JP6155796B2 - 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 film by forming arc plasma.

ダイアモンドライクカーボン(DLC)膜の形成などに使用するために、アークプラズマを用いるアークプラズマ成膜装置が提案されている。アークプラズマ成膜装置では、長期間の連続使用の実現が課題の1つである。アークプラズマ成膜装置は固体ターゲットを使用するが、アーク放電中にアークスポットによってターゲットの表面が局所的に溶融される。これにより形成される深い穴(凹部)の中にアーク放電が落ち込むことで、放電が不安定になる。その結果、成膜レートが低下したり、或いはアーク放電が消失し、成膜が途絶したりするという問題があった。   An arc plasma film forming apparatus using arc plasma has been proposed for use in forming a diamond like carbon (DLC) film. In the arc plasma film forming apparatus, one of the problems is to realize long-term continuous use. The arc plasma deposition apparatus uses a solid target, and the surface of the target is locally melted by an arc spot during arc discharge. The arc discharge falls into the deep hole (concave) formed thereby, and the discharge becomes unstable. As a result, there has been a problem that the film formation rate is reduced, or arc discharge disappears and film formation is interrupted.

特に、DLC膜形成用のアークプラズマ成膜装置では、カーボンターゲット表面でのアーク放電により、アークスポット部に凹状の穴が形成され、放電が不安定になったり、放電が途絶したりするなどの問題が顕著である。   In particular, in an arc plasma film forming apparatus for forming a DLC film, a concave hole is formed in the arc spot portion due to arc discharge on the surface of the carbon target, and the discharge becomes unstable or the discharge is interrupted. The problem is remarkable.

このため、チャンバー内でターゲット表面を切削し、ターゲット表面を平坦に修正加工を行う方法が提案されている。1回の切削量は3mm程度である。従来の方法では、100mmから200mmの長いターゲットを使用し、定期的にチャンバー内でターゲット表面の切削を行い、平坦面を担保する。これにより、同一のターゲットを一定期間使用する。その結果、ターゲット交換時間、真空ベント、排気時間を抑制することで装置の稼働率の向上を図る。また、複数のターゲットを用意し、一方のターゲットで成膜処理を行い、他方のターゲットの表面を切削加工することにより、装置の稼働率を更に改善しようとする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   For this reason, a method has been proposed in which the target surface is cut in a chamber and the target surface is corrected flatly. The amount of cutting at one time is about 3 mm. In the conventional method, a long target of 100 mm to 200 mm is used, and the target surface is periodically cut in the chamber to ensure a flat surface. Thereby, the same target is used for a certain period. As a result, the operation rate of the apparatus is improved by suppressing the target exchange time, the vacuum vent, and the exhaust time. Further, a method has been proposed in which a plurality of targets are prepared, a film forming process is performed with one target, and the surface of the other target is cut to further improve the operating rate of the apparatus (for example, Patent Document 1).

特開2005−240182号公報JP-A-2005-240182

しかしながら、チャンバー内でターゲット表面の切削加工を行う方法では、チャンバー内にパーティクル源となる粉塵が大量に蓄積し、成膜面に混入してしまうなどの問題が生じる。   However, in the method of cutting the target surface in the chamber, there is a problem that a large amount of dust that becomes a particle source accumulates in the chamber and is mixed into the film formation surface.

上記問題点に鑑み、本発明は、高い稼働率を実現し、且つチャンバー内でターゲットの切削粉塵の蓄積が無い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 does not accumulate cutting dust on a target in a chamber.

本発明の一態様によれば、成膜用ターゲットの材料元素のイオンを含むアークプラズマを形成して、材料元素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)基板が設置される試料室及びアークプラズマが形成される放電室を有するチャンバーと、(ロ)複数のターゲットが格納され、放電室と貫通孔を介して連結する成膜位置が定義されたターゲット保管室と、(ハ)複数のターゲットの1つが成膜用ターゲットとして成膜位置に配置されるようにターゲット保管室内で複数のターゲットを支持し、相対的位置関係を変化させずに複数のターゲットを同時に移動させるターゲット支持装置と、(ニ)成膜位置に配置された成膜用ターゲットを放電室に搬送するターゲット搬送機構とを備え、複数のターゲットのそれぞれが、ターゲットホルダの底面にターゲットの一部が底面から突出して露出するようにターゲットホルダに装着された構造を有し、成膜用ターゲットを装着したターゲットホルダの底面の成膜用ターゲットの一部が露出した領域の残余の領域が、貫通孔の周囲で放電室の外側に密着することで、放電室とターゲット保管室の間を気密シール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 forming an arc plasma containing ions of a material element of a film forming target and forming a thin film containing the material element as a main component on a substrate to be processed. (B) a chamber having a sample chamber in which a substrate is installed and a discharge chamber in which arc plasma is formed; and (b) a film forming position in which a plurality of targets are stored and connected to the discharge chamber through a through hole. And (c) supporting a plurality of targets in the target storage chamber so that one of the plurality of targets is disposed at the film formation position as a film formation target, and changing the relative positional relationship. comprising a target support device for moving a plurality of targets simultaneously without, a target transport mechanism for transporting (d) a film-forming target positioned in the deposition position to the discharge chamber, a plurality Each target is part of the target on the bottom surface of the target holder having a mounting structure in the target holder so as to be exposed to project from the bottom surface, the film formation target of the bottom surface of the target holder equipped with a deposition target An arc plasma film-forming apparatus that provides a hermetic seal between the discharge chamber and the target storage chamber is provided by allowing the remaining region of the exposed portion to adhere to the outside of the discharge chamber around the through hole.

