JP7189030B2 - Deposition equipment - Google Patents
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Description
本発明は、少なくとも炭素を含む被膜を陰極アーク放電によって形成する成膜装置に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus for forming a film containing at least carbon by cathodic arc discharge.
従来、物理蒸着法(PVD法)や化学蒸着法(CVD法)などによって、基材(ワーク)の表面に被膜を形成する成膜装置が知られている。PVD法の一つである陰極アーク法を採用した成膜装置は、陽極として機能する真空チャンバと、真空チャンバ内に配置され陰極として機能するターゲットと、アーク電源と、を含む。アーク電源が、真空チャンバとターゲットとの間に所定の放電電圧を印加すると、真空チャンバ内にアーク放電が発生する。当該アーク放電によってターゲットから放出されたイオンは、真空チャンバ内の基材に蒸着し、被膜を形成する。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a film forming apparatus for forming a film on the surface of a substrate (workpiece) by physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), or the like. A film forming apparatus employing a cathodic arc method, which is one of the PVD methods, includes a vacuum chamber functioning as an anode, a target arranged in the vacuum chamber and functioning as a cathode, and an arc power supply. An arc discharge is generated within the vacuum chamber when an arc power supply applies a predetermined discharge voltage between the vacuum chamber and the target. Ions emitted from the target by the arc discharge deposit on the substrate in the vacuum chamber to form a coating.
特許文献1には、基材上に炭素膜を形成するプラズマ装置が開示されている。当該技術では、真空チャンバ内に設けられた基材とカーボンターゲットとの間に、移動可能な一対の磁石が設けられており、当該磁石が形成する磁場によって炭素イオンの飛翔経路を変化させ、基材上に炭素イオンを蒸着させる。
上記のように、陰極アーク法によって基材上に炭素膜を形成する場合、炭素を含むターゲットの放電面上では、炭素イオンを放出するアークスポットの動きが金属ターゲットと比較して非常に動きにくいという問題がある。一例として、カーボンターゲット上でのアークスポットの移動速度は数mm/sec以下であり、金属ターゲット上でのアークスポットの移動速度は数m/sec程度である。アーク放電による熱を受けて、金属の温度が上昇するとその抵抗値は上がるため、アークスポットは周囲のより低温な領域に移動しやすい。一方、カーボンの温度が上昇するとその抵抗値は下がるため、アークスポットは移動しにくく、その場にとどまりやすい。このようにカーボンターゲットを使用した場合、アークスポットが動きにくいためターゲットの放電面において炭素イオンが放出される領域が限定される結果、基材の一部に炭素膜が偏在しやすく、均一な膜厚分布を得ることが困難であった。特許文献1に記載された技術では、ターゲットから飛翔した炭素イオンを磁石によって誘導しているが、上記のようなアークスポットの問題については言及されておらず、当該問題を解決するには至っていない。
As described above, when a carbon film is formed on a substrate by the cathodic arc method, the movement of the arc spot that emits carbon ions is very difficult on the discharge surface of the target containing carbon compared to the metal target. There is a problem. As an example, the moving speed of the arc spot on the carbon target is several mm/sec or less, and the moving speed of the arc spot on the metal target is about several m/sec. When the temperature of the metal rises due to the heat from the arc discharge, its resistance increases, so the arc spot tends to move to the surrounding cooler region. On the other hand, when the temperature of carbon rises, its resistance decreases, so the arc spot is less likely to move and tends to stay in place. When a carbon target is used in this way, the area where carbon ions are emitted from the discharge surface of the target is limited because the arc spot is difficult to move. It was difficult to obtain thickness distribution. In the technique described in
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、陰極アーク放電によって少なくとも炭素を含む被膜を基材上に安定した膜厚分布をもって形成することが可能な成膜装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a film forming apparatus capable of forming a film containing at least carbon on a substrate with a stable film thickness distribution by cathodic arc discharge. for the purpose.
本発明の一の局面に係る成膜装置は、所定の幅方向および当該幅方向と直行する長さ方向にそれぞれ延びる寸法を有する基材の表面に少なくとも炭素を含む被膜を陰極アーク放電によって形成する成膜装置であって、内部空間を囲む壁部を有する真空チャンバと、前記真空チャンバの前記内部空間において前記基材を保持するとともに、前記基材が前記長さ方向に沿って延びる移動面上を移動するように前記基材を移動させる移動機構と、炭素を含む材料によって構成されるとともに、ターゲット対向面を有し、前記基材が前記移動面上の所定の位置で前記ターゲット対向面に対向するように前記真空チャンバに装着された、少なくとも1つのターゲットと、前記少なくとも1つのターゲットに接続される陰極と、前記真空チャンバに接続される陽極と、を含むアーク電源と、少なくとも1つのターゲットの前記ターゲット対向面から前記基材に向かって延びる磁力線をそれぞれ含む第1の磁場および第2の磁場を交互に形成することが可能な磁場形成機構であって、当該磁場発生機構は、前記第1の磁場では前記ターゲット対向面を通過する磁力線が前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の一端側に近づくように延びる一方、前記第2の磁場では前記ターゲット対向面を通過する磁力線が前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の他端側に近づくように延びるような前記第1の磁場および前記第2の磁場を交互に形成する、磁場発生機構と、を備え、前記磁場発生機構は、前記少なくとも1つのターゲットの前記幅方向の一端側に配置され電流の供給を受けることで前記第1の磁場を発生する第1コイルと、前記少なくとも一つのターゲットの前記幅方向の他端側に配置され電流の供給を受けることで前記第2の磁場を発生する第2コイルと、を少なくとも含む複数のコイルと、前記第1コイルおよび前記第2コイルに交互に電流を流すことで前記第1の磁場および前記第2の磁場を交互に発生させる電流供給部と、を有し、前記複数のコイルの前記第1コイルおよび前記第2コイルは、それぞれ前記幅方向と平行に延びる中心線回りに電線が巻かれることで構成されている。 A film forming apparatus according to one aspect of the present invention forms a coating containing at least carbon on a surface of a substrate having dimensions extending in a predetermined width direction and a length direction perpendicular to the width direction by cathodic arc discharge. A film forming apparatus, comprising: a vacuum chamber having a wall surrounding an internal space; a moving mechanism configured to move the base material so as to move the base material, and a target-facing surface composed of a material containing carbon; an arc power supply including at least one target, a cathode connected to the at least one target, and an anode connected to the vacuum chamber mounted oppositely to the vacuum chamber; and at least one target. A magnetic field generating mechanism capable of alternately forming a first magnetic field and a second magnetic field each including magnetic lines of force extending from the target-facing surface of the target facing surface toward the substrate, wherein the magnetic field generating mechanism includes the first In the first magnetic field, the magnetic lines of force passing through the target-facing surface extend toward one end side of the substrate in the width direction as it approaches the substrate, while in the second magnetic field, the magnetic force lines pass through the target-facing surface. a magnetic field generation mechanism for alternately forming the first magnetic field and the second magnetic field such that the magnetic lines of force extending toward the other end side of the base material in the width direction as it approaches the base material; , wherein the magnetic field generation mechanism includes a first coil arranged at one end side of the at least one target in the width direction and receiving a current supply to generate the first magnetic field; and the at least one target. a plurality of coils including at least a second coil that is arranged on the other end side in the width direction of the and receives a current supply to generate the second magnetic field, and the first coil and the second coil alternately and a current supply unit that alternately generates the first magnetic field and the second magnetic field by applying a current to the coils, and the first coil and the second coil of the plurality of coils each have the width It is constructed by winding an electric wire around a center line extending parallel to the direction .
本構成によれば、ターゲット対向面から飛翔した電子が、磁場発生機構によって交互に形成される第1の磁場および第2の磁場によって、ターゲット対向面から基材の幅方向の両側に拡がるような電子線を形成する。ターゲット対向面から飛翔した炭素イオンは、この電子の動きを中和するように前記電子線に沿って移動する。このため、炭素イオンを基材の幅方向に強制的に動かすことができる。したがって、炭素を含むターゲットのターゲット対向面におけるアークスポットの移動速度が小さい場合でも、基材上の幅方向の広い範囲に炭素イオンを到達させることで、炭素を含む被膜を基材上に安定した膜厚分布をもって形成することが可能となる。また、本構成によれば、電流供給部が第1コイルおよび第2コイルに交互に電流を流すことで、第1の磁場および第2の磁場を形成することが可能となる。更に、本構成によれば、幅方向と平行に延びる中心線回りにそれぞれ巻かれた第1コイルおよび第2コイルによって第1の磁場および第2の磁場を安定して形成することができる。 According to this configuration, the electrons flying from the target-facing surface are spread from the target-facing surface to both sides in the width direction of the substrate by the first magnetic field and the second magnetic field alternately formed by the magnetic field generating mechanism. form an electron beam. Carbon ions flying from the surface facing the target move along the electron beam so as to neutralize the movement of the electrons. Therefore, the carbon ions can be forced to move in the width direction of the substrate. Therefore, even when the movement speed of the arc spot on the target-facing surface of the target containing carbon is low, the carbon-containing coating is stably formed on the base material by allowing the carbon ions to reach a wide range in the width direction of the base material. It becomes possible to form with a film thickness distribution. In addition, according to this configuration, the current supply section alternately supplies current to the first coil and the second coil, thereby forming the first magnetic field and the second magnetic field. Furthermore, according to this configuration, the first magnetic field and the second magnetic field can be stably generated by the first coil and the second coil respectively wound around the center line extending parallel to the width direction.
