JP7384574B2 - Carbon film formation method - Google Patents

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Description

本発明は、カーボン膜の成膜方法に係る。より詳細には、成膜手法によって膜硬度や膜密度を制御可能な、カーボン膜の成膜方法に関する。 The present invention relates to a method of forming a carbon film. More specifically, the present invention relates to a method of forming a carbon film in which film hardness and film density can be controlled by the film forming method.

従来、図９に示すように、３種類に大別されるカーボン（ダイヤモンド、ＤＬＣ、グラファイト）が知られている（非特許文献１）。
ダイヤモンド（Diamond）は、ＳＰ３構造のみからなり、膜密度（3.5g/cm３）や膜硬度
（Hv9000-10000）が最も高い特性を有する。一方、グラファイト膜（Graphite film）は、ＳＰ２構造のみからなり、膜密度（2.3g/cm３）であり、膜硬度は極めて小さい特性を有する。 Conventionally, as shown in FIG. 9, three types of carbon (diamond, DLC, and graphite) have been known (Non-patent Document 1).
Diamond has only the SP3 structure and has the highest film density (3.5 g/cm 3 ) and film hardness (Hv9000-10000). On the other hand, a graphite film consists of only an SP2 structure, has a film density (2.3 g/cm 3 ), and has extremely low film hardness.

これに対して、ダイヤモンドとグラファイトとの間に位置する特性を備えるカーボンが、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ：diamond-like carbon）である。
ＤＬＣは、ＳＰ３構造とＳＰ２構造が複雑に混じり合って構成されている。ＤＬＣは、水素含有ＤＬＣと水素フリーＤＬＣとに大別される。いずれもＳＰ２構造とＳＰ３構造が混在した結晶構造をとるが、前者（水素含有ＤＬＣ）に比べて、後者（水素フリーＤＬＣ）の方が、膜密度および膜硬度が高く、ダイヤモンドに近い特性を有する。つまり、ＤＬＣは、水素含有量の多少と、含まれる結晶質の電子軌道がダイヤモンド寄りかグラファイト寄りかによって、その性質が変化する。 On the other hand, diamond-like carbon (DLC) is carbon with characteristics that are between those of diamond and graphite.
DLC is composed of a complex mixture of SP3 structure and SP2 structure. DLC is broadly classified into hydrogen-containing DLC and hydrogen-free DLC. Both have a crystal structure with a mixture of SP2 and SP3 structures, but compared to the former (hydrogen-containing DLC), the latter (hydrogen-free DLC) has higher film density and film hardness, and has properties similar to diamond. . In other words, the properties of DLC change depending on the hydrogen content and whether the electron orbits of the included crystalline material are closer to diamond or graphite.

図１０は、ＳＰ３／ＳＰ２／Ｈの比率を基にしたＤＬＣ組成の概念図として提案された３元相関図（非特許文献２）に、各種ＤＬＣの領域を追記した図である。図１０において、「ｔａ－Ｃ」はテトラヘドラルアモルファスカーボンを、「ａ－Ｃ」はアモルファスカーボンを、各々表している。「ｔａ－Ｃ：Ｈ」は水素化テトラヘドラルアモルファスカーボンを、「ａ－Ｃ：Ｈ」は水素化アモルファスカーボンを、各々表している。 FIG. 10 is a diagram in which various DLC regions are added to a ternary correlation diagram (Non-Patent Document 2) proposed as a conceptual diagram of a DLC composition based on the ratio of SP3/SP2/H. In FIG. 10, "ta-C" represents tetrahedral amorphous carbon, and "a-C" represents amorphous carbon, respectively. "ta-C:H" represents hydrogenated tetrahedral amorphous carbon, and "a-C:H" represents hydrogenated amorphous carbon, respectively.

ＤＬＣからなる薄膜（以下、ＤＬＣ膜と呼称する）の製法としては、プラズマＣＶＤ法またはＰＶＤ法が一般的に用いられる。
プラズマＣＶＤ法は、原料として炭化水素ガスを用いてＤＬＣ膜を形成する。原料に水素が含まれているため、形成されるＤＬＣ膜は必ず水素を含むもの（水素含有ＤＬＣ）となる。
これに対して、スパッタ法に代表されるＰＶＤ法は、原料である黒鉛（Ｃ）からなるターゲットを用い、真空中で、このターゲットから飛び散った炭素原子を被処理体上に付着させて成膜が行われる。このため、スパッタ法によれば水素フリーＤＬＣ膜を形成することができる。図１１ａ及び図１１Ｂに示すように、スパッタ粒子Ｒの飛翔方向を規制するために構造体（チムニー）１０が配置されることについては知られていた。符号Ｄはスパッタ粒子Ｒの飛翔方向、符号Ｗは被処理体、符号cは被処理体の進行方向を表す。 As a method for manufacturing a thin film made of DLC (hereinafter referred to as a DLC film), a plasma CVD method or a PVD method is generally used.
The plasma CVD method forms a DLC film using hydrocarbon gas as a raw material. Since the raw material contains hydrogen, the formed DLC film always contains hydrogen (hydrogen-containing DLC).
On the other hand, the PVD method, which is typified by the sputtering method, uses a target made of graphite (C) as a raw material and deposits carbon atoms scattered from the target on the object to be processed in a vacuum to form a film. will be held. Therefore, a hydrogen-free DLC film can be formed by sputtering. As shown in FIGS. 11A and 11B, it has been known that a structure (chimney) 10 is arranged to regulate the flight direction of sputtered particles R. Symbol D represents the flight direction of the sputtered particles R, symbol W represents the object to be processed, and symbol c represents the traveling direction of the object to be processed.

