において、図2に示すように、プラズマ発生部50のガス導入機構54からアッシング(及びエッチング)に効果のあるガスを含むクリーニング用ガス500が屈曲管30内に導入される。クリーニング用ガス500には、例えば、O2+Ar、O2、N2+Ar、N2、O2+N2+Arのいずれかを使用する。 At the time of cleaning, as shown in FIG. 2, a cleaning gas 500 containing a gas effective for ashing (and etching) is introduced into the bent tube 30 from the gas introduction mechanism 54 of the plasma generation unit 50. As the cleaning gas 500, for example, any one of O 2 + Ar, O 2 , N 2 + Ar, N 2 , and O 2 + N 2 + Ar is used.

そして、交流電源53によって所定の交流電力をアノード電極51とカソード電極52間に供給することでグロー放電を起こす。グロー放電により発生したラジカル、イオンによって屈曲管30内や格納室10内に存在するドロップレットやマクロパーティクルの除去(アッシング)を行う。このように、アークプラズマ成膜装置1では、格納室10の大気開放などを必要としないセルフクリーニングが可能である。   Then, glow discharge is caused by supplying predetermined AC power between the anode electrode 51 and the cathode electrode 52 by the AC power source 53. The droplets and macro particles existing in the bent tube 30 and the storage chamber 10 are removed (ashed) by radicals and ions generated by glow discharge. As described above, the arc plasma film forming apparatus 1 can perform self-cleaning that does not require opening the storage chamber 10 to the atmosphere.

なお、クリーニング時に、誘導コイル40によって、プラズマ300を屈曲管30から格納室10に誘導する磁場を形成してもよい。これにより、プラズマ300を屈曲管30内と格納室10内に誘導し、格納室10内のパーティクルの除去を効率的に行うことができる。   At the time of cleaning, the induction coil 40 may form a magnetic field that guides the plasma 300 from the bent tube 30 to the storage chamber 10. Thereby, the plasma 300 can be guided into the bent tube 30 and the storage chamber 10, and the particles in the storage chamber 10 can be efficiently removed.

また、誘導コイル40によって、成膜時にアークプラズマ200を誘導する場合と逆向きの磁場を形成して、図3に示すように、カーボンアッシング用のプラズマ300を放電室20方向に誘導してもよい。これにより、カソード電極52と放電室20間の屈曲管30内を効率的にクリーニングできる。   Further, the induction coil 40 forms a magnetic field opposite to the case of inducing the arc plasma 200 at the time of film formation, and the carbon ashing plasma 300 is induced toward the discharge chamber 20 as shown in FIG. Good. Thereby, the inside of the bent tube 30 between the cathode electrode 52 and the discharge chamber 20 can be efficiently cleaned.

上記のように誘導コイル40によってプラズマ300を誘導する磁場を屈曲管30に形成することにより、屈曲管30と格納室10の全体を隈無くクリーニングできると共に、クリーニング時間を短縮できる。   By forming the magnetic field for inducing the plasma 300 by the induction coil 40 in the bent tube 30 as described above, the entire bent tube 30 and the storage chamber 10 can be thoroughly cleaned and the cleaning time can be shortened.

なお、プラズマ発生部50のカソード電極52には、アノード電極51と対向するカソード主面に開口部を有する貫通孔が複数形成されたマルチホローカソード電極を使用することが出来る。例えば、櫛の歯部分に多数の貫通孔が形成された櫛型構造のマルチホローカソード電極を使用する。   As the cathode electrode 52 of the plasma generating unit 50, a multi-hollow cathode electrode in which a plurality of through holes having openings on the cathode main surface facing the anode electrode 51 can be used. For example, a multi-hollow cathode electrode having a comb structure in which a large number of through holes are formed in a comb tooth portion is used.

マルチホローカソード電極では、貫通孔内部でのプラズマ生成がホローカソード放電であり、このホローカソード放電においては、電子が貫通孔内部に閉じ込められ且つ運動エネルギーを持つことで、高密度電子の空間である高密度プラズマ領域が貫通孔に形成される。マルチホローカソード電極は、図4に示すように、カソード電極52の主面521、522に開口部をそれぞれ有する貫通孔520が形成されているため、各貫通孔520にそれぞれ生じたホローカソード放電が合わさって、カソード電極52の両面に均一なマルチホロー放電が得られる。高密度プラズマが生成される空間が貫通孔であるため、マルチホローカソード電極では、2つの主面間でプラズマの連続性が確保されている。このため、カソード電極52の両面に均一の高電子密度電界を容易に発生させることができる。このように、マルチホローカソード電極は容易に高密度プラズマが発生できるため、本用途に適しており、これによりドロップレットやマイクロパーティクルを効果的に除去することができる。   In the multi-hollow cathode electrode, the plasma generation inside the through hole is a hollow cathode discharge. In this hollow cathode discharge, electrons are confined inside the through hole and have kinetic energy, which is a high-density electron space. A high density plasma region is formed in the through hole. As shown in FIG. 4, the multi-hollow cathode electrode has through holes 520 each having openings on the main surfaces 521 and 522 of the cathode electrode 52, so that the hollow cathode discharge generated in each of the through holes 520 is generated. In addition, uniform multi-hollow discharge is obtained on both sides of the cathode electrode 52. Since the space in which the high-density plasma is generated is a through hole, the continuity of the plasma is ensured between the two main surfaces in the multi-hollow cathode electrode. For this reason, a uniform high electron density electric field can be easily generated on both surfaces of the cathode electrode 52. Thus, since the multi-hollow cathode electrode can easily generate high-density plasma, it is suitable for this application, and thus droplets and microparticles can be effectively removed.