上記の構成において、前記少なくとも1つターゲットは、前記ターゲット対向面が前記内部空間に露出するように前記真空チャンバの前記壁部に支持されており、前記複数のコイルは、前記真空チャンバの外側の位置でかつ前記真空チャンバの前記内部空間に前記第1の磁場および前記第2の磁場を形成することが可能な位置に配置されていることが望ましい。 In the above configuration, the at least one target is supported by the wall of the vacuum chamber so that the target-facing surface is exposed to the internal space, and the plurality of coils are arranged outside the vacuum chamber. and at a position capable of forming the first magnetic field and the second magnetic field in the internal space of the vacuum chamber.
本構成によれば、複数のコイルに対するアーク放電による熱負荷を減少させ、磁力の減磁を防止することができる。また、複数のコイルが真空チャンバの内部に配置される場合と比較して、複数のコイルを冷却する冷却機構を配置する必要が低減される。 According to this configuration, it is possible to reduce the thermal load due to arc discharge on the plurality of coils and prevent demagnetization of the magnetic force. In addition, the need for arranging a cooling mechanism for cooling the plurality of coils is reduced compared to the case where the plurality of coils are arranged inside the vacuum chamber.
また、本発明の他の局面に係る成膜装置は、所定の幅方向および当該幅方向と直行する長さ方向にそれぞれ延びる寸法を有する基材の表面に少なくとも炭素を含む被膜を陰極アーク放電によって形成する成膜装置であって、内部空間を囲む壁部を有する真空チャンバと、前記真空チャンバの前記内部空間において前記基材を保持するとともに、前記基材が前記長さ方向に沿って延びる移動面上を移動するように前記基材を移動させる移動機構と、炭素を含む材料によって構成されるとともに、ターゲット対向面を有し、前記基材が前記移動面上の所定の位置で前記ターゲット対向面に対向するように前記真空チャンバに装着された、少なくとも1つのターゲットと、前記少なくとも1つのターゲットに接続される陰極と、前記真空チャンバに接続される陽極と、を含むアーク電源と、少なくとも1つのターゲットの前記ターゲット対向面から前記基材に向かって延びる磁力線をそれぞれ含む第1の磁場および第2の磁場を交互に形成することが可能な磁場発生機構と、を備え、前記第1の磁場は、前記ターゲット対向面を通過するとともに前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の一端側に近づくように延びる磁力線を含み、前記第2の磁場は、前記ターゲット対向面を通過するとともに前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の他端側に近づくように延びる磁力線を含み、前記磁場発生機構は、前記少なくとも1つのターゲットの前記幅方向の一端側に配置され電流の供給を受けることで前記第1の磁場を発生する第1コイルと、前記少なくとも一つのターゲットの前記幅方向の他端側に配置され電流の供給を受けることで前記第2の磁場を発生する第2コイルと、を少なくとも含む複数のコイルと、前記第1コイルおよび前記第2コイルに交互に電流を流すことで前記第1の磁場および前記第2の磁場を交互に発生させる電流供給部と、を有し、前記少なくとも1つのターゲットは、前記幅方向に互いに間隔をおいて配置される複数のターゲットを含み、前記複数のコイルは、それぞれ前記ターゲット対向面と直行する方向に延びる中心線回りに電線が巻かれることで構成され、前記幅方向に互いに間隔をおいて配置されるとともに前記複数のターゲットの前記幅方向の両側の位置にそれぞれ配置される少なくとも3つのコイルを含む。 In addition, a film forming apparatus according to another aspect of the present invention forms a coating containing at least carbon on the surface of a substrate having dimensions extending in a predetermined width direction and a length direction perpendicular to the width direction by cathodic arc discharge. forming a vacuum chamber having walls surrounding an interior space; a moving mechanism configured to move the base material so as to move on a surface; and a target-facing surface made of a material containing carbon, wherein the base material faces the target at a predetermined position on the moving surface. an arc power supply including at least one target mounted face-to-face in the vacuum chamber, a cathode connected to the at least one target, and an anode connected to the vacuum chamber; a magnetic field generation mechanism capable of alternately forming a first magnetic field and a second magnetic field each including magnetic lines of force extending from the target-facing surface of one target toward the substrate, wherein the first magnetic field includes magnetic lines of force that pass through the target-facing surface and extend toward one end side of the substrate in the width direction as it approaches the substrate, and the second magnetic field passes through the target-facing surface and a line of magnetic force extending toward the other end side of the base material in the width direction as it approaches the base material, and the magnetic field generating mechanism is arranged at one end side of the at least one target in the width direction. and a first coil that generates the first magnetic field by being supplied with a current, and a first coil that is arranged on the other end side of the at least one target in the width direction and is supplied with the current to generate the second magnetic field. a plurality of coils including at least a second coil to be generated; and current supply for alternately generating the first magnetic field and the second magnetic field by alternately applying current to the first coil and the second coil. and a portion, wherein the at least one target includes a plurality of targets spaced apart from each other in the width direction, and the plurality of coils each have a center extending in a direction orthogonal to the target facing surface. It includes at least three coils, which are formed by winding an electric wire around a wire, are spaced apart from each other in the width direction, and are respectively arranged at positions on both sides of the plurality of targets in the width direction.
本構成によれば、ターゲット対向面から飛翔した電子が、磁場発生機構によって交互に形成される第1の磁場および第2の磁場によって、ターゲット対向面から基材の幅方向の両側に拡がるような電子線を形成する。ターゲット対向面から飛翔した炭素イオンは、この電子の動きを中和するように前記電子線に沿って移動する。このため、炭素イオンを基材の幅方向に強制的に動かすことができる。したがって、炭素を含むターゲットのターゲット対向面におけるアークスポットの移動速度が小さい場合でも、基材上の幅方向の広い範囲に炭素イオンを到達させることで、炭素を含む被膜を基材上に安定した膜厚分布をもって形成することが可能となる。また、本構成によれば、電流供給部が第1コイルおよび第2コイルに交互に電流を流すことで、第1の磁場および第2の磁場を形成することが可能となる。また、本構成によれば、少なくとも3以上のコイルによって複数のターゲットに第1の磁場と第2の磁場とを交互に形成し、基材の幅方向における広い範囲に炭素イオンを到達させることが可能となる。 According to this configuration, the electrons flying from the target-facing surface are spread from the target-facing surface to both sides in the width direction of the substrate by the first magnetic field and the second magnetic field alternately formed by the magnetic field generating mechanism. form an electron beam. Carbon ions flying from the surface facing the target move along the electron beam so as to neutralize the movement of the electrons. Therefore, the carbon ions can be forced to move in the width direction of the substrate. Therefore, even when the movement speed of the arc spot on the target-facing surface of the target containing carbon is low, the carbon-containing coating is stably formed on the base material by allowing the carbon ions to reach a wide range in the width direction of the base material. It becomes possible to form with a film thickness distribution. In addition, according to this configuration, the current supply section alternately supplies current to the first coil and the second coil, thereby forming the first magnetic field and the second magnetic field. Further, according to this configuration, the first magnetic field and the second magnetic field are alternately formed on the plurality of targets by at least three or more coils, and the carbon ions can reach a wide range in the width direction of the base material. It becomes possible.
上記の構成において、前記少なくとも3つのコイルは、前記複数のターゲットのうち互いに隣接するターゲットの間の位置に配置される、少なくとも1つの中間コイルを含み、前記中間コイルは、電流の供給を受けることで、隣接する一方のターゲットについて前記第1の磁場を形成するとともに隣接する他方のターゲットについて前記第2の磁場を形成することが望ましい。 In the above configuration, the at least three coils include at least one intermediate coil arranged between targets adjacent to each other among the plurality of targets, and the intermediate coil is supplied with current. Preferably, the first magnetic field is formed for one adjacent target and the second magnetic field is formed for the other adjacent target.