本発明によれば、高い稼働率を実現し、且つチャンバー内でターゲットの切削粉塵の蓄積が無いアークプラズマ成膜装置を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide an arc plasma film forming apparatus that realizes a high operating rate and does not accumulate target cutting dust in the chamber.

本発明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 embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るアークプラズマ成膜装置において成膜用ターゲットが成膜位置に配置された例を示す模式図であり、図2(a)は成膜用ターゲットが貫通孔に押し込まれる前の状態を示し、図2(b)は成膜用ターゲットが貫通孔に押し込まれた後の状態を示す。FIG. 2A is a schematic diagram illustrating an example in which a deposition target is disposed at a deposition position in an arc plasma deposition apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2A is a diagram before the deposition target is pushed into a through hole. FIG. 2B shows a state after the film-forming target is pushed into the through hole. 本発明の実施形態に係るアークプラズマ成膜装置におけるターゲットの配置例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of a target arrangement | positioning in the arc plasma film-forming apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るアークプラズマ成膜装置のターゲット搬送機構及びゲートバルブの構成を示す模式図であり、図4(a)はゲートバルブにより貫通孔が塞がれた状態を示し、図4(b)はゲートバルブがターゲット保管室に支持される例を示す。FIG. 4A is a schematic diagram illustrating a configuration of a target transport mechanism and a gate valve of an arc plasma film forming apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4A illustrates a state in which a through hole is blocked by the gate valve; (B) shows an example in which the gate valve is supported by the target storage chamber. 本発明の実施形態に係るアークプラズマ成膜装置のターゲット搬送機構が有するターゲット回転機構の機能を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the function of the target rotation mechanism which the target conveyance mechanism of the arc plasma film-forming apparatus which concerns on embodiment of this invention has. 本発明の実施形態に係るアークプラズマ成膜装置におけるターゲットの配置の他の例を示す模式図であり、図6(a)は垂直方向にターゲットを縦列に配列する例であり、図6(b)は水平方向にターゲットを横列に配列する例である。FIG. 6A is a schematic diagram showing another example of the arrangement of targets in the arc plasma film forming apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. 6A is an example in which targets are arranged in tandem in the vertical direction, and FIG. ) Is an example in which targets are arranged in rows in the horizontal direction.

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アークプラズマ成膜装置1は、成膜用ターゲットの材料元素イオンを含むアークプラズマをアーク放電によって形成して、その材料元素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る。「成膜用ターゲット」は、基板に所望の薄膜を形成するためにアークプラズマに曝される。   An arc plasma film forming apparatus 1 according to an embodiment of the present invention forms an arc plasma containing material element ions of a film forming target by arc discharge, and a thin film containing the material element as a main component on a substrate to be processed. This is an arc plasma film forming apparatus. The “deposition target” is exposed to arc plasma to form a desired thin film on the substrate.

アークプラズマ成膜装置1は、図1に示すように、処理対象の基板100が設置されるチャンバー10と、複数のターゲット40が格納されるターゲット保管室20と、複数のターゲット40の1つが成膜位置25に配置されるように、ターゲット保管室20内で複数のターゲット40を支持するターゲット支持装置30と、成膜位置25に配置されたターゲット40を放電室12に搬送するターゲット搬送機構50とを備える。   As shown in FIG. 1, the arc plasma film forming apparatus 1 includes a chamber 10 in which a substrate 100 to be processed is installed, a target storage chamber 20 in which a plurality of targets 40 are stored, and one of the plurality of targets 40. A target support device 30 that supports a plurality of targets 40 in the target storage chamber 20 so as to be disposed at the film position 25, and a target transport mechanism 50 that transports the target 40 disposed at the film formation position 25 to the discharge chamber 12. With.

チャンバー10は、基板100が配置される試料室11とアークプラズマが形成される放電室12を有する。更にチャンバー10は、試料室11と放電室12を連結し、アークプラズマを放電室12から試料室11に誘導する誘導管13を有する。   The chamber 10 has a sample chamber 11 in which the substrate 100 is disposed and a discharge chamber 12 in which arc plasma is formed. The chamber 10 further includes an induction tube 13 that connects the sample chamber 11 and the discharge chamber 12 and guides arc plasma from the discharge chamber 12 to the sample chamber 11.