ゆえに、膜密度および膜硬度が高く、ダイヤモンドに近い特性を有する水素フリーＤＬＣ膜（以下では、単に「カーボン膜」と呼称する）の研究・開発が、各研究機関において進められている。ところが、カーボン膜の膜硬度や膜密度を制御する方法については、明確な手法は確立されていなかった。
このため、カーボン膜をスパッタ法により形成する際に、膜硬度や膜密度を制御可能な、カーボン膜の成膜方法の開発が期待されていた。 Therefore, research and development of hydrogen-free DLC films (hereinafter simply referred to as "carbon films"), which have high film density and film hardness and have properties similar to those of diamond, are being carried out at various research institutes. However, no clear method has been established for controlling the film hardness and film density of carbon films.
Therefore, it has been expected to develop a method for forming a carbon film that can control film hardness and film density when forming a carbon film by sputtering.

電子材料、１，６３（１９９９）Electronic Materials, 1, 63 (1999) A.C.Ferrari and J.Robertson,"Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon",PHYSICAL REVIEW B Vol.61(20)(2000)p.14095A.C.Ferrari and J.Robertson, "Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon", PHYSICAL REVIEW B Vol.61(20)(2000)p.14095

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、カーボン膜をスパッタ法により形成する際に、膜硬度や膜密度を制御可能な、カーボン膜の成膜方法を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of such conventional circumstances, and provides a method for forming a carbon film in which film hardness and film density can be controlled when forming a carbon film by sputtering. The purpose is to

本発明の請求項１に記載のカーボン膜の成膜方法は、スパッタ法を用いたカーボン膜の成膜方法であって、炭素（Ｃ）を含むターゲットを用い、非成膜時には前記ターゲットのスパッタ面に対して非平行の位置に被処理体の一面を配し、かつ、成膜時には前記ターゲットのスパッタ面に対して前記被処理体の一面が移動するように前記被処理体を保持して、前記被処理体の一面上に炭素（Ｃ）を含む被膜を形成する際に、前記被処理体側から見た、前記ターゲットのスパッタ面の露呈領域を制限する手段Ｚであって、前記ターゲットの表面（スパッタ面）の上空において、前記露呈領域を形成するために所望の開口部を有する構造体（チムニ－）を用い、前記手段Ｚには、接地配線が接続されるとともに、前記ターゲット近傍にプロセスガスを供給するガススリットが設けられ、前記スパッタ法が、前記ターゲットのスパッタ面の前方を、前記被処理体が通過する方式であることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載のカーボン膜の成膜方法は、スパッタ法を用いたカーボン膜の成膜方法であって、炭素（Ｃ）を含むターゲットを用い、非成膜時には前記ターゲットのスパッタ面に対して非平行の位置に被処理体の一面を配し、かつ、成膜時には前記ターゲットのスパッタ面に対して前記被処理体の一面が移動するように前記被処理体を保持して、前記被処理体の一面上に炭素（Ｃ）を含む被膜を形成する際に、前記被処理体側から見た、前記ターゲットのスパッタ面の露呈領域を制限する手段Ｚであって、前記ターゲットの表面（スパッタ面）の上空において、前記露呈領域を形成するために所望の開口部を有する構造体（チムニ－）を用い、前記ターゲットおよび前記構造体を側方から見た場合において、前記ターゲットの裏面に配置された磁気回路により生じる磁場ベクトルの該ターゲットの表面において垂直成分Ｂ⊥が０（ゼロ）となる位置をＡ、前記構造体（チムニ－）の開口端の位置をＢ、前記ターゲットの表面または該ターゲットの表面から延長した線に対して前記位置Ｂから垂線を引いて交差する位置をＣ、と定義した場合、前記Ｂと前記Ｃを結ぶ線分ＢＣの長さを前記Ａと前記Ｃを結ぶ線分ＡＣの長さで除した値が１．２５以上となる範囲を満たすように前記開口部を構成することを特徴とする。
本発明の請求項３に記載のカーボン膜の成膜方法は、スパッタ法を用いたカーボン膜の成膜方法であって、炭素（Ｃ）を含むターゲットを用い、非成膜時には前記ターゲットのスパッタ面に対して非平行の位置に被処理体の一面を配し、かつ、成膜時には前記ターゲットのスパッタ面に対して前記被処理体の一面が移動するように前記被処理体を保持して、前記被処理体の一面上に炭素（Ｃ）を含む被膜を形成する際に、前記被処理体側から見た、前記ターゲットのスパッタ面の露呈領域を制限する手段Ｚであって、前記ターゲットの表面（スパッタ面）の上空において、前記露呈領域を形成するために所望の開口部を有する構造体（チムニ－）を用い、前記ターゲットおよび前記構造体を側方から見た場合において、前記ターゲットの裏面に配置された磁気回路により生じる磁場ベクトルの該ターゲットの表面において垂直成分Ｂ⊥が０（ゼロ）となる位置をＡ、前記構造体（チムニ－）の開口端の位置をＢ、前記ターゲットの表面または該ターゲットの表面から延長した線に対して前記位置Ｂから垂線を引いて交差する位置をＣ、と定義した場合、前記Ｂと前記Ｃを結ぶ線分ＢＣの長さを前記Ａと前記Ｃを結ぶ線分ＡＣの長さで除した値が１．２５を下回る範囲を満たすように前記開口部を構成することを特徴とする。
本発明の請求項４、５に記載のカーボン膜の成膜方法は、請求項２、３それぞれにおいて、前記スパッタ法が、前記ターゲットのスパッタ面の前方を、前記被処理体が通過する方式であることを特徴とする。 The method for forming a carbon film according to claim 1 of the present invention is a method for forming a carbon film using a sputtering method, in which a target containing carbon (C) is used, and when the film is not formed, the target is sputtered. One surface of the object to be processed is arranged in a position non-parallel to the surface, and the object to be processed is held so that one surface of the object to be processed moves relative to the sputtering surface of the target during film formation. , a means Z for limiting an exposed area of the sputtering surface of the target when viewed from the side of the target when forming a film containing carbon (C) on one surface of the target; A structure (chimney) having a desired opening is used to form the exposed region above the surface (sputtering surface), and a ground wiring is connected to the means Z, and a ground wire is connected to the means Z near the target. A gas slit for supplying process gas is provided , and the sputtering method is characterized in that the object to be processed passes in front of the sputtering surface of the target .
The method for forming a carbon film according to claim 2 of the present invention is a method for forming a carbon film using a sputtering method, in which a target containing carbon (C) is used, and when the film is not formed, the target is sputtered. One surface of the object to be processed is arranged in a position non-parallel to the surface, and the object to be processed is held so that one surface of the object to be processed moves relative to the sputtering surface of the target during film formation. , a means Z for limiting an exposed area of the sputtering surface of the target when viewed from the side of the target when forming a film containing carbon (C) on one surface of the target; A structure (chimney) having a desired opening is used above the surface (sputtering surface) to form the exposed area, and when the target and the structure are viewed from the side, the target is A is the position where the vertical component B⊥ of the magnetic field vector generated by the magnetic circuit placed on the back surface of the target is 0 (zero), B is the position of the open end of the structure (chimney), and B is the position of the open end of the structure (chimney). If the position where a perpendicular line is drawn from the position B and intersects the surface or a line extended from the surface of the target is defined as C, then the length of the line segment BC that connects the B and the C is defined as the length of the line segment BC that connects the B and the C. The opening is configured so that the value divided by the length of the line segment AC connecting C is 1.25 or more.
The method for forming a carbon film according to claim 3 of the present invention is a method for forming a carbon film using a sputtering method, in which a target containing carbon (C) is used, and when the film is not formed, the sputtering of the target is performed. One surface of the object to be processed is arranged in a position non-parallel to the surface, and the object to be processed is held so that one surface of the object to be processed moves relative to the sputtering surface of the target during film formation. , a means Z for limiting an exposed area of the sputtering surface of the target when viewed from the side of the target when forming a film containing carbon (C) on one surface of the target; A structure (chimney) having a desired opening is used above the surface (sputtering surface) to form the exposed area, and when the target and the structure are viewed from the side, the target is A is the position where the vertical component B⊥ of the magnetic field vector generated by the magnetic circuit placed on the back surface of the target is 0 (zero), B is the position of the open end of the structure (chimney), and B is the position of the open end of the structure (chimney). If the position where a perpendicular line is drawn from the position B and intersects the surface or a line extended from the surface of the target is defined as C, then the length of the line segment BC that connects the B and the C is defined as the length of the line segment BC that connects the B and the C. The opening is characterized in that the opening is configured so that the value divided by the length of the line segment AC connecting C is less than 1.25.
The method of forming a carbon film according to claims 4 and 5 of the present invention is characterized in that in each of claims 2 and 3 , the sputtering method is a method in which the object to be processed passes in front of a sputtering surface of the target. characterized by something.