本構成によれば、中間コイルが隣接する一方のターゲットおよび他方のターゲットに磁場を形成する機能を兼ね備えているため、磁場発生機構のうち基材の幅方向におけるサイズを縮小することができる。 According to this configuration, since the intermediate coil also has the function of forming a magnetic field on one target and the other adjacent target, it is possible to reduce the size of the magnetic field generating mechanism in the width direction of the substrate.
また、本発明の他の局面に係る成膜装置は、所定の幅方向および当該幅方向と直行する長さ方向にそれぞれ延びる寸法を有する基材の表面に少なくとも炭素を含む被膜を陰極アーク放電によって形成する成膜装置であって、内部空間を囲む壁部を有する真空チャンバと、前記真空チャンバの前記内部空間において前記基材を保持するとともに、前記基材が前記長さ方向に沿って延びる移動面上を移動するように前記基材を移動させる移動機構と、炭素を含む材料によって構成されるとともに、ターゲット対向面を有し、前記基材が前記移動面上の所定の位置で前記ターゲット対向面に対向するように前記真空チャンバに装着された、少なくとも1つのターゲットと、前記少なくとも1つのターゲットに接続される陰極と、前記真空チャンバに接続される陽極と、を含むアーク電源と、少なくとも1つのターゲットの前記ターゲット対向面から前記基材に向かって延びる磁力線をそれぞれ含む第1の磁場および第2の磁場を交互に形成することが可能な磁場発生機構と、を備え、前記第1の磁場は、前記ターゲット対向面を通過するとともに前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の一端側に近づくように延びる磁力線を含み、前記第2の磁場は、前記ターゲット対向面を通過するとともに前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の他端側に近づくように延びる磁力線を含み、前記磁場発生機構は、前記少なくとも1つのターゲットの前記幅方向の一端側に配置され電流の供給を受けることで前記第1の磁場を発生する第1コイルと、前記少なくとも一つのターゲットの前記幅方向の他端側に配置され電流の供給を受けることで前記第2の磁場を発生する第2コイルと、を少なくとも含む複数のコイルと、前記第1コイルおよび前記第2コイルに交互に電流を流すことで前記第1の磁場および前記第2の磁場を交互に発生させる電流供給部と、を有し、前記電流供給部は、前記複数のコイルに流す電流の大きさおよび前記複数のコイル間で前記電流の流入を切換えるための周波数を調整可能である。 In addition, a film forming apparatus according to another aspect of the present invention forms a coating containing at least carbon on the surface of a substrate having dimensions extending in a predetermined width direction and a length direction perpendicular to the width direction by cathodic arc discharge. forming a vacuum chamber having walls surrounding an interior space; a moving mechanism configured to move the base material so as to move on a surface; and a target-facing surface made of a material containing carbon, wherein the base material faces the target at a predetermined position on the moving surface. an arc power supply including at least one target mounted face-to-face in the vacuum chamber, a cathode connected to the at least one target, and an anode connected to the vacuum chamber; a magnetic field generation mechanism capable of alternately forming a first magnetic field and a second magnetic field each including magnetic lines of force extending from the target-facing surface of one target toward the substrate, wherein the first magnetic field includes magnetic lines of force that pass through the target-facing surface and extend toward one end side of the substrate in the width direction as it approaches the substrate, and the second magnetic field passes through the target-facing surface and a line of magnetic force extending toward the other end side of the base material in the width direction as it approaches the base material, and the magnetic field generating mechanism is arranged at one end side of the at least one target in the width direction. and a first coil that generates the first magnetic field by being supplied with a current, and a first coil that is arranged on the other end side of the at least one target in the width direction and is supplied with the current to generate the second magnetic field. a plurality of coils including at least a second coil to be generated; and current supply for alternately generating the first magnetic field and the second magnetic field by alternately applying current to the first coil and the second coil. , wherein the current supply unit is capable of adjusting the magnitude of the current applied to the plurality of coils and the frequency for switching the flow of the current between the plurality of coils.
本構成によれば、ターゲット対向面から飛翔した電子が、磁場発生機構によって交互に形成される第1の磁場および第2の磁場によって、ターゲット対向面から基材の幅方向の両側に拡がるような電子線を形成する。ターゲット対向面から飛翔した炭素イオンは、この電子の動きを中和するように前記電子線に沿って移動する。このため、炭素イオンを基材の幅方向に強制的に動かすことができる。したがって、炭素を含むターゲットのターゲット対向面におけるアークスポットの移動速度が小さい場合でも、基材上の幅方向の広い範囲に炭素イオンを到達させることで、炭素を含む被膜を基材上に安定した膜厚分布をもって形成することが可能となる。また、本構成によれば、電流供給部が第1コイルおよび第2コイルに交互に電流を流すことで、第1の磁場および第2の磁場を形成することが可能となる。また、本構成によれば、コイルに流れる電流の大きさおよび周波数を変化させることで、基材上の被膜の厚み、分布形状などの制御が可能となる。 According to this configuration, the electrons flying from the target-facing surface are spread from the target-facing surface to both sides in the width direction of the substrate by the first magnetic field and the second magnetic field alternately formed by the magnetic field generating mechanism. form an electron beam. Carbon ions flying from the surface facing the target move along the electron beam so as to neutralize the movement of the electrons. Therefore, the carbon ions can be forced to move in the width direction of the substrate. Therefore, even when the movement speed of the arc spot on the target-facing surface of the target containing carbon is low, the carbon-containing coating is stably formed on the base material by allowing the carbon ions to reach a wide range in the width direction of the base material. It becomes possible to form with a film thickness distribution. In addition, according to this configuration, the current supply section alternately supplies current to the first coil and the second coil, thereby forming the first magnetic field and the second magnetic field. Moreover, according to this configuration, it is possible to control the thickness of the coating on the base material, the shape of distribution, etc. by changing the magnitude and frequency of the current flowing through the coil.
上記の構成において、前記周波数をf(Hz)、前記移動機構による前記基材の移動速度をv(m/s)、前記ターゲット対向面から前記基材までの距離をTS(m)とすると、f≧v/TSの関係が満たされていることが望ましい。 In the above configuration, if the frequency is f (Hz), the moving speed of the base material by the movement mechanism is v (m/s), and the distance from the target facing surface to the base material is TS (m), It is desirable that the relationship f≧v/TS is satisfied.