基板100に成膜する材料であるターゲット40は、ターゲットホルダ42に装着された状態で支持され、アーク放電によって蒸発する。例えばDLC膜を基板100に成膜する場合には、ターゲット40にカーボンが採用される。   The target 40, which is a material to be deposited on the substrate 100, is supported while being mounted on the target holder 42, and is evaporated by arc discharge. For example, when a DLC film is formed on the substrate 100, carbon is used for the target 40.

ターゲット40は例えば円柱形状である。ターゲット40は、ターゲットホルダ42の底面にターゲット40の表面が露出するように、ターゲットホルダ42に装着されている。ターゲットホルダ42の底面におけるターゲット40が露出した領域の残余の領域が貫通孔120の周囲で放電室12の外側に密着することにより、放電室12とターゲット保管室20間が気密シールされる。したがって、ターゲット40の外形の形状と貫通孔120の形状は対応している。   The target 40 has a cylindrical shape, for example. The target 40 is mounted on the target holder 42 so that the surface of the target 40 is exposed on the bottom surface of the target holder 42. The remaining area of the area where the target 40 is exposed on the bottom surface of the target holder 42 is in close contact with the outside of the discharge chamber 12 around the through hole 120, so that the space between the discharge chamber 12 and the target storage chamber 20 is hermetically sealed. Therefore, the outer shape of the target 40 and the shape of the through hole 120 correspond to each other.

ターゲット保管室20には、放電室12と貫通孔120を介して連結する成膜位置25が定義されている。図2(a)に示すように、ターゲット支持装置30は、ターゲット40をそれぞれ装着した複数のターゲットホルダ42の1つを選択的に成膜位置25に配置する。そして、ターゲット搬送機構50は、図2(b)に示すように、成膜位置25に配置された成膜用ターゲット40Tが放電室12内に露出するように、ターゲットホルダ42を貫通孔120に押し込む。ターゲット支持装置30に支持された成膜用ターゲット40T及びターゲットホルダ42は、搬送ロッド500を伸縮させることによって、放電室12に搬送される。   In the target storage chamber 20, a film formation position 25 that is connected to the discharge chamber 12 via the through hole 120 is defined. As shown in FIG. 2A, the target support device 30 selectively places one of a plurality of target holders 42 each having a target 40 mounted thereon at the film formation position 25. Then, as shown in FIG. 2B, the target transport mechanism 50 moves the target holder 42 into the through-hole 120 so that the deposition target 40 </ b> T disposed at the deposition position 25 is exposed in the discharge chamber 12. Push in. The film formation target 40T and the target holder 42 supported by the target support device 30 are transported to the discharge chamber 12 by extending and contracting the transport rod 500.

また、上記のように成膜用ターゲット40Tを装着したターゲットホルダ42を貫通孔120に押し当てることによって、貫通孔120がターゲットホルダ42によって塞がれて、ターゲット保管室20に対してチャンバー10内が気密シールされる。このため、ターゲット保管室20内の圧力状態に関わりなく、例えばターゲット保管室20内が大気圧になっても、チャンバー10内の真空状態が維持される。   Further, by pressing the target holder 42 to which the film-forming target 40T is mounted as described above against the through hole 120, the through hole 120 is closed by the target holder 42, and the target storage chamber 20 is in the chamber 10. Is hermetically sealed. For this reason, regardless of the pressure state in the target storage chamber 20, even if the inside of the target storage chamber 20 becomes atmospheric pressure, the vacuum state in the chamber 10 is maintained.

図3に、回転軸Cを中心にして複数のターゲット40が円状にターゲット保管室20に配置された例を示す。図3は、回転軸Cの延伸する方向から見た側面図であり、回転軸Cに沿って成膜用ターゲット40Tが貫通孔120に押し込まれる。図3に示したように、ターゲット支持装置30がターゲット40をリボルバー構造で支持しているため、矢印で示したように回転軸Cを中心に複数のターゲット40を回転させることにより、任意のターゲット40を成膜位置25に配置することができる。   FIG. 3 shows an example in which a plurality of targets 40 are arranged in the target storage chamber 20 around the rotation axis C in a circular shape. FIG. 3 is a side view seen from the direction in which the rotation axis C extends, and the film formation target 40T is pushed into the through hole 120 along the rotation axis C. FIG. As shown in FIG. 3, since the target support device 30 supports the target 40 with a revolver structure, any target can be obtained by rotating the plurality of targets 40 around the rotation axis C as indicated by the arrows. 40 can be arranged at the film forming position 25.

