JP7357474B2 - 大容量プラズマcvd処理用プラズマ通路 - Google Patents
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Description
ではない。
4つの円筒形マグネトロンおよび中央に配置された円筒形陰極アーク源を備えた図1に示されるコーティングシステムが、このコーティング蒸着プロセスに使用される。マグネトロンと陰極アーク源の両方は、チタンターゲットを備える。イオンクリーニングの初期段階では、プラズマ生成ガスとしてのアルゴンが、1~10mTorrの範囲のガス圧まで真空チャンバ内に導入される。一次アーク放電は、陰極アークターゲットの表面とマグネトロン源の間に配置された接地シールドとの間の機械的トリガによって点火される。次いで、遠隔アーク放電は、円筒形陰極ターゲットと真空コーティング蒸着チャンバの壁によって配置された遠隔陽極との間で点火される。一次アークの電流は140Aに設定され、一方、その電圧は約25V~約30Vの範囲内で振動している。遠隔アークの電流は400Aに設定され、一方、その電圧は約60V~約80Vの範囲内で振動している。遠隔アークの電流は陰極ターゲットからシェブロンシールドを通り抜けて伝播し、これは真空アークプラズマの重い成分(金属イオン、原子、およびマクロ粒子)に対して透過性はないが、遠隔アーク放電の電子流は円筒形陰極ターゲットからコーティングチャンバ壁によって配置された遠隔陽極に向かって移動させることができる。コーティングすべき基板は、回転テーブル上に載せられ、それにより、それらは、コーティングチャンバの中心の周りに、そして同時にそれら自身の軸の周りに回転することが可能になる。-300Vのバイアス電圧が、コーティングすべき基板を有する回転テーブルに印加される。イオン洗浄段階を30分間続け、続いて遠隔アーク援用マグネトロンスパッタリング(RAAMS)蒸着段階を行う。蒸着段階の開始時に、窒素をチャンバに添加して、2~5ミリトールの範囲の圧力で約30%がN2/残りがアルゴンの混合物を作る。マグネトロンは、マグネトロンスパッタリングターゲットの約5W/cm2の電力密度を有するマグネトロン電源によってオンにされる。TiNコーティング蒸着段階中の基板バイアスは100Vに低減される。5μm厚TiNコーティングの蒸着のために、TiNコーティングの蒸着は3時間続く。
4つの円筒形マグネトロンおよび中央に配置された円筒形陰極アーク源を備えた図1に示されるコーティングシステムが、このコーティング蒸着プロセスに使用される。マグネトロンと陰極アーク源の両方は、チタンターゲットを備える。金属メッシュケージは、ケージと基板との等しい電位を維持するために、コーティングすべき基板を有する回転テーブルに電気的に接続されている。ケージおよび回転テーブルは、スイッチを介してDCバイアス電源および高電圧DCパルス電源に接続されているので、これら2つの電源のいずれかは、コーティング蒸着プロセスの異なる段階でコーティングすべき基板を有する金属ケージおよび回転テーブルに接続することができる。イオン洗浄の初期段階では、プラズマ生成ガスとしてのアルゴンが、1~10ミリトールの範囲のガス圧まで真空チャンバ内に導入される。一次アーク放電は、陰極アークターゲットの表面とマグネトロン源の間に配置された接地シールドとの間の機械的トリガによって点火される。次いで、遠隔アーク放電は、円筒形陰極ターゲットと真空コーティング蒸着チャンバの壁によって配置された遠隔陽極との間で点火される。一次アークの電流は140Aに設定され、一方、その電圧は約25V~約30Vの範囲内で振動している。遠隔アークの電流は400Aに設定され、一方、その電圧は約60V~約80Vの範囲内で振動している。遠隔アークの電流は陰極ターゲットからシェブロンシールドを通り抜けて伝播し、これは真空アークプラズマの重い成分(金属イオン、原子、およびマクロ粒子)に対して透過性はないが、遠隔アーク放電の電子流は円筒形陰極ターゲットからコーティングチャンバ壁によって配置された遠隔陽極に向かって移動させることができる。