以下に、アークプラズマ成膜装置1においてドロップレットを除去するクリーニングを実施した結果の評価例を示す。評価は以下の手順で行った。   Below, the evaluation example of the result of having implemented the cleaning which removes a droplet in the arc plasma film-forming apparatus 1 is shown. The evaluation was performed according to the following procedure.

先ず、アークプラズマ成膜装置1により、基板100上に十分な膜厚のカーボン成膜を行った。次いで、格納室10を大気開放して、屈曲管30の屈曲部の中央領域におけるパーティクル量を、気中パーティクルカウンタを用いて計測した。ここでの計測量を「クリーニング前計測量P1」とする。   First, a carbon film having a sufficient film thickness was formed on the substrate 100 by the arc plasma film forming apparatus 1. Next, the storage chamber 10 was opened to the atmosphere, and the amount of particles in the central region of the bent portion of the bent tube 30 was measured using an air particle counter. The measurement amount here is “measurement amount P1 before cleaning”.

その後、格納室10内を真空状態にし、プラズマ発生部50を用いてクリーニングを行った。具体的には、Arガスと酸素ガスの混合ガスを使用して屈曲管30のドロップレットの除去処理を行った。除去処理は、Arガスの流量を400sccm、酸素ガスの流量を200sccm、圧力を70Pa、放電パワーを400Wの条件で、10分間のグロー放電を3回行った。   Thereafter, the inside of the storage chamber 10 was evacuated and cleaning was performed using the plasma generation unit 50. Specifically, the droplet removal process of the bent tube 30 was performed using a mixed gas of Ar gas and oxygen gas. In the removal process, glow discharge was performed three times for 10 minutes under the conditions of an Ar gas flow rate of 400 sccm, an oxygen gas flow rate of 200 sccm, a pressure of 70 Pa, and a discharge power of 400 W.

除去処理後に格納室10を大気開放し、屈曲管30の屈曲部の中央領域におけるパーティクル量を計測した。ここでの計測量を「クリーニング後計測量P2」とする。   After the removal process, the storage chamber 10 was opened to the atmosphere, and the amount of particles in the central region of the bent portion of the bent tube 30 was measured. The measurement amount here is “measurement amount P2 after cleaning”.

図5及び図6に、パーティクルサイズ(粒径)毎のクリーニング前計測量P1とクリーニング後計測量P2を示す。図6の符号A〜符号Eは、粒径がそれぞれ0.3μm、0.5μm、1μm、2μm、5μmの場合の計測量を示す。   5 and 6 show the measurement amount P1 before cleaning and the measurement amount P2 after cleaning for each particle size (particle diameter). Symbols A to E in FIG. 6 indicate measurement amounts when the particle sizes are 0.3 μm, 0.5 μm, 1 μm, 2 μm, and 5 μm, respectively.

図5及び図6に示すように、除去処理によって、粒径が0.3μm〜5μmのパーティクルの量を4〜8%に低減することができた。したがって、アークプラズマ成膜装置1による屈曲管30内のクリーニングの効果が確認された。   As shown in FIGS. 5 and 6, the amount of particles having a particle size of 0.3 μm to 5 μm could be reduced to 4 to 8% by the removal process. Therefore, the effect of cleaning the bent tube 30 by the arc plasma film forming apparatus 1 was confirmed.

以上に説明したように、本発明の第1の実施形態に係るアークプラズマ成膜装置1では、格納室10内と屈曲管30内にカーボンアッシング用のプラズマを発生させることにより、格納室10を大気開放することなく、アークプラズマ成膜装置1の内部に堆積されたドロップレット及びパーティクルを容易に除去することができる。その結果、高い稼働率を実現し、且つドロップレットを除去するメンテナンス作業が容易なアークプラズマ成膜装置1を提供することができる。   As described above, in the arc plasma film-forming apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention, by generating the plasma for carbon ashing in the storage chamber 10 and the bent tube 30, the storage chamber 10 is formed. The droplets and particles deposited inside the arc plasma film forming apparatus 1 can be easily removed without opening to the atmosphere. As a result, it is possible to provide the arc plasma film forming apparatus 1 that realizes a high operating rate and that can easily perform maintenance work for removing droplets.