なお、図3ではターゲット保管室20に8個のターゲット40が保管される例を示したが、ターゲット保管室20に保管されるターゲットの個数は8個に限られない。また、真円状に限らず、楕円状に複数のターゲット40を配置してもよい。或いは、環状以外の配置形態で複数のターゲット40をターゲット保管室20内で保管してもよい。   Although FIG. 3 shows an example in which eight targets 40 are stored in the target storage chamber 20, the number of targets stored in the target storage chamber 20 is not limited to eight. Moreover, you may arrange | position the some target 40 not only in a perfect circle shape but elliptical. Alternatively, the plurality of targets 40 may be stored in the target storage chamber 20 in an arrangement form other than the annular shape.

アークプラズマ成膜装置1では、成膜用ターゲット40Tを陰極として発生させたアーク放電によって、成膜用ターゲット40Tに含まれる原料の正イオンを含むアークプラズマを生成する。このプラズマを誘導管13を介して放電室12から試料室11内の基板100表面に導いて、基板100上に薄膜を形成する。例えば誘導管13の周囲に配置したコイル(図示略)によって形成した磁場により、誘導管13に沿ってプラズマを輸送する。アーク放電ではプラズマとは別に中性粒子であるドロップレットといわれる微粒子が発生するが、図1に示すように湾曲した誘導管13を用いることにより、プラズマはコイル磁場により誘導管13に沿って屈曲輸送されるの対して、電荷を帯びていない中性粒子は誘導管13の屈曲部でフィルタリングされ基板100に到達することはない。   In the arc plasma film forming apparatus 1, arc plasma including positive ions of raw materials included in the film forming target 40 </ b> T is generated by arc discharge generated using the film forming target 40 </ b> T as a cathode. This plasma is guided from the discharge chamber 12 to the surface of the substrate 100 in the sample chamber 11 via the induction tube 13 to form a thin film on the substrate 100. For example, plasma is transported along the induction tube 13 by a magnetic field formed by a coil (not shown) arranged around the induction tube 13. In arc discharge, fine particles called droplets, which are neutral particles, are generated separately from plasma. By using a curved induction tube 13 as shown in FIG. 1, the plasma is bent along the induction tube 13 by a coil magnetic field. In contrast to being transported, neutral particles that are not charged are filtered by the bent portion of the guide tube 13 and do not reach the substrate 100.

後述するように、成膜工程においてはチャンバー10内を真空状態にした後、アークプラズマが形成される。一方、ターゲット保管室20の内部とチャンバー10の内部とは、貫通孔120を塞ぐ成膜用ターゲット40Tのターゲットホルダ42によって気密シールされている。このため、チャンバー10内が真空状態にある場合やチャンバー10内にアークプラズマが形成されている場合においても、ターゲット保管室20の内部を例えば大気圧にすることができる。つまり、チャンバー10内部をターゲット保管室20の内部と分離して真空状態にできる。したがって、基板100の成膜工程中に、ターゲット保管室20内に配置されたターゲット40を、未使用の新たなターゲットと交換できる。   As will be described later, arc plasma is formed in the film forming process after the chamber 10 is evacuated. On the other hand, the inside of the target storage chamber 20 and the inside of the chamber 10 are hermetically sealed by a target holder 42 of a film formation target 40T that closes the through hole 120. For this reason, even when the inside of the chamber 10 is in a vacuum state or when arc plasma is formed in the chamber 10, the inside of the target storage chamber 20 can be at atmospheric pressure, for example. That is, the inside of the chamber 10 can be separated from the inside of the target storage chamber 20 to be in a vacuum state. Therefore, the target 40 disposed in the target storage chamber 20 can be replaced with a new unused target during the film forming process of the substrate 100.

或いは、基板100の成膜工程中に、ターゲット保管室20内に配置されたターゲット40を外に取り出して、ターゲット40の表面を切削研磨することができる。具体的には、ターゲット支持装置30によって成膜用ターゲット40Tがターゲット保管室20内の他のターゲット40に交換されると同時に、使用済みのターゲット40が成膜位置25から移動される。成膜工程を行いながらターゲット保管室20内を大気圧にすることができるため、ターゲット保管室20内の使用済みターゲット40をターゲット保管室20から取り出せる。このため、使用済みのターゲット40の表面を研磨装置などによって研磨することができる。   Alternatively, during the film forming process of the substrate 100, the target 40 disposed in the target storage chamber 20 can be taken out and the surface of the target 40 can be cut and polished. Specifically, the film forming target 40T is replaced with another target 40 in the target storage chamber 20 by the target support device 30, and the used target 40 is moved from the film forming position 25 at the same time. Since the inside of the target storage chamber 20 can be set to atmospheric pressure while performing the film forming process, the used target 40 in the target storage chamber 20 can be taken out from the target storage chamber 20. For this reason, the surface of the used target 40 can be polished by a polishing apparatus or the like.