コーティングすべき基板は、回転テーブル上に載せられ、それにより、それらは、コーティングチャンバの中心の周りに、そして同時にそれら自身の軸の周りに回転することが可能になる。DCパルス電源をケージから切り離し、DCバイアス電源をケージに接続して、イオン洗浄段階中にコーティングすべき基板を有する回転テーブルに-300VのDCバイアス電圧を印加する。イオン洗浄段階を30分間続け、続いて遠隔アーク援用マグネトロンスパッタリング(RAAMS)蒸着段階を行う。蒸着段階の開始時に、窒素をチャンバに添加して、2~5ミリトールの範囲の圧力で約30%がN2/残りがアルゴンの混合物を作る。マグネトロンは、マグネトロンスパッタリングターゲットの約5W/cm2の電力密度を有するマグネトロン電源によってオンにされる。TiNコーティング蒸着段階中の基板バイアスは100V DCに低減される。1.5μm厚TiNコーティングセグメントの蒸着のために、TiNコーティングの蒸着は1時間続く。TiNコーティングセグメントの蒸着段階が完了した後、マグネトロンの電源を切り、反応性ガス雰囲気としてのアルゴン/窒素混合物をアセチレンと置換して全圧を15ミリトールとする。DCバイアス電源をケージから切り離し、DCパルスバイアス電源をケージに接続すると同時に、コーティングすべき基板を有する回転テーブルに接続する。-5kVの振幅および30kHzの周波数を有する負のDCパルス電圧をケージおよび回転テーブルに印加して、頂部DLCコーティングセグメントの蒸着中に中空陰極強化高密度プラズマ雲を確立する。DLCセグメントの蒸着は4時間続き、その結果、厚さ5μmのDLC頂部セグメント層を蒸着する。
4つの円筒形マグネトロンおよび中央に配置された円筒形陰極アーク源を備えた図1に示されるコーティングシステムが、このコーティング蒸着プロセスに使用される。マグネトロンと陰極アーク源の両方とも、例1と同じチタンターゲットを備えている。調節可能なベネチアンバッフルが、対向する2対のマグネトロンの2つのマグネトロン間に使用され、一方、マグネトロンの隣接する対のマグネトロン間には、図1に示すように固体金属シールドが設置される。イオン洗浄の初期段階では、プラズマ生成ガスとしてのアルゴンが、1~10mTorrの範囲のガス圧まで真空チャンバ内に導入される。一次アーク放電は、陰極アークターゲットの表面とマグネトロン源の間に配置された接地シールドとの間の機械的トリガによって点火される。イオン洗浄の段階では、ベネチアンバッフルはわずかに開いており、中央に配置されたプラズマ源とチャンバ壁との間のコーティング蒸着領域内への陰極アークの重い成分の伝播を阻止しながら、円筒形陰極ターゲットとチャンバの壁によって配置された遠隔陽極との間に確立された遠隔アーク放電に沿ってベネチアンバッフルのアレイを通って電子流を自由に伝播させる。次いで、遠隔アーク放電は、円筒形陰極ターゲットと真空コーティング蒸着チャンバの壁によって配置された遠隔陽極との間で点火される。一次アークの電流は140Aに設定され、一方、その電圧は約25V~約30Vの範囲内で振動している。遠隔アークの電流は400Aに設定され、一方、その電圧は約60V~約80Vの範囲内で振動している。コーティングすべき基板は、回転テーブル上に載せられ、それにより、それらは、コーティングチャンバ中心の周りに、そして同時にそれら自身の軸の周りに回転することが可能になる。-300Vのバイアス電圧が、コーティングすべき基板を有する回転テーブルに印加され、同時に、高電圧DCパルス電源がオフにされている間にオンにされるDCバイアス電源によって回転テーブルに電気的に接続された金属メッシュケージに印加される。イオン洗浄段階を30分間続け、続いて遠隔アーク援用マグネトロンスパッタリング(RAAMS)蒸着段階を行う。