本発明の請求項６に記載のカーボン膜の成膜方法は、請求項１において、前記ターゲットおよび前記構造体を側方から見た場合において、前記ターゲットの裏面に配置された磁気回路により生じる磁場ベクトルの該ターゲットの表面において垂直成分Ｂ⊥が０（ゼロ）となる位置をＡ、前記構造体（チムニ－）の開口端の位置をＢ、前記ターゲットの表面または該ターゲットの表面から延長した線に対して前記位置Ｂから垂線を引いて交差する位置をＣ、と定義した場合、前記Ｂと前記Ｃを結ぶ線分ＢＣの長さを前記Ａと前記Ｃを結ぶ線分ＡＣの長さで除した値が１．２５以上となる範囲を満たすように前記開口端を構成することを特徴とする。
本発明の請求項７に記載のカーボン膜の成膜方法は、請求項２、請求項４または請求項６の何れか一項において、前記被膜の密度［ｇ／ｃｍ３］を２．０４以上２．３１以下の範囲内で制御することを特徴とする。 In the method for forming a carbon film according to claim 6 of the present invention, in claim 1 , when the target and the structure are viewed from the side, a magnetic field generated by a magnetic circuit disposed on the back surface of the target is provided. A is the position where the vertical component B⊥ of the vector is 0 (zero) on the surface of the target, B is the position of the opening end of the structure (chimney), and is the surface of the target or a line extended from the surface of the target. If a perpendicular line is drawn from the position B and the intersecting position is defined as C, then the length of the line segment BC connecting the above B and the above C is the length of the line segment AC connecting the above A and the above C. The opening end is characterized in that the opening end is configured such that the divided value satisfies a range of 1.25 or more.
The method for forming a carbon film according to claim 7 of the present invention is characterized in that the density [g/cm 3 ] of the film is 2.04 or more. It is characterized by being controlled within a range of 2.31 or less.

本発明の請求項８に記載のカーボン膜の成膜方法は、請求項１において、前記ターゲットおよび前記構造体を側方から見た場合において、前記ターゲットの裏面に配置された磁気回路により生じる磁場ベクトルの該ターゲットの表面において垂直成分Ｂ⊥が０（ゼロ）となる位置をＡ、前記構造体（チムニ－）の開口端の位置をＢ、前記ターゲットの表面または該ターゲットの表面から延長した線に対して前記位置Ｂから垂線を引いて交差する位置をＣ、と定義した場合、前記Ｂと前記Ｃを結ぶ線分ＢＣの長さを前記Ａと前記Ｃを結ぶ線分ＡＣの長さで除した値が１．２５を下回る範囲を満たすように前記開口端を構成することを特徴とする。
本発明の請求項９に記載のカーボン膜の成膜方法は、請求項３、請求項５または請求項８の何れか一項において、前記被膜の密度［ｇ／ｃｍ３］を１．７７以上２．０４未満の範囲内で制御することを特徴とする。 In the method for forming a carbon film according to claim 8 of the present invention, in claim 1 , when the target and the structure are viewed from the side, a magnetic field generated by a magnetic circuit disposed on the back surface of the target is provided. A is the position where the vertical component B⊥ of the vector is 0 (zero) on the surface of the target, B is the position of the opening end of the structure (chimney), and is the surface of the target or a line extended from the surface of the target. If a perpendicular line is drawn from the position B and the intersecting position is defined as C, then the length of the line segment BC connecting the above B and the above C is the length of the line segment AC connecting the above A and the above C. The opening end is characterized in that the opening end is configured so that the divided value satisfies a range of less than 1.25.
In the method for forming a carbon film according to claim 9 of the present invention, in any one of claim 3, claim 5 , or claim 8 , the density [g/cm 3 ] of the film is 1.77 or more. It is characterized by being controlled within a range of less than 2.04.