本構成によれば、ロールコーターのように基材の所定の部分がターゲット対向面に対向する位置を1回だけ通過する場合(ワンパス)であっても、均一な膜厚分布や膜厚の再現性を確保することができる。 According to this configuration, even when a predetermined portion of the substrate passes through the position facing the target facing surface only once (one pass) like a roll coater, uniform film thickness distribution and film thickness can be reproduced. can ensure the integrity of the
また、本発明の他の局面に係る成膜装置は、所定の幅方向および当該幅方向と直行する長さ方向にそれぞれ延びる寸法を有する基材の表面に少なくとも炭素を含む被膜を陰極アーク放電によって形成する成膜装置であって、内部空間を囲む壁部を有する真空チャンバと、前記真空チャンバの前記内部空間において前記基材を保持するとともに、前記基材が前記長さ方向に沿って延びる移動面上を移動するように前記基材を移動させる移動機構と、炭素を含む材料によって構成されるとともに、ターゲット対向面を有し、前記基材が前記移動面上の所定の位置で前記ターゲット対向面に対向するように前記真空チャンバに装着された、少なくとも1つのターゲットと、前記少なくとも1つのターゲットに接続される陰極と、前記真空チャンバに接続される陽極と、を含むアーク電源と、少なくとも1つのターゲットの前記ターゲット対向面から前記基材に向かって延びる磁力線をそれぞれ含む第1の磁場および第2の磁場を交互に形成することが可能な磁場発生機構と、を備え、前記第1の磁場は、前記ターゲット対向面を通過するとともに前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の一端側に近づくように延びる磁力線を含み、前記第2の磁場は、前記ターゲット対向面を通過するとともに前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の他端側に近づくように延びる磁力線を含み、前記基材の幅方向における前記少なくとも一つのターゲットの幅が30mm以下に設定されている。 In addition, a film forming apparatus according to another aspect of the present invention forms a coating containing at least carbon on the surface of a substrate having dimensions extending in a predetermined width direction and a length direction perpendicular to the width direction by cathodic arc discharge. forming a vacuum chamber having walls surrounding an interior space; a moving mechanism configured to move the base material so as to move on a surface; and a target-facing surface made of a material containing carbon, wherein the base material faces the target at a predetermined position on the moving surface. an arc power supply including at least one target mounted face-to-face in the vacuum chamber, a cathode connected to the at least one target, and an anode connected to the vacuum chamber; a magnetic field generation mechanism capable of alternately forming a first magnetic field and a second magnetic field each including magnetic lines of force extending from the target-facing surface of one target toward the substrate, wherein the first magnetic field includes magnetic lines of force that pass through the target-facing surface and extend toward one end side of the substrate in the width direction as it approaches the substrate, and the second magnetic field passes through the target-facing surface Further, the width of the at least one target in the width direction of the base material is set to 30 mm or less, including magnetic lines of force extending so as to approach the other end side of the base material in the width direction as the base material is approached. are
本構成によれば、ターゲット対向面から飛翔した電子が、磁場発生機構によって交互に形成される第1の磁場および第2の磁場によって、ターゲット対向面から基材の幅方向の両側に拡がるような電子線を形成する。ターゲット対向面から飛翔した炭素イオンは、この電子の動きを中和するように前記電子線に沿って移動する。このため、炭素イオンを基材の幅方向に強制的に動かすことができる。したがって、炭素を含むターゲットのターゲット対向面におけるアークスポットの移動速度が小さい場合でも、基材上の幅方向の広い範囲に炭素イオンを到達させることで、炭素を含む被膜を基材上に安定した膜厚分布をもって形成することが可能となる。また、本構成によれば、ターゲットの幅が小さく設定されることで、アークスポットの範囲を狭める一方、第1磁場および第2磁場によって炭素イオンの飛翔範囲を制御することが可能となり、膜厚の再現性を高めることができる。 According to this configuration, the electrons flying from the target-facing surface are spread from the target-facing surface to both sides in the width direction of the substrate by the first magnetic field and the second magnetic field alternately formed by the magnetic field generating mechanism. form an electron beam. Carbon ions flying from the surface facing the target move along the electron beam so as to neutralize the movement of the electrons. Therefore, the carbon ions can be forced to move in the width direction of the substrate. Therefore, even when the movement speed of the arc spot on the target-facing surface of the target containing carbon is low, the carbon-containing coating is stably formed on the base material by allowing the carbon ions to reach a wide range in the width direction of the base material. It becomes possible to form with a film thickness distribution. In addition, according to this configuration, by setting the width of the target to be small, the range of the arc spot can be narrowed, while the flight range of carbon ions can be controlled by the first magnetic field and the second magnetic field. reproducibility can be improved.
本発明によれば、陰極アーク放電によって少なくとも炭素を含む被膜を基材上に安定した膜厚分布をもって形成することが可能な成膜装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a film forming apparatus capable of forming a film containing at least carbon on a substrate with a stable film thickness distribution by cathodic arc discharge.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る成膜装置1について説明する。図1は、本実施形態に係る成膜装置1の模式的な断面図である。図2は、成膜装置1における、コイル印加装置20の構成および誘導コイル18によって磁場が形成される様子を示す模式図である。図3は、成膜装置1において、誘導コイル18によって2つの磁場が交互に形成される様子を示す模式図である。なお、各図に示される方向は、本実施形態に係る成膜装置1の構造、機能を説明するためのものであり、本発明に係る成膜装置を限定するものではない。
A
成膜装置1は、陰極アーク放電によって基材上に炭素を含む被膜(炭素膜、カーボンコーティング)を形成する。本実施形態では、成膜装置1は、ロールコーター方式を採用するものであって、帯状のワークW(基材)上に炭素膜を形成する。成膜装置1は、真空チャンバ10と、巻き取りロール11と、アイドラロール12と、成膜ロール13と、アイドラロール14と、巻き出しロール15と、蒸発源16と、アーク電源19と、磁場発生機構2と、を備える。
The
真空チャンバ10は、内部空間を囲む壁部を有し、不図示の真空ポンプによって前記内部空間が真空状態とされる。巻き取りロール11は、真空チャンバ10に回転可能に支持されており、帯状のワークWを保持する。巻き取りロール11は、不図示の駆動部によって回転駆動される。アイドラロール12、成膜ロール13およびアイドラロール14は、巻き取りロール11の下方において真空チャンバ10に回転可能に保持されており、ワークWの移動面を形成する。巻き出しロール15は、巻き取りロール11の右方において真空チャンバ10に回転可能に支持されている。巻き出しロール15には、ワークWのロール体が装着される。巻き取りロール11が回転駆動されることで、図1の矢印に示すように、巻き出しロール15から引き出されたワークWが、アイドラロール14、成膜ロール13、アイドラロール12および巻き取りロール11上を順に移動する。
The
すなわち、本実施形態におけるワークWは、所定の幅方向および当該幅方向と直行する長さ方向にそれぞれ延びる寸法を有している。図1においてワークWの幅方向は、図2における前後方向(図2の紙面と直交する方向)に一致する。ワークWの長さ方向は、図1の矢印で示すようにワークWの移動方向と一致する。また、巻き取りロール11、アイドラロール12、成膜ロール13、アイドラロール14および巻き出しロール15は、本発明の移動機構を構成する。巻き取りロール11、アイドラロール12、成膜ロール13、アイドラロール14および巻き出しロール15は、真空チャンバ10の内部においてワークWを保持するとともに、ワークWが前記長さ方向に沿って延びる移動面上を移動するようにワークWを移動させる。なお、図2、図3では、ワークWの移動方向が矢印DWで示されている。