<変形例>
図7に本発明の第1の実施形態の変形例に係るアークプラズマ成膜装置1を示す。図7に示したアークプラズマ成膜装置1では、プラズマ発生部50が格納室10に配置されている。つまり、プラズマ発生部50のカソード電極52は格納室10内に配置されており、格納室10内で形成されたカーボンアッシング用のプラズマ300によって、格納室10と屈曲管30がクリーニングされる。
<Modification>
FIG. 7 shows an arc plasma film forming apparatus 1 according to a modification of the first embodiment of the present invention. In the arc plasma film forming apparatus 1 shown in FIG. 7, the plasma generating unit 50 is disposed in the storage chamber 10. That is, the cathode electrode 52 of the plasma generating unit 50 is disposed in the storage chamber 10, and the storage chamber 10 and the bent tube 30 are cleaned by the carbon ashing plasma 300 formed in the storage chamber 10.

なお、誘導コイル40によってアークプラズマ200を誘導する場合と逆向きの磁場を屈曲管30に形成して、プラズマ300を格納室10から屈曲管30方向に誘導できる。これにより、屈曲管30内を効率的にクリーニングできる。   Note that a magnetic field opposite to the direction in which the arc plasma 200 is induced by the induction coil 40 is formed in the bent tube 30, and the plasma 300 can be guided from the storage chamber 10 toward the bent tube 30. Thereby, the inside of the bending tube 30 can be cleaned efficiently.

(第2の実施形態)
図1では、格納室10と屈曲管30が一体化されている例を示した。しかし、格納室10と屈曲管30とが分離可能なアークプラズマ成膜装置1においても、本発明は適用可能である。
(Second Embodiment)
FIG. 1 shows an example in which the storage chamber 10 and the bent tube 30 are integrated. However, the present invention is also applicable to the arc plasma film forming apparatus 1 in which the storage chamber 10 and the bent tube 30 can be separated.

図8に、格納室10が分離された場合のアークプラズマ成膜装置1の例を示す。即ち、遮断機構31によって、屈曲管30と格納室10との連結箇所が遮断されている。更に、屈曲管30に排出機構32が配置されている。その他の構成については、図1に示す第1の実施形態と同様である。プラズマ発生部50は、屈曲管30に設置されている。   FIG. 8 shows an example of the arc plasma film forming apparatus 1 when the storage chamber 10 is separated. In other words, the connection portion between the bent tube 30 and the storage chamber 10 is blocked by the blocking mechanism 31. Further, a discharge mechanism 32 is disposed on the bent tube 30. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. The plasma generating unit 50 is installed in the bent tube 30.

図8に示した第2の実施形態に係るアークプラズマ成膜装置1では、屈曲管30内で形成されたプラズマ300によって、屈曲管30の内壁に堆積したドロップレットなどが除去される。そして、ドロップレットとプラズマ300との反応によって屈曲管30内に発生した生成物は、排出機構32からアークプラズマ成膜装置1の外部に排出される。他は、第1の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。例えば、図8に示したアークプラズマ成膜装置1においても、クリーニング時にプラズマ300を誘導する磁場を誘導コイル40によって形成してもよいことはもちろんである。   In the arc plasma film forming apparatus 1 according to the second embodiment shown in FIG. 8, droplets and the like deposited on the inner wall of the bent tube 30 are removed by the plasma 300 formed in the bent tube 30. The product generated in the bent tube 30 by the reaction between the droplet and the plasma 300 is discharged from the discharge mechanism 32 to the outside of the arc plasma film forming apparatus 1. Others are substantially the same as those in the first embodiment, and redundant description is omitted. For example, also in the arc plasma film forming apparatus 1 shown in FIG. 8, the magnetic field that induces the plasma 300 during cleaning may be formed by the induction coil 40.

(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.

上記では、グロー放電によってプラズマ300を発生させる例を説明したが、他の方法でプラズマ300を発生させてもよい。また、FAD法以外の成膜方法を採用したアークプラズマ成膜装置1においても、本発明を適用することができる。   In the above description, the plasma 300 is generated by glow discharge. However, the plasma 300 may be generated by other methods. The present invention can also be applied to the arc plasma film forming apparatus 1 that employs a film forming method other than the FAD method.