請求項１～３に記載の発明は、スパッタ法により炭素（Ｃ）を含むターゲットを用いて被処理体の一面上に炭素（Ｃ）を含む被膜を形成する。
その際に、非成膜時には前記ターゲットのスパッタ面に対して非平行の位置に被処理体の一面を配し、かつ、成膜時には前記ターゲットのスパッタ面に対して前記被処理体の一面が移動するように前記被処理体を保持する。
成膜時には、前記被処理体側から見た、前記ターゲットのスパッタ面の露呈領域を制限する手段Ｚを用いる。
これにより、手段Ｚによって制限されたスパッタ粒子は被処理体の一面上に到達できず、手段Ｚによって制限されることが無かったスパッタ粒子のみが被処理体の一面上に堆積される。手段Ｚにおいて、ターゲットのスパッタ面の露呈領域を制限する度合い調整することにより、形成されたカーボン膜の膜硬度や膜密度を制御可能な、カーボン膜の成膜方法が得られる。 In the invention described in claims 1 to 3 , a film containing carbon (C) is formed on one surface of an object to be processed using a target containing carbon (C) by a sputtering method.
At that time, when not forming a film, one surface of the object to be processed is placed in a position non-parallel to the sputtering surface of the target, and when forming a film, one surface of the object to be processed is placed at a position non-parallel to the sputtering surface of the target. The object to be processed is held so as to be movable.
During film formation, a means Z is used to limit the exposed area of the sputtering surface of the target when viewed from the side of the object to be processed.
As a result, the sputtered particles restricted by the means Z cannot reach one surface of the object to be processed, and only the sputtered particles that have not been restricted by the means Z are deposited on the one surface of the object to be processed. In means Z, by adjusting the degree of restriction of the exposed area of the sputtering surface of the target, a method for forming a carbon film can be obtained in which the film hardness and film density of the formed carbon film can be controlled.

本発明に係るカーボン膜の成膜方法に用いる成膜装置の一例を示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a film forming apparatus used in the method of forming a carbon film according to the present invention. 図１の成膜装置における要部を拡大して示す断面図。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the film forming apparatus shown in FIG. 1; ターゲットと構造体（チムニ－）との関係を示す断面図。A cross-sectional view showing the relationship between a target and a structure (chimney). 構造体（チムニ－）の開口と膜密度との関係を示すグラフ。A graph showing the relationship between the opening of a structure (chimney) and film density. 構造体（チムニ－）の開口と膜硬度との関係を示すグラフ。A graph showing the relationship between the opening of a structure (chimney) and membrane hardness. 構造体（チムニ－）の開口と成膜速度との関係を示すグラフ。A graph showing the relationship between the opening of the structure (chimney) and the film formation rate. 実験例１～５のカーボン膜におけるＸＲＲの臨界角を示すグラフ。A graph showing the critical angle of XRR in the carbon films of Experimental Examples 1 to 5. 実験例１のカーボン膜におけるＸＲＲ解析結果を示すグラフ。3 is a graph showing the XRR analysis results of the carbon film of Experimental Example 1. 実験例２のカーボン膜におけるＸＲＲ解析結果を示すグラフ。7 is a graph showing the XRR analysis results of the carbon film of Experimental Example 2. 実験例３のカーボン膜におけるＸＲＲ解析結果を示すグラフ。7 is a graph showing the XRR analysis results of the carbon film of Experimental Example 3. 実験例４のカーボン膜におけるＸＲＲ解析結果を示すグラフ。7 is a graph showing the XRR analysis results of the carbon film of Experimental Example 4. 実験例５のカーボン膜におけるＸＲＲ解析結果を示すグラフ。7 is a graph showing the XRR analysis results of the carbon film of Experimental Example 5. ３種類に大別されるカーボンの説明図。An explanatory diagram of carbon, which is roughly divided into three types. ＳＰ３／ＳＰ２／Ｈの比率を基にしたＤＬＣ組成の概念図（３元相関図）に各種ＤＬＣの領域を追記した図。A diagram in which various DLC regions are added to a conceptual diagram (ternary correlation diagram) of DLC composition based on the ratio of SP3/SP2/H. スパッタ粒子の飛翔方向を規制する構造体を備えた場合を示す模式図。FIG. 3 is a schematic diagram showing a case including a structure that regulates the flying direction of sputtered particles. スパッタ粒子の飛翔方向を規制する構造体を備えない場合を示す模式図。FIG. 3 is a schematic diagram showing a case where a structure that regulates the flight direction of sputtered particles is not provided.

以下、本発明に係る成膜装置および構造体（チムニー）の一実施形態を、図面に基づいて説明する。以下では、「被処理体側から見た、ターゲットのスパッタ面の露呈領域を制限する手段Ｚ」として、構造体（チムニー）を例として詳述する。本発明における手段Ｚは、ターゲットのスパッタ面の露呈領域を制限する機能さえ備えていれば、構造体はチムニーに限定されるものではない。
なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図１は、本発明に係るカーボン膜の成膜方法に用いる成膜装置の一例を示す模式図であり、成膜装置の概略構成を表している。図１において、符号１は成膜装置である。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, one embodiment of the film-forming apparatus and structure (chimney) based on this invention is described based on drawings. In the following, a structure (chimney) will be described in detail as an example of "means Z for limiting the exposed area of the sputtering surface of the target when viewed from the side of the object to be processed." The structure of means Z in the present invention is not limited to a chimney as long as it has the function of limiting the exposed area of the sputtering surface of the target.
It should be noted that this embodiment is specifically explained in order to better understand the gist of the invention, and is not intended to limit the invention unless otherwise specified.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a film forming apparatus used in the method of forming a carbon film according to the present invention, and shows a schematic configuration of the film forming apparatus. In FIG. 1, reference numeral 1 indicates a film forming apparatus.