That is, the workpiece W in this embodiment has dimensions extending in a predetermined width direction and a length direction orthogonal to the width direction. The width direction of the work W in FIG. 1 coincides with the front-rear direction in FIG. 2 (the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2). The length direction of the work W coincides with the moving direction of the work W as indicated by the arrow in FIG. The take-
蒸発源16は、カーボン製のターゲット17(第1のターゲット)を含む。本実施形態では、ターゲット17は、薄板形状を有している。なお、ターゲット17は、円盤形状、円柱形状、直方体形状などでもよい。ターゲット17は、アーク放電によって溶解されるターゲット放電面171(図2)を有する。そして、ターゲット17は、ワークWが前記移動面上の所定の位置でターゲット放電面171に対向するように真空チャンバ10に装着、固定されている。換言すれば、ターゲット17は、ターゲット放電面171が真空チャンバ10の内部空間に露出するように真空チャンバ10の壁部に支持されている。なお、ワークWの幅方向(図2、図3の前後方向)におけるターゲット17の幅は30mm以下に設定されることが望ましい。
The
アーク電源19は、アーク放電を発生させるための電圧をターゲット17と真空チャンバ10との間に印加する。アーク電源19は、ターゲット17に接続される陰極(-)と、真空チャンバ10に接続される陽極(+)と、を含む。
磁場発生機構2は、真空チャンバ10の外部に配置されており、誘導コイル18と、コイル印加装置20と、を備える。誘導コイル18は、電流の供給を受けることで第1の磁場を発生する第1誘導コイル181と、電流の供給を受けることで第2の磁場を発生する第2誘導コイル182と、を有する。第1誘導コイル181および第2誘導コイル182は、ターゲット17の前記幅方向の両側の位置に配置されている。また、第1誘導コイル181および第2誘導コイル182は、真空チャンバ10の外部であってターゲット17から見てワークWの反対側の位置に配置されている。換言すれば、第1誘導コイル181および第2誘導コイル182は、真空チャンバ10の外側の位置でかつ真空チャンバ10の前記内部空間に前記第1の磁場および前記第2の磁場を形成することが可能な位置に配置されている。また、第1誘導コイル181および第2誘導コイル182は、図2、図3に示すように、ワークWの幅方向(前後方向)と平行に延びる中心線CL回りにそれぞれ電線が巻かれた形状を有する。なお、第1誘導コイル181および第2誘導コイル182の前記中心線CLと直交する断面形状は、円形であってもよいし、図1に示すように略矩形状であってもよい。
The magnetic field generating mechanism 2 is arranged outside the
コイル印加装置20(電流供給部)は、第1誘導コイル181および第2誘導コイル182に交互に電流を流すことで前記第1の磁場および前記第2の磁場を交互に発生させる。図2を参照して、コイル印加装置20は、制御部201と、定電流直流電源202と、リレーユニット203と、を有する。定電流直流電源202は、第1誘導コイル181および第2誘導コイル182に所定の電流を流入させる。リレーユニット203は、定電流直流電源202による電流の流入先を第1誘導コイル181と第2誘導コイル182との間で切換える。制御部201は、所定の指令信号を受けて、定電流直流電源202から第1誘導コイル181および第2誘導コイル182に流れる電流の大きさを調整するための電流設定信号SSを定電流直流電源202に入力する。また、制御部201は、所定の指令信号を受けて、リレーユニット203の切換周波数を調整するための切換信号SCをリレーユニット203に入力する。前記電流の大きさおよび周波数に関する指令信号は、成膜装置1の不図示の操作パネルから入力される。このように、本実施形態では、コイル印加装置20は、誘導コイル18(複数のコイル)に流す電流の大きさと、誘導コイル18の第1誘導コイル181および第2誘導コイル182(複数のコイル)間で前記電流の流入を切換えるための周波数(周期)と、を調整可能である。このように第1誘導コイル181および第2誘導コイル182に流れる電流の大きさおよび周波数を変化させることで、ワークW上の被膜の厚み、分布形状の制御、最適化が可能となる。
The coil applying device 20 (current supply unit) causes the first magnetic field and the second magnetic field to be generated alternately by alternately applying current to the
磁場発生機構2は、ターゲット17のターゲット放電面171からワークWに向かって延びる磁力線をそれぞれ含む第1の磁場(図3の実線の磁場)および第2の磁場(図3の破線の磁場)を交互に形成することが可能とされている。磁場発生機構2が形成する前記第1の磁場は、ターゲット放電面171を通過するとともにワークWに近づくに連れてワークWの幅方向の一端側に近づくように延びる磁力線を含んでいる。一方、磁場発生機構2が形成する前記第2の磁場は、ターゲット放電面171を通過するとともにワークWに近づくに連れてワークWの幅方向の他端側に近づくような磁力線を含んでいる。なお、第1の磁場に含まれターゲット放電面171を通過するすべての磁力線が、ワークWに近づくに連れてワークWの幅方向の一端側に近づくように延びていることが好ましく、同様に、第2の磁場に含まれターゲット放電面171を通過するすべての磁力線が、ワークWに近づくに連れてワークWの幅方向の他端側に近づくように延びていることが望ましい。
The magnetic field generating mechanism 2 generates a first magnetic field (solid-line magnetic field in FIG. 3) and a second magnetic field (broken-line magnetic field in FIG. 3) each including magnetic lines of force extending from the
<カーボンターゲットの課題>
図8は、従来の成膜装置の模式的な断面図である。図9は、図7の成膜装置を上から見た平面図である。図10は、図7の成膜装置において基材上に形成される炭素膜の最大膜厚部の軌跡を示す模式図である。図11は、図7の成膜装置において基材上に炭素膜が形成される軌跡を示す模式図である。図8乃至図11に示される成膜装置では、真空チャンバ内において成膜ロール51によって搬送されるワークWの表面に炭素膜が形成される。アーク電源の陰極は、カーボン製のターゲット52に接続され、陽極は不図示の真空チャンバに接続される。
<Challenges of carbon targets>
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a conventional film forming apparatus. 9 is a top plan view of the film forming apparatus of FIG. 7. FIG. FIG. 10 is a schematic diagram showing the trajectory of the maximum film thickness portion of the carbon film formed on the substrate in the film forming apparatus of FIG. 11 is a schematic diagram showing the trajectory of the carbon film formed on the substrate in the film forming apparatus of FIG. 7. FIG. In the film forming apparatus shown in FIGS. 8 to 11, a carbon film is formed on the surface of the workpiece W conveyed by the
図8および図9に示すように、陰極アーク放電によって、カソードとして機能するターゲット52の放電面521では、カーボンの特性によってアークスポットの移動速度が金属製のターゲットと比較して極めて小さい。一例として、カーボンターゲット上でのアークスポットの移動速度は、数mm/s以下であり、金属ターゲット上でのアークスポットの移動速度は数m/s程度である。金属の温度が上昇するとその抵抗値は上がるため、アークスポットは周囲のより低温な領域に移動しやすい。一方、カーボンの温度が上昇するとその抵抗値は下がるため、アークスポットは移動しにくく、その場にとどまりやすい。このようにアークスポットが移動しにくいカーボンターゲットを使用した場合、炭素イオンの飛翔経路が限定されるため、ワークW上の幅方向の一部に炭素膜が偏在しやすい。この結果、ワークWの幅方向における膜厚分布の形状は、図11の複数の破線に示すように刻々と変化する。したがって、ワークWの移動に伴って、ワークW上に形成される炭素膜の最大膜厚部が、図10に示すように波状に分布する。この結果、ワークW上の炭素膜の膜厚分布が不均一になりやすい。特に、ワークW上に炭素膜を形成する成膜領域が限定されるロールコーター方式では、均一なカーボン膜の形成が一層困難となる。このため、カーボンターゲット上のアークスポットをより速く移動させ、ワークWの幅方向の広い範囲に炭素イオンを到達させることが望まれていた。
As shown in FIGS. 8 and 9, in the cathodic arc discharge, the movement speed of the arc spot on the
このような問題を解決するために、本実施形態では、カーボンターゲット上のアークスポットを高速で移動させることに代えて、飛翔した炭素イオンの進行経路を幅方向の広い範囲に分布させることに着眼している。すなわち、アーク電源19によってターゲット17と真空チャンバ10との間に所定の電圧が印加されアーク放電が開始されると、コイル印加装置20が第1誘導コイル181および第2誘導コイル182に交互に電流を流入させる。この結果、図3に示すように、ターゲット17とワークWとの間には、第1の磁場(破線)と第2の磁場(実線)とが交互に形成される。この結果、ターゲット17のターゲット放電面171から飛翔した炭素イオンはワークWの幅方向の広い範囲に到達することが可能となる。このため、炭素イオンをワークWの幅方向に強制的に動かすことができる。したがって、炭素を含むターゲット17のターゲット対向面171におけるアークスポットの移動速度が小さい場合でも、ワークW上の幅方向の広い範囲に炭素イオンを到達させることで、炭素を含む被膜をワークW上に安定した膜厚分布をもって形成することが可能となる。
In order to solve such a problem, in the present embodiment, instead of moving the arc spot on the carbon target at high speed, attention is paid to distributing the travel path of the flying carbon ions over a wide range in the width direction. is doing. That is, when a predetermined voltage is applied between the
また、本実施形態では、誘導コイル18がターゲット17の両側に配置された第1誘導コイル181および第2誘導コイル182を含む。そして、コイル印加装置20が第1誘導コイル181および第2誘導コイル182に交互に電流を流すことで、ターゲット17とワークWとの間に、第1の磁場および第2の磁場を容易に形成することが可能となる。特に、ワークWの幅方向と平行に延びる中心線CL回りにそれぞれ巻かれた第1誘導コイル181および第2誘導コイル182によって、図3に示すような磁場を安定して形成することができる。
Also, in this embodiment, the
また、本実施形態では、第1誘導コイル181および第2誘導コイル182が真空チャンバ10の外部に配置されているため、当該コイルがターゲット17とワークWとの間に介在することがない。このため、第1誘導コイル181および第2誘導コイル182に対するアーク放電による熱負荷を減少させ、磁力の減磁を防止することができる。また、第1誘導コイル181および第2誘導コイル182が真空チャンバ10の内部に配置される場合と比較して、これらのコイルを冷却する冷却機構を配置する必要が低減される。
Further, in the present embodiment, since the