TiNSiCナノ複合材料コーティング蒸着段階の開始時に、窒素およびトリメチルシラン(3MS)を処理チャンバ内のアルゴンに添加して、30%がN2/10%が3MS/残りがアルゴンの組成の反応性ガス混合物を、2~5ミリトールの範囲の圧力で作る。マグネトロンは、マグネトロンスパッタリングターゲットの約5W/cm2の電力密度を有するマグネトロン電源によってオンにされる。DCバイアス電源がオフにされ、一方、高電圧DCパルス電源がオンにされ、30kHzの繰り返し周波数で5kVの負のパルスを印加するように設定される。約300Aの電流が円筒形マグネトロンに沿って伝導され、その方向は、図15iおよび図15kに示されるように、各隣接するマグネトロンにおいて反対方向に切り替えられ、これにより、図15iおよび図15kの矢印の磁力線で示されるように、隣接するマグネトロン間に集束磁場が提供される。ベネチアンバッフルのストリップの位置は、図15kに示されるように、バッフルの表面が集束磁場に対してほぼ接線方向になるように調整され、ベネチアンバッフルアレイの隣接するストリップ間にプラズマ輸送通路を作る。マグネトロンスパッタリング金属原子の流れの方向と磁気集束陰極アーク金属蒸気プラズマの方向とを一致させて、ナノ複合材料TiNSiCコーティングの蒸着の陰極アーク/マグネトロンハイブリッドプロセスを提供し、これは厚さ20μmのTiNSiCナノ複合材料コーティングの蒸着に対して5時間持続する。
Claims (28)
- 周囲チャンバ壁、頂壁および底壁を有するコーティングチャンバであって、前記周囲チャンバ壁は、チャンバ中心を規定する、前記コーティングチャンバと、
前記チャンバ中心に配置されるプラズマ源と、
複数のコーティングすべき基板を保持し、前記チャンバ中心から第1の距離で前記チャンバ中心の周りを回転できるようになっているサンプルホルダと、
前記チャンバ中心から第2の距離で前記チャンバ中心の周りに配置され、負に帯電している第1の分離シールドと
を備え、
前記第2の距離は前記第1の距離よりも大きい、コーティングシステム。 - 前記チャンバ中心から第3の距離に配置される少なくとも1つの遠隔陽極をさらに備え、該第3の距離は、前記第1の距離および前記第2の距離よりも大きい、請求項1に記載のコーティングシステム。
- 前記第1の分離シールドは金属メッシュスクリーンである、請求項1に記載のコーティングシステム。
- 前記チャンバ中心から第4の距離に配置される第2の分離シールドをさらに備え、該第4の距離は前記第1の距離よりも小さい、請求項1に記載のコーティングシステム。
- 前記第1の分離シールドが外側金属メッシュスクリーンであり、前記第2の分離シールドが内側金属メッシュスクリーンである、請求項4に記載のコーティングシステム。
- 前記基板は、前記内側金属メッシュスクリーンと同じ電位にバイアスされている、請求項5に記載のコーティングシステム。
- 前記外側金属メッシュスクリーンおよび前記内側金属メッシュスクリーンは、それぞれ独立して1mm~50mmの開口部を有する、請求項5に記載のコーティングシステム。
- 前記外側メッシュスクリーンおよび前記内側メッシュスクリーンは、それぞれ独立して1mm~50mmの開口部を有する、請求項5に記載のコーティングシステム。
- コーティングすべき基板は、該基板を前記周囲チャンバ壁から分離する前記第1の分離シールドと、前記基板を中央陰極ロッドから分離する前記第2の分離シールドとによって確立された容器に収容される、請求項5のコーティングシステム。
- 前記プラズマ源は、中央陰極ロッドと、前記中央陰極ロッドを囲む中央コイルとを備える、請求項1に記載のコーティングシステム。
- 複数の陰極ロッドが、前記中央陰極ロッドおよび前記中央コイルを囲む、請求項10に記載のコーティングシステム。
- 前記複数の陰極ロッドは、前記周囲チャンバ壁と平行に整列した長手方向軸線を有する偶数のロッド形状の陰極を含む、請求項11に記載のコーティングシステム。