図１に示した成膜装置（スパッタ装置）１は、インターバック式のスパッタ装置であり、図示しないが、たとえば無アルカリガラス基板等とされる基板（またはキャリア）を搬入／搬出するための仕込／取出室２と、基板上にカーボン膜からなる被膜をスパッタ法により形成するための内部空間を有する成膜室（真空槽）３とを備えている。 The film forming apparatus (sputtering apparatus) 1 shown in FIG. 1 is an inter-back type sputtering apparatus, and although not shown, it is used for preparation for carrying in/out a substrate (or carrier) such as an alkali-free glass substrate. /The film-forming chamber (vacuum chamber) 3 has an internal space for forming a carbon film on a substrate by sputtering.

仕込／取出室２には、この室内を粗真空引きするロータリーポンプ等の粗引き排気手段４が設けられ、この室内には、基板Ｗａ（Ｗ）を保持・搬送するための基板トレイ５が移動可能に配置されている。成膜装置１は、基板トレイ５を移動可能とする手段（不図示）を備えており、以下に説明する移動（矢印ａ～ｄ）が可能とされている。 The loading/unloading chamber 2 is provided with a rough evacuation means 4 such as a rotary pump that roughly evacuates the chamber, and a substrate tray 5 for holding and transporting the substrate Wa (W) is moved into this chamber. Possibly located. The film forming apparatus 1 is equipped with a means (not shown) that allows the substrate tray 5 to move, and is capable of movement (arrows a to d) as described below.

仕込／取出室２から成膜室３への基板Ｗａ（Ｗ）の移動（矢印ａの方向）は、ドアバルブＤＶを開閉動作させることにより行われる。
成膜室３へ移動された基板Ｗｂ（Ｗ）は、成膜室３の内部空間において、最も右側に設けられた加熱ゾーンまで移動される。加熱ゾーンには、基板Ｗ（Ｗｄ）を加熱するためのヒータ１１（１１Ａ、１１Ｂ）が設けられており、基板の両面から熱処理することが可能とされている。
本発明において、「非成膜時には前記ターゲットのスパッタ面に対して非平行の位置に被処理体［基板Ｗｂ（Ｗ）］の一面を配した状態」とは、基板Ｗｄ（Ｗ）を加熱ゾーンに移動した状態であり、ターゲットによって成膜可能領域Ｒ（図２）から外れた位置にあることを意味する。成膜可能領域Ｒは、本発明における「露呈領域」でもある。 The substrate Wa (W) is moved from the loading/unloading chamber 2 to the film forming chamber 3 (in the direction of arrow a) by opening and closing the door valve DV.
The substrate Wb (W) moved to the film forming chamber 3 is moved to the heating zone provided on the rightmost side in the internal space of the film forming chamber 3. The heating zone is provided with heaters 11 (11A, 11B) for heating the substrate W (Wd), making it possible to perform heat treatment on both sides of the substrate.
In the present invention, "a state in which one surface of the object to be processed [substrate Wb (W)] is placed in a position non-parallel to the sputtering surface of the target when a film is not formed" means that the substrate Wd (W) is placed in a heating zone. This means that the target is located outside the film-formable region R (FIG. 2). The film-formable region R is also the "exposed region" in the present invention.

成膜室３には、ターゲットを保持するバッキングプレート６に負電位のスパッタ電圧を印加する電源７、成膜室３の内部空間にプロセスガスを導入するガス導入手段８、成膜室３の内部空間を高真空引きするターボ分子ポンプ等の高真空排気手段９、が設けられている。 The film forming chamber 3 includes a power source 7 that applies a negative sputtering voltage to a backing plate 6 that holds a target, a gas introduction means 8 that introduces a process gas into the internal space of the film forming chamber 3, and A high vacuum evacuation means 9 such as a turbo molecular pump is provided to draw a high vacuum into the space.

加熱ゾーンから加熱処理された基板Ｗ（Ｗｄ）を移動（矢印ｄの方向）させて、ターゲットを保持するバッキングプレート６の上空を右から左へ向けて、加熱処理された基板Ｗ（Ｗｃ）を通過させる（矢印ａの方向）。その際、スパッタリング状態にあるターゲットからスパッタ粒子が基板Ｗ（Ｗｃ）の一面（図１では下面）上に堆積し、所望の被膜が形成される。
本発明において、「成膜時には前記ターゲットのスパッタ面に対して前記被処理体の一面が移動するように前記被処理体を保持する」とは、加熱ゾーンから加熱処理された基板Ｗ（Ｗｄ）を移動（矢印ｄの方向）させて、ターゲットを保持するバッキングプレート６の上空を右から左へ向けて、加熱処理された基板Ｗ（Ｗｃ）を通過させる（矢印ａの方向）ことを意味する。つまり、被処理体が、ターゲットによって成膜可能領域Ｒ（ずなわち、露呈領域）を通過している間に、基板Ｗ（Ｗｃ）の一面（図１では下面）上に所望の被膜が形成される。 The heat-treated substrate W (Wd) is moved from the heating zone (in the direction of arrow d), and the heat-treated substrate W (Wc) is moved from right to left above the backing plate 6 that holds the target. (in the direction of arrow a). At this time, sputtered particles from the target in the sputtering state are deposited on one surface (lower surface in FIG. 1) of the substrate W (Wc), and a desired film is formed.
In the present invention, "the object to be processed is held so that one surface of the object to be processed moves relative to the sputtering surface of the target during film formation" means that the substrate W (Wd) that has been heat-treated from the heating zone is (in the direction of arrow d) to pass the heat-treated substrate W (Wc) from right to left over the backing plate 6 that holds the target (in the direction of arrow a). . In other words, while the object to be processed passes through the film-formable region R (that is, the exposed region) by the target, a desired film is formed on one surface (lower surface in FIG. 1) of the substrate W (Wc). be done.