使用済みのターゲット40の表面を研磨することにより、ターゲット40の表面の平滑性が回復し、放電の安定性を得ることができる。   By polishing the surface of the used target 40, the smoothness of the surface of the target 40 is recovered, and the discharge stability can be obtained.

なお、図4(a)に示すような貫通孔120を塞ぐゲートバルブ60をターゲット保管室20に用意することにより、ターゲット保管室20内の圧力状態に関わらずチャンバー10内の真空状態を維持することができる。つまり、貫通孔120をゲートバルブ60で塞ぐことにより、ターゲット40が貫通孔120に押し込まれていない状態でも、チャンバー10内の真空状態を維持しつつ、ターゲット保管室20内を大気圧にすることが可能である。   In addition, by preparing the gate valve 60 that closes the through hole 120 as shown in FIG. 4A in the target storage chamber 20, the vacuum state in the chamber 10 is maintained regardless of the pressure state in the target storage chamber 20. be able to. That is, by closing the through hole 120 with the gate valve 60, the inside of the target storage chamber 20 is set to atmospheric pressure while maintaining the vacuum state in the chamber 10 even when the target 40 is not pushed into the through hole 120. Is possible.

例えば図4(b)に示すように、ターゲット保管室20に支点Fで支持されて移動可能なゲートバルブ60を用意する。そして、成膜工程時には貫通孔120から離れた位置にゲートバルブ60を配置する。一方、ターゲット40のすべてが放電室12内に露出していない場合に、図4(b)に示すように矢印方向に移動させたゲートバルブ60によって貫通孔120を塞ぐ。これによりチャンバー10内の真空状態を破ることなく、ターゲット保管室20内を大気圧にすることができる。このため、チャンバー10内を真空状態のままで、ターゲット保管室20から使用済みのターゲット40取り出したり、新たなターゲット40をターゲット保管室20に配置したりすることが可能となる。チャンバー10内の真空状態は維持されるため、アークプラズマ成膜装置1の稼働率が向上する。   For example, as shown in FIG. 4B, a gate valve 60 that is supported by a fulcrum F and is movable in the target storage chamber 20 is prepared. The gate valve 60 is disposed at a position away from the through hole 120 during the film forming process. On the other hand, when all of the target 40 is not exposed in the discharge chamber 12, the through hole 120 is closed by the gate bulb 60 moved in the direction of the arrow as shown in FIG. Thereby, the inside of the target storage chamber 20 can be made atmospheric pressure without breaking the vacuum state in the chamber 10. For this reason, it is possible to take out the used target 40 from the target storage chamber 20 or place a new target 40 in the target storage chamber 20 while the inside of the chamber 10 is kept in a vacuum state. Since the vacuum state in the chamber 10 is maintained, the operating rate of the arc plasma film forming apparatus 1 is improved.

図4(a)に示すように、ターゲット搬送機構50は、ターゲット回転機構51、ターゲット給電機構52、及びターゲット冷却機構53を備える。   As shown in FIG. 4A, the target transport mechanism 50 includes a target rotation mechanism 51, a target power supply mechanism 52, and a target cooling mechanism 53.

ターゲット回転機構51は、ターゲットホルダ42の底面の面法線方向を回転軸として、成膜用ターゲット40Tを回転させる。例えば、ターゲットホルダ42と連結させた搬送ロッド500を回転させることにより、図5に示すようにターゲットホルダ42ごと成膜用ターゲット40Tを回転させる。アーク放電中に成膜用ターゲット40Tを回転させることにより、成膜用ターゲット40Tの表面の蒸発量を均等にすることができる。例えば、モータなどを用いて搬送ロッド500を回転させる。   The target rotation mechanism 51 rotates the film formation target 40T with the surface normal direction of the bottom surface of the target holder 42 as a rotation axis. For example, the film forming target 40T is rotated together with the target holder 42 as shown in FIG. 5 by rotating the transfer rod 500 connected to the target holder 42. By rotating the deposition target 40T during arc discharge, the evaporation amount on the surface of the deposition target 40T can be made uniform. For example, the transport rod 500 is rotated using a motor or the like.

ターゲット給電機構52は、アークプラズマを形成するために成膜用ターゲット40Tに給電する。具体的には、成膜用ターゲット40Tが陰極となるように、搬送ロッド500とターゲットホルダ42を介して成膜用ターゲット40Tに給電する。これにより、放電室12内に所望のプラズマが形成される。   The target power supply mechanism 52 supplies power to the film formation target 40T in order to form arc plasma. Specifically, power is supplied to the film formation target 40T through the transport rod 500 and the target holder 42 so that the film formation target 40T becomes a cathode. Thereby, desired plasma is formed in the discharge chamber 12.