なお、本実施形態では、リレーユニット203の切換周波数をf(Hz)、巻き取りロール11によるワークWの移動速度(巻き取り速度)をv(m/s)、ターゲット放電面171からワークWまでの距離をTS(m)(図3)とすると、f≧v/TSの関係が満たされている。このような関係が満たされている場合、ロールコーター方式(図1)のように、ワークWの所定の部分がターゲット対向面171に対向する位置(成膜位置)を1回だけ通過する場合(ワンパス)であっても、均一な膜厚分布や膜厚の再現性を確保することができる。なお、f≧5×v/TSの関係が満たされていることが更に望ましい。
In this embodiment, the switching frequency of the
また、本実施形態では、ワークWの幅方向(前後方向)におけるターゲット17の幅が30mm以下に設定されている。このような構成によれば、ターゲット17の幅が小さく設定されることで、アークスポットの範囲が限定されるため、当該アークスポットの位置に応じて第1誘導コイル181および第2誘導コイル182に流入させる電流の大きさ、周波数を設定することができる。この結果、ワークW上のカーボンの膜厚の再現性を高めることができる。
Further, in this embodiment, the width of the
以上、本発明の一実施形態に係る成膜装置1について説明したが、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。本発明に係る成膜装置として、以下のような変形実施形態が可能である。
Although the
(1)図4は、本発明の第1変形実施形態に係る成膜装置における、コイル印加装置30の構成および誘導コイル18によって磁場が形成される様子を示す模式図である。本変形実施形態では、先の実施形態のコイル印加装置20に代えて、成膜装置の磁場発生機構がコイル印加装置30(電流供給部)を備える。コイル印加装置30は、制御部301と、定電流交流電源302と、ダイオード303と、を有する。
(1) FIG. 4 is a schematic diagram showing how a magnetic field is formed by the
定電流交流電源302は、第1誘導コイル181および第2誘導コイル182に所定の電流を流入させる。ダイオード303は、定電流交流電源302から出力される交流電流を第1誘導コイル181および第2誘導コイル182に交互に供給するように機能する。制御部301は、所定の指令信号を受けて、定電流交流電源302から第1誘導コイル181および第2誘導コイル182に流れる電流の大きさ、周波数を調整するための設定信号SSを定電流交流電源302に入力する。このように、本変形実施形態においても、コイル印加装置30は、誘導コイル18(複数のコイル)に流す電流の大きさと、誘導コイル18の第1誘導コイル181および第2誘導コイル182(複数のコイル)間で前記電流の流入を切換えるための周波数(周期)と、を調整可能である。このように第1誘導コイル181および第2誘導コイル182に流れる電流の大きさおよび周波数を変化させることで、ワークW上の被膜の厚み、分布形状の制御、最適化が可能となる。
Constant-current
(2)図5および図6は、本発明の第2変形実施形態に係る成膜装置において、複数の誘導コイルによって各ターゲットに2つの磁場が交互に形成される様子を示す模式図である。本変形実施形態では、成膜装置は、第3誘導コイル183と、第4誘導コイル184(中間コイル)と、第5誘導コイル185(中間コイル)と、第6誘導コイル186と、ターゲット172と、ターゲット173と、ターゲット174と、を備える。本変形実施形態では、先の実施形態と比較して、ワークWの幅方向の大きさ(幅)が大きく設定されている。
(2) FIGS. 5 and 6 are schematic diagrams showing how two magnetic fields are alternately formed on each target by a plurality of induction coils in a film forming apparatus according to a second modified embodiment of the present invention. In this modified embodiment, the film forming apparatus includes a
本変形実施形態に係る成膜装置は、先の実施形態と同様のコイル印加装置20(図2)を備え、定電流直流電源202およびリレーユニット203が、第3誘導コイル183、第4誘導コイル184、第5誘導コイル185および第6誘導コイル186に並列に接続されている。制御部201は、まず、第3誘導コイル183および第5誘導コイル185に同時に電流を流入させる。この結果、図5に示すように、第3誘導コイル183がターゲット172に第1の磁場を形成し、第5誘導コイル185がターゲット173に第2の磁場を形成し、第5誘導コイル185がターゲット174に第1の磁場を形成する。次に、制御部201は、第3誘導コイル183および第5誘導コイル185への電流の流入を切断するとともに第4誘導コイル184および第6誘導コイル186に同時に電流を流入させる。この結果、図6に示すように、第4誘導コイル184がターゲット172に第2の磁場を形成し、第4誘導コイル184がターゲット173に第1の磁場を形成する。また、第6誘導コイル186がターゲット174に第2の磁場を形成する。このように、本実施形態では、ワークWの幅方向に互いに間隔をおいて配置される複数のターゲットが配置され、複数のコイルとして、それぞれ前記ターゲット対向面と直行する方向に延びる中心線回りに電線が巻かれることで構成され、前記幅方向に互いに間隔をおいて配置されるとともに前記複数のターゲットの前記幅方向の両側の位置にそれぞれ配置される少なくとも3つのコイルが含まれている。
The film forming apparatus according to this modified embodiment includes a coil applying device 20 (FIG. 2) similar to that of the previous embodiment. 184, the
なお、本変形実施形態の構成を第3誘導コイル183、第4誘導コイル184(中間コイル)、第5誘導コイル185、ターゲット172およびターゲット173に着目すると、ターゲット172(第1のターゲット)およびターゲット173(第2のターゲット)は、ワークWの幅方向に互いに間隔をおいて配置される。また、第3誘導コイル183(第1コイル)、第4誘導コイル184(第2コイル)および第5誘導コイル185(第3コイル)は、前記幅方向に互いに間隔をおいて配置されるとともに、各ターゲットの前記ターゲット対向面と直行する方向に延びる中心線回りにそれぞれ電線が巻かれた構造を有している。
In addition, focusing on the
更に、制御部201(図2)が第3誘導コイル183および第5誘導コイル185に電流を流すと、第3誘導コイル183がターゲット172に前記第1の磁場を形成するとともに第5誘導コイル185がターゲット173に前記第2の磁場を形成した後、制御部201(図2)が第4誘導コイル184に電流を流すことで第4誘導コイル184がターゲット172に前記第2の磁場を形成するとともにターゲット173に前記第1の磁場を形成するように、第3誘導コイル183および第4誘導コイル184がターゲット172の前記幅方向の両側に配置されるとともに第4誘導コイル184および第5誘導コイル185がターゲット173の前記幅方向の両側に配置されている。すなわち、第4誘導コイル184(中間コイル)は、電流の供給を受けることで、隣接する一方のターゲットについて前記第1の磁場を形成するとともに隣接する他方のターゲットについて前記第2の磁場を形成する。
Furthermore, when the control unit 201 (FIG. 2) causes current to flow through the
このような構成によれば、ターゲット172およびターゲット173によってワークWの幅方向において広範な範囲に炭素イオンを飛翔させることが可能となる。また、第4誘導コイル184がターゲット172およびターゲット173に磁場を形成する機能を兼ね備えることができるため、磁場発生機構のサイズを縮小することができる。なお、第4誘導コイル184、第5誘導コイル185、第6誘導コイル186、173およびターゲット174の関係についても同様であり、図5、図6のターゲットおよびコイルの数は、各図に示されるものに限定されない。
According to such a configuration, it is possible to cause carbon ions to fly over a wide range in the width direction of the work W by the
(3)図7は、本発明の第3変形実施形態に係る成膜装置1Aの模式的な断面図である。先の実施形態では、図1に示されるロールコーター式の成膜装置1に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本変形実施形態に係る成膜装置1Aは、真空チャンバ10と、ターゲット17を含む蒸発源16と、第7誘導コイル187および第8誘導コイル188を含む誘導コイルと、回転テーブル41と、テーブル駆動部42と、サブターゲット44を含むサブ蒸発源43と、を備える。本変形実施形態では、成膜装置1Aは、いわゆるバッチ式の成膜装置である。
(3) FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a
真空チャンバ10内に配置された回転テーブル41は、テーブル駆動部42によって矢印の方向に回転される。この結果、回転テーブル41上に固定されたワークWは、上下方向に延びる回転軸回りに回転する。この際のワークWの幅方向は上下方向に一致し、ワークWの長さ方向はワークWの回転方向に一致する。
A rotary table 41 arranged in the
ターゲット17は、先の実施形態と同様にカーボン製のターゲットである。一方、サブターゲット44は、Ti、Crなどの金属製のターゲットである。なお、ターゲット17およびサブターゲット44ともに、アーク電源19(図1)と同様の電源の陰極に接続されており、アーク電源19の陽極は真空チャンバ10に接続されている。図7に示すような構成の場合、金属製のサブターゲット44の表面上を移動するアークスポットの移動速度よりも、カーボン製のターゲット17の表面上を移動するアークスポットの移動速度の方が小さくなる。この場合、従来のバッチ式の成膜装置では、ワークWの表面上に形成される被膜中の炭素分布が偏在しやすかった。一方、本変形実施形態においても、第7誘導コイル187および第8誘導コイル188に交互に電流が流入されることで、第1の磁場および第2の磁場が形成され、先の実施形態と同様に、炭素イオンをワークWの幅方向の広い範囲に到達させることが可能となる。この結果、金属層中の炭素の含有率が均一な被膜を形成することが可能となる。
The
(4)なお、図2に示されるロールコーター方式においても、ターゲット17とは異なる位置に、図7のサブターゲット44(サブ蒸発源43)と同様の金属製のターゲット(陰極)が配置されてもよい。この場合も、金属層中の炭素の含有率が均一な被膜を形成することが可能となる。同様に、図7に示されるバッチ式の成膜装置1Aにおいて、サブターゲット44を備えず、単層のカーボン被膜がターゲット17を含む蒸発源16によって形成されてもよい。
(4) Also in the roll coater method shown in FIG. 2, a metal target (cathode) similar to the sub-target 44 (sub-evaporation source 43) in FIG. 7 is arranged at a position different from the
続いて、具体的な実施例を例示する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。先の実施形態(図1、図2、図3)に示される構成において、以下の条件で実験を行った。
ターゲット17:カーボン製ターゲット
ワークWの搬送速度(移動速度):v=300(mm/sec)
ターゲット放電面171とワークW間距離TS=150(mm)
第1誘導コイル181および第2誘導コイル182の電流切換周波数:f=v/TS=300/150=2(Hz)
上記の条件によって、帯状のワークWの表面に均一なカーボン膜を形成することが可能となった。なお、f≧10(Hz)(=5×v/TS)に設定されることで、より均一なカーボン膜を形成することが可能となった。
Next, specific examples will be illustrated. In addition, the present invention is not limited to the following examples. Experiments were conducted under the following conditions in the configurations shown in the previous embodiments (FIGS. 1, 2, and 3).