図２は、図１の成膜装置における要部を拡大して示す断面図である。
図２において、符号１３がバッキングプレート（図１の符号６に相当する）であり、符号１４がバッキングプレート１３に載置されたターゲットを表している。符号Ｍ１～Ｍ３は、バッキングプレート１３の背面側に配置された磁石を表している。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing an enlarged main part of the film forming apparatus shown in FIG.
In FIG. 2, the reference numeral 13 represents a backing plate (corresponding to the reference numeral 6 in FIG. 1), and the reference numeral 14 represents a target placed on the backing plate 13. Symbols M1 to M3 represent magnets arranged on the back side of the backing plate 13.

成膜室３の内部空間において、バッキングプレート１３、ターゲット１４、磁石Ｍ１～Ｍ３は、絶縁体１２に載置された状態にある。バッキングプレート１３には、基板Ｗｃを通過させる軌道（矢印ｃの方向）に対して略平行に対面するように、ターゲット１４のスパッタ面が配置される。これにより、ターゲット１４のスパッタ面１４ｓｐの前方空間を基板Ｗｃが通過可能とするように構成されている。ここで、前方空間とは、図２において、ターゲット１４のスパッタ面１４ｓｐと、通過する基板Ｗｃの一面（図１では下面）とによって挟まれた空間を意味する。 In the interior space of the film forming chamber 3, the backing plate 13, target 14, and magnets M1 to M3 are placed on the insulator 12. The sputtering surface of the target 14 is arranged on the backing plate 13 so as to face substantially parallel to the trajectory (in the direction of arrow c) through which the substrate Wc passes. This allows the substrate Wc to pass through the space in front of the sputtering surface 14sp of the target 14. Here, the front space, in FIG. 2, means the space sandwiched between the sputtering surface 14sp of the target 14 and one surface (lower surface in FIG. 1) of the substrate Wc passing through.

バッキングプレート（カソード電極）１３は、ターゲット１４に対して負電位のスパッタリング電圧を印加する電極の役割を果たす。前述したとおり、バッキングプレート１３は、負電位のスパッタリング電圧を印加する電源７に接続されている。 The backing plate (cathode electrode) 13 serves as an electrode that applies a negative sputtering voltage to the target 14 . As described above, the backing plate 13 is connected to the power source 7 that applies a sputtering voltage of negative potential.

本発明の成膜装置（スパッタ装置）１においては、ターゲット１４の縁部の近傍に、ターゲット１４の上方空間を制限する庇状の遮蔽部を有するチムニー（構造体）１０が配置される。チムニー１０は、電気的にシールド電極として機能する。
チムニー１０は、接地配線Ｇに接続される。チムニー１０は、ターゲット１４が設置された領域よりも外側のバッキングプレート１３の周縁部や他の部分がプラズマガスによってスパッタリングされてしまうのを防ぐ役割も果たす。 In the film forming apparatus (sputtering apparatus) 1 of the present invention, a chimney (structure) 10 having an eave-like shielding part that limits the space above the target 14 is arranged near the edge of the target 14. Chimney 10 electrically functions as a shield electrode.
Chimney 10 is connected to ground wiring G. The chimney 10 also serves to prevent the peripheral edge and other parts of the backing plate 13 outside the area where the target 14 is installed from being sputtered by plasma gas.

チムニー１０には、ターゲット１４と対向する位置にある遮蔽部の側壁に開口端１５Ａ、１５Ｂが設けられる。本発明の成膜装置（スパッタ装置）１においては、開口部１５Ａ、１５Ｂの位置を変更することにより、ターゲット１４の表面から飛翔したスパッタ粒子の進行方向を規制する。これにより、ターゲット１４の前方空間を通過する基板Ｗｃに対して、突入するスパッタ粒子の角度を制御可能としている。 The chimney 10 is provided with open ends 15A and 15B on the side wall of the shielding portion at a position facing the target 14. In the film forming apparatus (sputtering apparatus) 1 of the present invention, the traveling direction of sputtered particles flying from the surface of the target 14 is regulated by changing the positions of the openings 15A and 15B. This makes it possible to control the angle of the sputtered particles entering the substrate Wc passing through the space in front of the target 14.

また、チムニー１０には、ガススリット（不図示）が配置されてもよい。これにより、ガス導入手段８から成膜室３の内部空間へ導入されたプロセスガスは、ターゲット１４の近傍へより積極的に供給可能となる。 Further, a gas slit (not shown) may be arranged in the chimney 10. Thereby, the process gas introduced into the internal space of the film forming chamber 3 from the gas introducing means 8 can be more actively supplied to the vicinity of the target 14.

図３は、ターゲットと構造体（チムニ－）との関係を示す断面図である。
図３において、符号１３はバッキングプレートであり、その上面にはターゲット１４が、その下面には磁気回路を構成する磁石Ｍ１～Ｍ３が配置された状態を表している。チムニー１０を構成する遮蔽部の側壁には開口端１５Ａ（１５）が設けられる。
図３において、符号ＴＣはターゲット１４の幅方向（図３の左右方向）における中心位置である。符号ＴＲはターゲット１４の右半分を、符号ＴＬはターゲット１４の左半分を、それぞれ表している。
本発明では、開口端１５Ａ（１５）の位置（Ｂ１～Ｂ３）を変更し、その作用・効果を検討した。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the relationship between the target and the structure (chimney).
In FIG. 3, reference numeral 13 indicates a backing plate, with a target 14 disposed on its upper surface and magnets M1 to M3 constituting a magnetic circuit disposed on its lower surface. An open end 15A (15) is provided on the side wall of the shielding part constituting the chimney 10.
In FIG. 3, the symbol TC is the center position of the target 14 in the width direction (left-right direction in FIG. 3). The symbol TR represents the right half of the target 14, and the symbol TL represents the left half of the target 14.
In the present invention, the positions (B1 to B3) of the open end 15A (15) were changed and the effects and effects thereof were studied.