ターゲット冷却機構53は、搬送ロッド500を介して成膜用ターゲット40Tを冷却する。成膜処理中は、アークプラズマに曝された成膜用ターゲット40Tの温度が上昇する。成膜用ターゲット40Tが高温の状態では、アーク放電の維持が困難になる。また、放電室12とターゲット保管室20間の気密シール部の温度が上昇し、シール材料の耐久性を超えてしまうなどの問題が生じる。このため、成膜工程中での成膜用ターゲット40Tの冷却が有効である。ターゲット冷却機構53には、例えば、搬送ロッド500内に冷却水を流す水冷方式などを採用可能である。   The target cooling mechanism 53 cools the film formation target 40T via the transfer rod 500. During the film forming process, the temperature of the film forming target 40T exposed to the arc plasma rises. When the deposition target 40T is in a high temperature state, it is difficult to maintain arc discharge. In addition, the temperature of the hermetic seal portion between the discharge chamber 12 and the target storage chamber 20 rises, resulting in problems such as exceeding the durability of the seal material. For this reason, it is effective to cool the deposition target 40T during the deposition process. For the target cooling mechanism 53, for example, a water cooling method in which cooling water is allowed to flow in the transfer rod 500 can be employed.

以下に、図1に示したアークプラズマ成膜装置1によって、処理対象の基板100に成膜する方法の例を説明する。なお、以下の説明では、ターゲット保管室20に配置されたターゲット40を、成膜工程で使用される順に第1のターゲット、第2のターゲット、第3のターゲット、・・・とする。   Hereinafter, an example of a method for forming a film on the substrate 100 to be processed by the arc plasma film forming apparatus 1 shown in FIG. 1 will be described. In the following description, the target 40 disposed in the target storage chamber 20 is referred to as a first target, a second target, a third target,.

先ず、処理対象の基板100を試料室11内に格納し、試料室11内を真空排気する。試料室11とターゲット保管室20間は、ゲートバルブ60によって気密シールされている。成膜工程で使用される複数のターゲット40をターゲット保管室20に配置し、ターゲット保管室20を真空排気する。ターゲット40は、基板100に形成する膜の原料を含む。   First, the substrate 100 to be processed is stored in the sample chamber 11 and the sample chamber 11 is evacuated. A space between the sample chamber 11 and the target storage chamber 20 is hermetically sealed by a gate valve 60. A plurality of targets 40 used in the film forming process are arranged in the target storage chamber 20, and the target storage chamber 20 is evacuated. The target 40 includes a raw material for a film to be formed on the substrate 100.

次いで、第1のターゲットが成膜用ターゲット40Tとして成膜位置25に配置されるように、ターゲット支持装置30がターゲット保管室20に配置された複数のターゲット40を移動させる。そして、ゲートバルブ60を開放し、成膜位置25に配置された第1のターゲットが貫通孔120に押し込まれ、第1のターゲットのターゲット40が放電室12内に露出する。   Next, the target support device 30 moves the plurality of targets 40 arranged in the target storage chamber 20 so that the first target is arranged at the film formation position 25 as the film formation target 40T. Then, the gate valve 60 is opened, the first target arranged at the film forming position 25 is pushed into the through hole 120, and the target 40 of the first target is exposed in the discharge chamber 12.

そして、放電室12内に露出した第1のターゲットの表面上にアークプラズマを形成する。アークプラズマは、例えば高電界によってアーク放電を発生することによって形成される。つまり、アーク放電の発生により、ターゲット40が蒸発すると共にイオン化され、アークプラズマが形成される。このアークプラズマ中のターゲット40のイオンを基板100の表面に導いて堆積させることにより、第1のターゲットを用いた成膜処理が行われる。   Then, arc plasma is formed on the surface of the first target exposed in the discharge chamber 12. The arc plasma is formed, for example, by generating an arc discharge with a high electric field. That is, by the occurrence of arc discharge, the target 40 is evaporated and ionized, and arc plasma is formed. A film forming process using the first target is performed by introducing and depositing ions of the target 40 in the arc plasma on the surface of the substrate 100.

所定の放電時間後、アーク放電を停止し、ターゲット支持装置30によってターゲット保管室20内のターゲット40の配置を変更する。具体的には、使用済みの第1のターゲットに代えて第2のターゲットが成膜位置25に移動する。このターゲット交換時においては、ターゲット保管室20内もチャンバー10内と同様に真空状態が維持される。その後、アーク放電が再開され、第2のターゲットを用いた成膜処理が行われる。   After a predetermined discharge time, the arc discharge is stopped, and the arrangement of the target 40 in the target storage chamber 20 is changed by the target support device 30. Specifically, the second target moves to the film formation position 25 instead of the used first target. When this target is replaced, the vacuum state is maintained in the target storage chamber 20 as in the chamber 10. Thereafter, arc discharge is resumed, and film formation using the second target is performed.