Target 17: Carbon target Transfer speed (moving speed) of workpiece W: v = 300 (mm/sec)
Distance between
Current switching frequency of
Under the above conditions, it became possible to form a uniform carbon film on the surface of the strip-shaped workpiece W. By setting f≧10 (Hz) (=5×v/TS), it became possible to form a more uniform carbon film.
なお、第1誘導コイル181および第2誘導コイル182に流入する電流値を大きくすると、印加される磁場が強くなるため、ワークW上の膜厚分布が鋭くなる(指向性が強くなる)。このため、電流値を大きくすることに伴って、電流切換周波数(磁場の切換周期)を大きくすることが望ましい。
If the current flowing into the
一例として、TS=150(mm)の場合のターゲット放電面171上の磁力と膜厚の半値幅・膜厚分布の関係を評価した。磁力10mT(ミリテスラ)の場合、半値幅約190mm、膜厚分布±8%の結果に対して、磁力20mT(ミリテスラ)の場合、半値幅約150mm、膜厚分布±21%の結果となった。すなわち、電流値を大きくし、磁場の強さ(磁力、磁束密度)が大きくなると、相対的に膜厚分布が悪化する。この場合、電流切換周波数を2.0(Hz)から2.5(Hz)に変更することで、膜厚分布が±8%に良化することが知見された。
As an example, the relationship between the magnetic force on the
1、1A 成膜装置
2 磁場発生機構
10 真空チャンバ
11 巻き取りロール(移動機構)
12 アイドラロール
13 成膜ロール
14 アイドラロール
15 巻き出しロール
16 蒸発源
17、172、173、174 ターゲット
171 ターゲット放電面(ターゲット対向面)
18 誘導コイル(コイル)
181 第1誘導コイル(第1コイル)
182 第2誘導コイル(第2コイル)
183 第3誘導コイル
184 第4誘導コイル(中間コイル)
185 第5誘導コイル(中間コイル)
186 第6誘導コイル
187 第7誘導コイル
188 第8誘導コイル
19 アーク電源
20、30 コイル印加装置(電流供給部)
201、301 制御部
202 定電流直流電源
203 リレーユニット
302 定電流交流電源
303 ダイオード
41 回転テーブル
42 テーブル駆動部
43 サブ蒸発源
44 サブターゲット
51 成膜ロール
52 ターゲット
521 放電面
W ワーク
1, 1A Film forming device 2 Magnetic
12
18 induction coil (coil)
181 first induction coil (first coil)
182 second induction coil (second coil)
183
185 fifth induction coil (intermediate coil)
186
201, 301
Claims (7)
内部空間を囲む壁部を有する真空チャンバと、
前記真空チャンバの前記内部空間において前記基材を保持するとともに、前記基材が前記長さ方向に沿って延びる移動面上を移動するように前記基材を移動させる移動機構と、
炭素を含む材料によって構成されるとともに、ターゲット対向面を有し、前記基材が前記移動面上の所定の位置で前記ターゲット対向面に対向するように前記真空チャンバに装着された、少なくとも1つのターゲットと、
前記少なくとも1つのターゲットに接続される陰極と、前記真空チャンバに接続される陽極と、を含むアーク電源と、
少なくとも1つのターゲットの前記ターゲット対向面から前記基材に向かって延びる磁力線をそれぞれ含む第1の磁場および第2の磁場を交互に形成することが可能な磁場発生機構と、
を備え、
前記第1の磁場は、前記ターゲット対向面を通過するとともに前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の一端側に近づくように延びる磁力線を含み、
前記第2の磁場は、前記ターゲット対向面を通過するとともに前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の他端側に近づくように延びる磁力線を含み、
前記磁場発生機構は、
前記少なくとも1つのターゲットの前記幅方向の一端側に配置され電流の供給を受けることで前記第1の磁場を発生する第1コイルと、前記少なくとも一つのターゲットの前記幅方向の他端側に配置され電流の供給を受けることで前記第2の磁場を発生する第2コイルと、を少なくとも含む複数のコイルと、
前記第1コイルおよび前記第2コイルに交互に電流を流すことで前記第1の磁場および前記第2の磁場を交互に発生させる電流供給部と、
を有し、
前記複数のコイルの前記第1コイルおよび前記第2コイルは、それぞれ前記幅方向と平行に延びる中心線回りに電線が巻かれることで構成されている、成膜装置。 A film forming apparatus for forming a coating containing at least carbon on a surface of a substrate having dimensions extending in a predetermined width direction and a length direction perpendicular to the width direction by cathodic arc discharge,
a vacuum chamber having walls surrounding an interior space;
a moving mechanism that holds the substrate in the internal space of the vacuum chamber and moves the substrate so that the substrate moves on a moving surface that extends along the longitudinal direction;
At least one substrate made of a material containing carbon, having a target-facing surface, and mounted in the vacuum chamber so that the substrate faces the target-facing surface at a predetermined position on the moving surface. target and
an arc power supply including a cathode connected to the at least one target and an anode connected to the vacuum chamber;
a magnetic field generating mechanism capable of alternately forming a first magnetic field and a second magnetic field each including magnetic lines of force extending from the target-facing surface of at least one target toward the substrate;
with
The first magnetic field includes magnetic lines of force that pass through the target-facing surface and extend toward one end side of the substrate in the width direction as it approaches the substrate,
The second magnetic field includes magnetic lines of force that pass through the target-facing surface and extend toward the other end side of the base in the width direction as the base is approached,
The magnetic field generation mechanism is
A first coil that is arranged at one end of the at least one target in the width direction and receives current supply to generate the first magnetic field, and is arranged at the other end of the at least one target in the width direction. a plurality of coils including at least a second coil that generates the second magnetic field by being supplied with an electric current;
a current supply unit that alternately generates the first magnetic field and the second magnetic field by alternately applying current to the first coil and the second coil;
has
The film forming apparatus , wherein the first coil and the second coil of the plurality of coils are each configured by winding an electric wire around a center line extending parallel to the width direction .
前記複数のコイルは、前記真空チャンバの外側の位置でかつ前記真空チャンバの前記内部空間に前記第1の磁場および前記第2の磁場を形成することが可能な位置に配置されている、請求項1に記載の成膜装置。 The at least one target is supported by the wall of the vacuum chamber so that the target-facing surface is exposed to the internal space,
The plurality of coils are arranged outside the vacuum chamber and at positions capable of forming the first magnetic field and the second magnetic field in the internal space of the vacuum chamber. 1. The film forming apparatus according to 1.