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…アークプラズマ成膜装置
10…格納室
11…排気口
12…ステージ
20…放電室
30…屈曲管
31…遮断機構
32…排出機構
40…誘導コイル
50…プラズマ発生部
51…アノード電極
52…カソード電極
53…交流電源
54…ガス導入機構
60…ターゲット保管室
100…基板
200…アークプラズマ
300…カーボンアッシング用のプラズマ
500…クリーニング用ガス
600…カーボンターゲット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Arc plasma film-forming apparatus 10 ... Storage chamber 11 ... Exhaust port 12 ... Stage 20 ... Discharge chamber 30 ... Bending pipe 31 ... Shut-off mechanism 32 ... Discharge mechanism 40 ... Inductive coil 50 ... Plasma generating part 51 ... Anode electrode 52 ... Cathode Electrode 53 ... AC power supply 54 ... Gas introduction mechanism 60 ... Target storage chamber 100 ... Substrate 200 ... Arc plasma 300 ... Plasma for carbon ashing 500 ... Cleaning gas 600 ... Carbon target

Claims (7)

カーボンイオンを含むアークプラズマを生成して、カーボンを主成分とする薄膜を処理対象の基板上に形成するアークプラズマ成膜装置であって、
前記基板が格納される格納室と、
成膜用のカーボンターゲットが配置される放電室と、
前記格納室と前記放電室とを連結する、屈曲部を有する屈曲管と、
互いに対向する主面にそれぞれ開口部を有する貫通孔が形成されたマルチホローカソード電極によりグロー放電を発生させ、前記格納室内及び前記屈曲管内の少なくともいずれかに前記グロー放電によってカーボンアッシング用のプラズマを発生するプラズマ発生部と
を備え、前記格納室内及び前記屈曲管内に発生したカーボン膜及びカーボン粉塵を前記カーボンアッシング用のプラズマと反応させることにより除去することを特徴とするアークプラズマ成膜装置。
An arc plasma film forming apparatus for generating an arc plasma containing carbon ions and forming a thin film mainly composed of carbon on a substrate to be processed,
A storage chamber in which the substrate is stored;
A discharge chamber in which a carbon target for film formation is disposed;
A bent tube having a bent portion connecting the storage chamber and the discharge chamber;
A glow discharge is generated by a multi-hollow cathode electrode in which through holes each having an opening are formed on main surfaces facing each other , and plasma for carbon ashing is generated in at least one of the storage chamber and the bent tube by the glow discharge. An arc plasma film forming apparatus, comprising: a plasma generating unit that generates the carbon film and carbon dust generated in the storage chamber and the bent tube by reacting with the carbon ashing plasma.
前記プラズマ発生部が、O2+Ar、O2、N2+Ar、N2、O2+N2+Arのいずれかのガスから前記カーボンアッシング用のプラズマを発生させることを特徴とする請求項1に記載のアークプラズマ成膜装置。 2. The plasma ashing unit generates the plasma for carbon ashing from any gas of O 2 + Ar, O 2 , N 2 + Ar, N 2 , and O 2 + N 2 + Ar. Arc plasma deposition system. 前記屈曲管に沿って配置された誘導コイルを更に備え、
前記誘導コイルが、前記カーボンアッシング用のプラズマを誘導する磁場を前記屈曲管に形成することを特徴とする請求項1又は2に記載のアークプラズマ成膜装置。
An induction coil disposed along the bent tube;
It said induction coil, arc plasma deposition apparatus according to a magnetic field that induces a plasma for the carbon ashing to claim 1 or 2, characterized in that formed on the bent pipe.
前記誘導コイルが、前記カーボンターゲットの表面に形成された前記アークプラズマを前記屈曲管を介して前記放電室から前記基板の主面に誘導する場合と逆向きの磁場を形成して、前記カーボンアッシング用のプラズマを誘導することを特徴とする請求項に記載のアークプラズマ成膜装置。 The induction coil forms a magnetic field opposite to the case where the arc plasma formed on the surface of the carbon target is guided from the discharge chamber to the main surface of the substrate through the bent tube, and the carbon ashing is performed. An arc plasma film forming apparatus according to claim 3 , wherein a plasma for use is induced. 前記プラズマ発生部が、前記屈曲管に配置されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のアークプラズマ成膜装置。 It said plasma generating portion, the arc plasma film forming apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is disposed in the bent tube. 前記屈曲管と前記格納室との連結箇所を遮断する遮断機構と、
前記屈曲管に設置された排出機構と
を更に備え、前記カーボン膜及びカーボン粉塵と前記カーボンアッシング用のプラズマとの反応によって前記屈曲管内に発生した生成物が前記排出機構から排出されることを特徴とする請求項に記載のアークプラズマ成膜装置。
A blocking mechanism that blocks a connection point between the bent tube and the storage chamber;
A discharge mechanism installed in the bent pipe, and a product generated in the bent pipe due to a reaction between the carbon film and carbon dust and the plasma for carbon ashing is discharged from the discharge mechanism. An arc plasma film forming apparatus according to claim 5 .
前記プラズマ発生部が、前記格納室に配置されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のアークプラズマ成膜装置。 It said plasma generating portion, the arc plasma film forming apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is arranged in the storage chamber.
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