更に、所定の放電時間後、アーク放電を停止し、ターゲット支持装置30によって使用済みの第2のターゲットに代えて第3のターゲットを成膜位置25に移動する。そして、第3のターゲットを用いた成膜処理が行われる。   Furthermore, after a predetermined discharge time, the arc discharge is stopped, and the target support device 30 moves the third target to the film forming position 25 instead of the used second target. Then, a film forming process using the third target is performed.

その後、所定の放電時間が経過する度に、成膜用ターゲット40Tを交換しながら成膜処理が行われる。   Thereafter, every time a predetermined discharge time elapses, the film forming process is performed while replacing the film forming target 40T.

なお、1つのターゲット40を用いて成膜を行う上記の所定の放電時間は、例えばアークスポットによってターゲット40の表面に形成される凹部の大きさがアーク放電の生成、維持が著しく劣化しない程度に設定される。一定の頻度で成膜用ターゲット40Tを交換することにより、成膜用ターゲット40Tの表面の平滑性が常に確保され、安定したアーク放電が得られる。   The predetermined discharge time for forming a film using one target 40 is such that, for example, the size of the recess formed on the surface of the target 40 by the arc spot does not significantly deteriorate the generation and maintenance of the arc discharge. Is set. By exchanging the film-forming target 40T at a constant frequency, the surface smoothness of the film-forming target 40T is always ensured, and a stable arc discharge can be obtained.

上記のように、アークプラズマ成膜装置1では、チャンバー10内を高真空状態にしたままで、ターゲット保管室20内の複数のターゲット40を用いて成膜用ターゲット40Tを交換しながらの成膜処理が行われる。このため、高い稼働率を維持することができる。   As described above, in the arc plasma film forming apparatus 1, film formation is performed while replacing the film formation target 40T using the plurality of targets 40 in the target storage chamber 20 while the chamber 10 is kept in a high vacuum state. Processing is performed. For this reason, a high operation rate can be maintained.

更に、チャンバー10内での成膜処理を行いつつ、ターゲット保管室20内の使用済みのターゲット40を未使用の新たなターゲット40と交換したり、使用済みのターゲット40の表面を研磨したりできる。この場合にも、高い稼働率を維持することができる。また、チャンバー10内でターゲット40の研磨を行わないため、チャンバー10内にパーティクル源となる切削粉塵の蓄積がなく、基板面へのパーティクルの混入が低減される。   Furthermore, while performing the film forming process in the chamber 10, the used target 40 in the target storage chamber 20 can be replaced with a new unused target 40, or the surface of the used target 40 can be polished. . Also in this case, a high operating rate can be maintained. Further, since the target 40 is not polished in the chamber 10, there is no accumulation of cutting dust that becomes a particle source in the chamber 10, and mixing of particles on the substrate surface is reduced.

以上に説明したように、本発明の実施形態に係るアークプラズマ成膜装置1によれば、高い稼働率を実現し、且つチャンバー10内でターゲットの切削粉塵の蓄積が無いアークプラズマ成膜装置を提供することができる。   As described above, according to the arc plasma film forming apparatus 1 according to the embodiment of the present invention, an arc plasma film forming apparatus that achieves a high operating rate and does not accumulate target cutting dust in the chamber 10. Can be provided.

(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.

既に述べた実施形態の説明においては、ターゲット保管室20に複数のターゲット40が環状に配置される例を示した。しかし、環状以外にも、例えばターゲット保管室20に複数のターゲット40を直線状に配置してもよい。具体的には、図6(a)に示すように垂直方向にターゲット40を配列したり、図6(b)に示すように水平方向にターゲット40を配列したりしてもよい。ターゲット支持装置30が直線状に配置された複数のターゲット40をスライドさせることにより、所望のターゲット40を成膜位置25に配置できる。   In the description of the embodiment already described, an example in which a plurality of targets 40 are annularly arranged in the target storage chamber 20 has been shown. However, besides the annular shape, for example, a plurality of targets 40 may be arranged in a straight line in the target storage chamber 20. Specifically, the targets 40 may be arranged in the vertical direction as shown in FIG. 6A, or the targets 40 may be arranged in the horizontal direction as shown in FIG. 6B. The desired target 40 can be disposed at the film forming position 25 by sliding the plurality of targets 40 on which the target support device 30 is linearly disposed.