ターゲット１４の裏面側に存在する磁気回路から発生する磁場ベクトルＢＬ０のターゲット１４の表面側において、垂直成分Ｂ⊥が０（ゼロ）となる箇所βＰから、ターゲット１４の表面に垂線を引き、この垂線がターゲット１４の表面と垂直に交差する箇所を点Ａと定義する。
図３において、符号Ｄは、ターゲット１４の幅方向の中心位置ＴＣと前述した点Ａとの距離を表している。 On the front side of the target 14 of the magnetic field vector BL0 generated from the magnetic circuit existing on the back side of the target 14, draw a perpendicular line to the surface of the target 14 from a point βP where the vertical component B⊥ is 0 (zero), and then draw a perpendicular line to the surface of the target 14. A point A is defined as a point where the surface of the target 14 perpendicularly intersects with the surface of the target 14.
In FIG. 3, symbol D represents the distance between the center position TC of the target 14 in the width direction and the above-mentioned point A.

チムニー１０の開口端１５Ａ（１５）に相当する異なる３つの位置を「点Ｂ１、点Ｂ２、点Ｂ３」と定義する。点Ｂ１はターゲット１４と重なる上空の位置にある。点Ｂ２と点Ｂ３はターゲット１４と重ならない上空の位置にあり、点Ｂ２に比べて点Ｂ３はターゲット１４から見て、より離れた外方の位置にある。 Three different positions corresponding to the open end 15A (15) of the chimney 10 are defined as "point B1, point B2, and point B3." Point B1 is located at a position in the sky that overlaps with target 14. Points B2 and B3 are located at positions in the sky that do not overlap with the target 14, and point B3 is located further away from the target 14 than point B2.

点Ｂ１、点Ｂ２、点Ｂ３から各々、ターゲット１４の表面またはターゲット１４の表面から延長した線に対して垂線を引き、各垂線がターゲット１４の表面またはターゲット１４の表面から延長した線に交差する箇所を点Ｃ１、点Ｃ２、点Ｃ３と定義する。 Draw perpendicular lines from point B1, point B2, and point B3 to the surface of target 14 or a line extended from the surface of target 14, and each perpendicular line intersects the surface of target 14 or the line extended from the surface of target 14. The locations are defined as point C1, point C2, and point C3.

図３において、線分Ａ－Ｂ１は、点Ａと点Ｂ１とを直線で結んだ線分である。同様に、線分Ａ－Ｂ２は、点Ａと点Ｂ２とを直線で結んだ線分であり、線分Ａ－Ｂ３は、点Ａと点Ｂ３とを直線で結んだ線分である。
また図３において、線分Ｂ１－Ｃ１は、点Ｂ１と点Ｃ１とを直線で結んだ線分である。同様に、線分Ｂ２－Ｃ２は、点Ｂ２と点Ｃ２とを直線で結んだ線分であり、線分Ｂ３－Ｃ３は、点Ｂ３と点Ｃ３とを直線で結んだ線分である。
図３において、符号Ｈは、チムニー１０の高さ位置を表しており、たとえば、線分Ｂ１－Ｃ１の長さに相当する。 In FIG. 3, a line segment AB1 is a line segment connecting point A and point B1 with a straight line. Similarly, line segment AB2 is a line segment that connects point A and point B2 with a straight line, and line segment AB3 is a line segment that connects point A and point B3 with a straight line.
Further, in FIG. 3, a line segment B1-C1 is a line segment connecting point B1 and point C1 with a straight line. Similarly, line segment B2-C2 is a line segment that connects point B2 and point C2 with a straight line, and line segment B3-C3 is a line segment that connects point B3 and point C3 with a straight line.
In FIG. 3, the symbol H represents the height position of the chimney 10, and corresponds to the length of the line segment B1-C1, for example.

以下では、チムニー１０の開口端１５Ａ（１５）の位置（Ｂ１～Ｂ３に相当する位置）を制御して、カーボン膜をスパッタ法により形成し、カーボン膜の膜密度、膜硬度、成膜速度（Deposition Rate）について評価した結果について述べる。
以下の実験例では、ターゲット１４の全幅の半分の距離が、６７．５ｍｍのターゲットを用いた。 In the following, a carbon film is formed by sputtering by controlling the position of the open end 15A (15) of the chimney 10 (positions corresponding to B1 to B3), and the film density, film hardness, and film formation rate ( We will discuss the results of evaluating the deposition rate.
In the following experimental example, a target having a distance of half the total width of the target 14 of 67.5 mm was used.

（実験例１）
実験例１（ｅｘ１）は、チムニー１０の開口端１５Ａ（１５）の位置が最も内側に存在する場合であり、点ＴＣと点Ｃ１に相当する距離を３０ｍｍとして成膜を行った。チムニー１０の高さ位置Ｈは５０ｍｍとした。 (Experiment example 1)
Experimental example 1 (ex1) is a case where the opening end 15A (15) of the chimney 10 is located at the innermost position, and the film was formed with the distance corresponding to the point TC and the point C1 being 30 mm. The height H of the chimney 10 was 50 mm.

（実験例２）
実験例２（ｅｘ２）は、チムニー１０の開口端１５Ａ（１５）の位置が実験例１に次いで内側に存在する場合であり、点ＴＣと点Ｃ１に相当する距離を５０ｍｍとして成膜を行った。チムニー１０の高さ位置Ｈは５０ｍｍであり、実験例１と同じである。 (Experiment example 2)
Experimental example 2 (ex2) is a case where the position of the open end 15A (15) of the chimney 10 is located on the inner side next to experimental example 1, and the film was formed with the distance corresponding to point TC and point C1 being 50 mm. . The height H of the chimney 10 is 50 mm, which is the same as in Experimental Example 1.

（実験例３）
実験例３（ｅｘ３）は、チムニー１０の開口端１５Ａ（１５）の位置が実験例２に次いで内側に存在する場合であり、点ＴＣと点Ｃ２に相当する距離を７０ｍｍとして成膜を行った。チムニー１０の高さ位置Ｈは５０ｍｍであり、実験例１と同じである。 (Experiment example 3)
Experimental example 3 (ex3) is a case where the position of the open end 15A (15) of the chimney 10 is located on the inside next to experimental example 2, and the film was formed with the distance corresponding to point TC and point C2 being 70 mm. . The height H of the chimney 10 is 50 mm, which is the same as in Experimental Example 1.