内部空間を囲む壁部を有する真空チャンバと、
前記真空チャンバの前記内部空間において前記基材を保持するとともに、前記基材が前記長さ方向に沿って延びる移動面上を移動するように前記基材を移動させる移動機構と、
炭素を含む材料によって構成されるとともに、ターゲット対向面を有し、前記基材が前記移動面上の所定の位置で前記ターゲット対向面に対向するように前記真空チャンバに装着された、少なくとも1つのターゲットと、
前記少なくとも1つのターゲットに接続される陰極と、前記真空チャンバに接続される陽極と、を含むアーク電源と、
少なくとも1つのターゲットの前記ターゲット対向面から前記基材に向かって延びる磁力線をそれぞれ含む第1の磁場および第2の磁場を交互に形成することが可能な磁場発生機構と、
を備え、
前記第1の磁場は、前記ターゲット対向面を通過するとともに前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の一端側に近づくように延びる磁力線を含み、
前記第2の磁場は、前記ターゲット対向面を通過するとともに前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の他端側に近づくように延びる磁力線を含み、
前記磁場発生機構は、
前記少なくとも1つのターゲットの前記幅方向の一端側に配置され電流の供給を受けることで前記第1の磁場を発生する第1コイルと、前記少なくとも一つのターゲットの前記幅方向の他端側に配置され電流の供給を受けることで前記第2の磁場を発生する第2コイルと、を少なくとも含む複数のコイルと、
前記第1コイルおよび前記第2コイルに交互に電流を流すことで前記第1の磁場および前記第2の磁場を交互に発生させる電流供給部と、
を有し、
前記少なくとも1つのターゲットは、前記幅方向に互いに間隔をおいて配置される複数のターゲットを含み、
前記複数のコイルは、それぞれ前記ターゲット対向面と直行する方向に延びる中心線回りに電線が巻かれることで構成され、前記幅方向に互いに間隔をおいて配置されるとともに前記複数のターゲットの前記幅方向の両側の位置にそれぞれ配置される少なくとも3つのコイルを含む、成膜装置。 A film forming apparatus for forming a coating containing at least carbon on a surface of a substrate having dimensions extending in a predetermined width direction and a length direction perpendicular to the width direction by cathodic arc discharge,
a vacuum chamber having walls surrounding an interior space;
a moving mechanism that holds the substrate in the internal space of the vacuum chamber and moves the substrate so that the substrate moves on a moving surface that extends along the longitudinal direction;
At least one substrate made of a material containing carbon, having a target-facing surface, and mounted in the vacuum chamber so that the substrate faces the target-facing surface at a predetermined position on the moving surface. target and
an arc power supply including a cathode connected to the at least one target and an anode connected to the vacuum chamber;
a magnetic field generating mechanism capable of alternately forming a first magnetic field and a second magnetic field each including magnetic lines of force extending from the target-facing surface of at least one target toward the substrate;
with
The first magnetic field includes magnetic lines of force that pass through the target-facing surface and extend toward one end side of the substrate in the width direction as it approaches the substrate,
The second magnetic field includes magnetic lines of force that pass through the target-facing surface and extend toward the other end side of the base in the width direction as the base is approached,
The magnetic field generation mechanism is
A first coil that is arranged at one end of the at least one target in the width direction and receives current supply to generate the first magnetic field, and is arranged at the other end of the at least one target in the width direction. a plurality of coils including at least a second coil that generates the second magnetic field by being supplied with an electric current;
a current supply unit that alternately generates the first magnetic field and the second magnetic field by alternately applying current to the first coil and the second coil;
has
The at least one target includes a plurality of targets spaced apart from each other in the width direction,
Each of the plurality of coils is formed by winding an electric wire around a center line extending in a direction orthogonal to the target facing surface, and is arranged at intervals in the width direction and is arranged along the width of the plurality of targets. A deposition apparatus comprising at least three coils, each arranged at a position on each side of the direction.
前記中間コイルは、電流の供給を受けることで、隣接する一方のターゲットについて前記第1の磁場を形成するとともに隣接する他方のターゲットについて前記第2の磁場を形成する、請求項3に記載の成膜装置。 the at least three coils include at least one intermediate coil positioned between targets adjacent to each other among the plurality of targets;
4. The device according to claim 3 , wherein the intermediate coil forms the first magnetic field with respect to one adjacent target and forms the second magnetic field with respect to the other adjacent target by being supplied with current. membrane device.
内部空間を囲む壁部を有する真空チャンバと、
前記真空チャンバの前記内部空間において前記基材を保持するとともに、前記基材が前記長さ方向に沿って延びる移動面上を移動するように前記基材を移動させる移動機構と、
炭素を含む材料によって構成されるとともに、ターゲット対向面を有し、前記基材が前記移動面上の所定の位置で前記ターゲット対向面に対向するように前記真空チャンバに装着された、少なくとも1つのターゲットと、
前記少なくとも1つのターゲットに接続される陰極と、前記真空チャンバに接続される陽極と、を含むアーク電源と、
少なくとも1つのターゲットの前記ターゲット対向面から前記基材に向かって延びる磁力線をそれぞれ含む第1の磁場および第2の磁場を交互に形成することが可能な磁場発生機構と、
を備え、
前記第1の磁場は、前記ターゲット対向面を通過するとともに前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の一端側に近づくように延びる磁力線を含み、
前記第2の磁場は、前記ターゲット対向面を通過するとともに前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の他端側に近づくように延びる磁力線を含み、
前記磁場発生機構は、
前記少なくとも1つのターゲットの前記幅方向の一端側に配置され電流の供給を受けることで前記第1の磁場を発生する第1コイルと、前記少なくとも一つのターゲットの前記幅方向の他端側に配置され電流の供給を受けることで前記第2の磁場を発生する第2コイルと、を少なくとも含む複数のコイルと、
前記第1コイルおよび前記第2コイルに交互に電流を流すことで前記第1の磁場および前記第2の磁場を交互に発生させる電流供給部と、
を有し、
前記電流供給部は、前記複数のコイルに流す電流の大きさおよび前記複数のコイル間で前記電流の流入を切換えるための周波数を調整可能である、成膜装置。 A film forming apparatus for forming a coating containing at least carbon on a surface of a substrate having dimensions extending in a predetermined width direction and a length direction perpendicular to the width direction by cathodic arc discharge,
a vacuum chamber having walls surrounding an interior space;
a moving mechanism that holds the substrate in the internal space of the vacuum chamber and moves the substrate so that the substrate moves on a moving surface that extends along the longitudinal direction;
At least one substrate made of a material containing carbon, having a target-facing surface, and mounted in the vacuum chamber so that the substrate faces the target-facing surface at a predetermined position on the moving surface. target and
an arc power supply including a cathode connected to the at least one target and an anode connected to the vacuum chamber;
a magnetic field generating mechanism capable of alternately forming a first magnetic field and a second magnetic field each including magnetic lines of force extending from the target-facing surface of at least one target toward the substrate;
with
The first magnetic field includes magnetic lines of force that pass through the target-facing surface and extend toward one end side of the substrate in the width direction as it approaches the substrate,
The second magnetic field includes magnetic lines of force that pass through the target-facing surface and extend toward the other end side of the base in the width direction as the base is approached,
The magnetic field generating mechanism is
A first coil that is arranged at one end of the at least one target in the width direction and receives current supply to generate the first magnetic field, and is arranged at the other end of the at least one target in the width direction. a plurality of coils including at least a second coil that generates the second magnetic field by being supplied with an electric current;
a current supply unit that alternately generates the first magnetic field and the second magnetic field by alternately applying current to the first coil and the second coil;
has
The current supply unit is capable of adjusting a magnitude of current to be supplied to the plurality of coils and a frequency for switching inflow of the current between the plurality of coils .
内部空間を囲む壁部を有する真空チャンバと、
前記真空チャンバの前記内部空間において前記基材を保持するとともに、前記基材が前記長さ方向に沿って延びる移動面上を移動するように前記基材を移動させる移動機構と、
炭素を含む材料によって構成されるとともに、ターゲット対向面を有し、前記基材が前記移動面上の所定の位置で前記ターゲット対向面に対向するように前記真空チャンバに装着された、少なくとも1つのターゲットと、
前記少なくとも1つのターゲットに接続される陰極と、前記真空チャンバに接続される陽極と、を含むアーク電源と、
少なくとも1つのターゲットの前記ターゲット対向面から前記基材に向かって延びる磁力線をそれぞれ含む第1の磁場および第2の磁場を交互に形成することが可能な磁場発生機構と、
を備え、
前記第1の磁場は、前記ターゲット対向面を通過するとともに前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の一端側に近づくように延びる磁力線を含み、
前記第2の磁場は、前記ターゲット対向面を通過するとともに前記基材に近づくに連れて前記基材の前記幅方向の他端側に近づくように延びる磁力線を含み、
前記基材の幅方向における前記少なくとも一つのターゲットの幅が30mm以下に設定されている、成膜装置。 A film forming apparatus for forming a coating containing at least carbon on a surface of a substrate having dimensions extending in a predetermined width direction and a length direction perpendicular to the width direction by cathodic arc discharge,
a vacuum chamber having walls surrounding an interior space;
a moving mechanism that holds the substrate in the internal space of the vacuum chamber and moves the substrate so that the substrate moves on a moving surface that extends along the longitudinal direction;
At least one substrate made of a material containing carbon, having a target-facing surface, and mounted in the vacuum chamber so that the substrate faces the target-facing surface at a predetermined position on the moving surface. target and
an arc power supply including a cathode connected to the at least one target and an anode connected to the vacuum chamber;
a magnetic field generating mechanism capable of alternately forming a first magnetic field and a second magnetic field each including magnetic lines of force extending from the target-facing surface of at least one target toward the substrate;
with
The first magnetic field includes magnetic lines of force that pass through the target-facing surface and extend toward one end side of the substrate in the width direction as it approaches the substrate,
The second magnetic field includes magnetic lines of force that pass through the target-facing surface and extend toward the other end side of the base in the width direction as the base is approached,
The film forming apparatus , wherein the width of the at least one target in the width direction of the substrate is set to 30 mm or less.
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Citations (1)
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