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…チャンバー
11…試料室
12…放電室
13…誘導管
20…ターゲット保管室
25…成膜位置
30…ターゲット支持装置
40…ターゲット
40T…成膜用ターゲット
42…ターゲットホルダ
50…ターゲット搬送機構
51…ターゲット回転機構
52…ターゲット給電機構
53…ターゲット冷却機構
60…ゲートバルブ
100…基板
120…貫通孔
500…搬送ロッド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Arc plasma film-forming apparatus 10 ... Chamber 11 ... Sample chamber 12 ... Discharge chamber 13 ... Induction tube 20 ... Target storage chamber 25 ... Film-forming position 30 ... Target support device 40 ... Target 40T ... Film-forming target 42 ... Target holder DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 ... Target conveyance mechanism 51 ... Target rotation mechanism 52 ... Target electric power feeding mechanism 53 ... Target cooling mechanism 60 ... Gate valve 100 ... Substrate 120 ... Through-hole 500 ... Conveyance rod

Claims (6)

成膜用ターゲットの材料元素のイオンを含むアークプラズマを形成して、前記材料元素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、
前記基板が設置される試料室及び前記アークプラズマが形成される放電室を有するチャンバーと、
複数のターゲットが格納され、前記放電室と貫通孔を介して連結する成膜位置が定義されたターゲット保管室と、
前記複数のターゲットの1つが前記成膜用ターゲットとして前記成膜位置に配置されるように前記ターゲット保管室内で前記複数のターゲットを支持し、相対的位置関係を変化させずに前記複数のターゲットを同時に移動させるターゲット支持装置と、
前記成膜位置に配置された前記成膜用ターゲットを前記放電室に搬送するターゲット搬送機構と
を備え、
前記複数のターゲットのそれぞれが、ターゲットホルダの底面に前記ターゲットの一部が前記底面から突出して露出するように前記ターゲットホルダに装着された構造を有し、
前記成膜用ターゲットを装着した前記ターゲットホルダの前記底面の前記成膜用ターゲットの一部が露出した領域の残余の領域が、前記貫通孔の周囲で前記放電室の外側に密着することで、前記放電室と前記ターゲット保管室の間を気密シールする
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 forming an arc plasma containing ions of a material element of a film forming target and forming a thin film containing the material element as a main component on a substrate to be processed,
A chamber having a sample chamber in which the substrate is installed and a discharge chamber in which the arc plasma is formed;
A target storage chamber in which a plurality of targets are stored and a film forming position is defined which is connected to the discharge chamber via a through hole;
The plurality of targets are supported in the target storage chamber so that one of the plurality of targets is disposed at the film formation position as the film formation target, and the plurality of targets are supported without changing the relative positional relationship. A target support device to be moved simultaneously;
A target transfer mechanism for transferring the film formation target disposed at the film formation position to the discharge chamber;
Each of the plurality of targets has a structure attached to the target holder such that a part of the target protrudes from the bottom surface of the target holder and is exposed.
The remaining area of the area where the part of the film forming target on the bottom surface of the target holder on which the film forming target is mounted is in close contact with the outside of the discharge chamber around the through hole. An arc plasma film-forming apparatus characterized by hermetically sealing between the discharge chamber and the target storage chamber.
前記ターゲット保管室内で前記複数のターゲットが環状に配置され、前記ターゲット支持装置が前記複数のターゲットを回転させ、且つ前記ターゲット搬送機構が前記複数のターゲットの1つを前記成膜用ターゲットとして前記放電室に搬送す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。 The plurality of targets are annularly arranged in the target storage chamber, the target support device rotates the plurality of targets, and the target transport mechanism uses the one of the plurality of targets as the film formation target as the discharge. The arc plasma film forming apparatus according to claim 1, wherein the apparatus is transported to a chamber. 前記ターゲット保管室が、前記複数のターゲットを同一平面内に配列した前記ターゲット支持装置の主面と平行に、前記複数のターゲットとは独立に移動して前記貫通孔を塞ぐゲートバルブを備え、前記ゲートバルブによって前記貫通孔が塞がれた状態において、前記ターゲット保管室内の圧力状態に関わりなく前記チャンバー内の真空状態を維持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。   The target storage chamber includes a gate valve that moves independently of the plurality of targets and closes the through holes in parallel with the main surface of the target support device in which the plurality of targets are arranged in the same plane, 3. The arc plasma film formation according to claim 1, wherein a vacuum state in the chamber is maintained regardless of a pressure state in the target storage chamber in a state where the through hole is closed by a gate valve. apparatus. 前記ターゲット搬送機構が、前記ターゲットホルダの前記底面の面法線方向を回転軸として前記成膜用ターゲットを回転させるターゲット回転機構を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアークプラズマ成膜装置。   The target transport mechanism includes a target rotation mechanism that rotates the film-forming target with a surface normal direction of the bottom surface of the target holder as a rotation axis. The arc plasma film-forming apparatus as described. 前記ターゲット搬送機構が、前記アークプラズマを形成するために前記成膜用ターゲットに給電するターゲット給電機構を備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のアークプラズマ成膜装置。   5. The arc plasma film forming apparatus according to claim 1, wherein the target transport mechanism includes a target power supply mechanism that supplies power to the film formation target in order to form the arc plasma. . 前記ターゲット搬送機構が、前記成膜用ターゲットを冷却するターゲット冷却機構を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のアークプラズマ成膜装置。   The arc plasma film-forming apparatus according to claim 1, wherein the target transport mechanism includes a target cooling mechanism that cools the film-forming target.
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