- 前記複数の陰極ロッドの各陰極ロッドは、前記長手方向軸線を中心に回転できるようになっている、請求項12に記載のコーティングシステム。
- 複数のブロッキングシールドをさらに備え、該ブロッキングシールドが前記複数の陰極ロッド内の交互に配置された陰極ロッド対の間に配置される、請求項13に記載のコーティングシステム。
- 金属メッシュの負に帯電した容器内で発生する中空陰極ガス状プラズマ内のイオン洗浄およびイオン表面調整に適合される、請求項1に記載のコーティングシステム。
- プラズマ支援マグネトロンスパッタリング(PEMS)に適合される、請求項1に記載のコーティングシステム。
- 中央陰極ロッドと周囲チャンバ壁によって配置された遠隔陽極との間に確立された遠隔アーク放電による金属ガス状プラズマの電離と、分離シールドの内側で発生する中空陰極プラズマによってさらに強化される金属ガス状プラズマの電離の両方を伴うプラズマ強化マグネトロンスパッタリングに適合される、請求項2記載のコーティングシステム。
- 陰極アークプラズマ蒸着単独に、または前記第1の分離シールド内で発生する高密度化された中空陰極プラズマによって強化されるマグネトロンスパッタリングと組み合わせた陰極アークプラズマ蒸着に適合される、請求項1に記載のコーティングシステム。
- 前記第1の分離シールドは、隣接するロッド間の距離が1mm~50mmの複数の平行なロッドを備える、請求項1に記載のコーティングシステム。
- 前記第1の分離シールドを有さないシステムと比較して、前記第1の分離シールドは、コーティング蒸着プロセスの全段階の間に前記第1の分離シールドの内側の領域内の密度および電子温度ならびに高エネルギー電子の濃度を増加させるようになっている、請求項1に記載のコーティングシステム。
- 正端子および負端子を有するDC電源をさらに備え、該負端子は前記第1の分離シールドに接続される、請求項1に記載のコーティングシステム。
- 前記コーティングチャンバの外部に配置される第1の同軸磁気コイルと、前記コーティングチャンバの外部の第2の同軸磁気コイルとをさらに備える、請求項1に記載のコーティングシステム。
- 周囲チャンバ壁、頂壁および底壁を有するコーティングチャンバであって、前記周囲チャンバ壁は、チャンバ中心を規定するコーティングチャンバと、
前記チャンバ中心に配置され、中央陰極ロッドを備えるプラズマ源と、
複数のコーティングすべき基板を保持し、前記チャンバ中心から第1の距離で前記チャンバ中心の周りを回転できるようになっているサンプルホルダと、
前記チャンバ中心から第2の距離で前記チャンバ中心の周りに配置され、負に帯電している第1の分離シールドと、
前記コーティングチャンバの外部に配置された第1の同軸磁気コイルおよび前記コーティングチャンバの外部に配置された第2の同軸磁気コイルと
を備え、
前記第2の距離は前記第1の距離よりも大きい、コーティングシステム。 - 前記第1の同軸磁気コイルは、前記周囲チャンバ壁に近接して配置され、前記第2の同軸磁気コイルは、前記周囲チャンバ壁に近接して配置される、請求項23に記載のコーティングシステム。
- 前記チャンバ中心から第3の距離に配置された少なくとも1つの遠隔陽極をさらに備え、該第3の距離は、前記第1の距離および前記第2の距離よりも大きい、請求項23に記載のコーティングシステム。
- 前記第1の分離シールドは金属メッシュスクリーンである、請求項23に記載のコーティングシステム。
- 前記チャンバ中心から第4の距離に配置される第2の分離シールドをさらに備え、該第4の距離は前記第1の距離よりも小さい、請求項23に記載のコーティングシステム。
- 前記第1の分離シールドが外側金属メッシュスクリーンであり、前記第2の分離シールドが内側金属メッシュスクリーンである、請求項27に記載のコーティングシステム。
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