（実験例４）
実験例４（ｅｘ４）は、チムニー１０の開口端１５Ａ（１５）の位置が実験例３に次いで内側に存在する場合であり、点ＴＣと点Ｃ２に相当する距離を１１５ｍｍとして成膜を行った。チムニー１０の高さ位置Ｈは５０ｍｍであり、実験例１と同じである。 (Experiment example 4)
Experimental example 4 (ex4) is a case where the position of the open end 15A (15) of the chimney 10 is located on the inner side next to experimental example 3, and the film was formed with the distance corresponding to point TC and point C2 being 115 mm. . The height H of the chimney 10 is 50 mm, which is the same as in Experimental Example 1.

（実験例５）
実験例５（ｅｘ５）は、チムニー１０を設置しなかった場合である。 (Experiment example 5)
Experimental example 5 (ex5) is a case where the chimney 10 was not installed.

上述したチムニー１４の開口端１５Ａ（１５）の位置以外は、スパッタ成膜条件は、以下のとおり一定（所定の範囲）とした。
ターゲット：カーボン（東洋炭素社製、型番：IG-510、板厚［ｍｍ］：６）
プロセスガス：Ａｒ
プロセス（成膜）圧力［Ｐａ］：０．３
被処理体（基板）：ガラス（Corning社製、型番：Eagle XG、板厚［ｍｍ］：０．７）
被処理体（基板）の搬送速度［ｍｍ／ｍｉｎ］：３６～８８
被処理体（基板）の加熱温度［℃］：５２～５７ Except for the position of the opening end 15A (15) of the chimney 14 described above, the sputtering film forming conditions were kept constant (within a predetermined range) as follows.
Target: Carbon (manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd., model number: IG-510, plate thickness [mm]: 6)
Process gas: Ar
Process (film formation) pressure [Pa]: 0.3
Object to be processed (substrate): Glass (manufactured by Corning, model number: Eagle XG, plate thickness [mm]: 0.7)
Transport speed of object to be processed (substrate) [mm/min]: 36 to 88
Heating temperature of object to be processed (substrate) [℃]: 52 to 57

［評価１：膜密度］
図４は、構造体（チムニ－）の開口とカーボン膜の膜密度との関係を示すグラフであり、ここで開口とは点ＴＣと点Ｃ１（または、点Ｃ２、点Ｃ３）との距離を意味する。
図４より、以下の点が明らかとなった。
（ａ１）ｅｘ１～ｅｘ３、ＢＣ／ＡＣ≧１．２５では、膜密度［ｇ／ｃｍ３ ］が２．０４～２．３１の範囲で制御することが可能である。
（ａ２）ｅｘ４～ｅｘ５、ＢＣ／ＡＣ＜１．２５では、膜密度［ｇ／ｃｍ３ ］が１．７７～２．０４の範囲で制御することが可能である。
以上の結果から、構造体（チムニ－）の開口を調整することにより、膜密度が特定の数値範囲で制御できることが確認された。 [Evaluation 1: Film density]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the opening of the structure (chimney) and the film density of the carbon film, where the opening is the distance between point TC and point C1 (or point C2, point C3). means.
From FIG. 4, the following points became clear.
(a1) For ex1 to ex3, when BC/AC≧1.25, the film density [g/cm 3 ] can be controlled within the range of 2.04 to 2.31.
(a2) For ex4 to ex5, when BC/AC<1.25, the film density [g/cm 3 ] can be controlled within the range of 1.77 to 2.04.
From the above results, it was confirmed that the film density could be controlled within a specific numerical range by adjusting the opening of the structure (chimney).

［評価２：膜硬度］
図５は、構造体（チムニ－）の開口とカーボン膜の膜硬度との関係を示すグラフであり、ここで開口とは点ＴＣと点Ｃ１（または、点Ｃ２、点Ｃ３）との距離を意味する。
図５より、以下の点が明らかとなった。
（ｂ１）ｅｘ１～ｅｘ３、ＢＣ／ＡＣ≧１．２５では、膜硬度［ＧＰａ］が１２．３～１２．９の範囲で制御することが可能である。
（ｂ２）ｅｘ４～ｅｘ５、ＢＣ／ＡＣ＜１．２５では、膜硬度［ＧＰａ］が１０．５～１２．３の範囲で制御することが可能である。
以上の結果から、構造体（チムニ－）の開口を調整することにより、膜硬度が特定の数値範囲で制御できることが確認された。 [Evaluation 2: Film hardness]
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the opening of the structure (chimney) and the film hardness of the carbon film, where the opening is the distance between point TC and point C1 (or point C2, point C3). means.
From FIG. 5, the following points became clear.
(b1) For ex1 to ex3, when BC/AC≧1.25, the film hardness [GPa] can be controlled within the range of 12.3 to 12.9.
(b2) For ex4 to ex5, when BC/AC<1.25, the film hardness [GPa] can be controlled within the range of 10.5 to 12.3.
From the above results, it was confirmed that the film hardness could be controlled within a specific numerical range by adjusting the opening of the structure (chimney).

図４および図５の評価結果より、「請求項４の条件：開口部＠ケースα（膜硬度＆膜密度が大となる領域）」を満たすためには、前記Ｂと前記Ｃを結ぶ線分ＢＣの長さを前記Ａと前記Ｃを結ぶ線分ＡＣの長さで除した値が１．２５以上となる範囲を満たすように前記開口部を構成すればよい。
特に、前記Ｂと前記Ｃを結ぶ線分ＢＣの長さを前記Ａと前記Ｃを結ぶ線分ＡＣの長さで除した値が１．２５以上となる範囲とした場合（ケースαの場合）には、被膜（カーボン膜）の膜密度［ｇ／ｃｍ３］を２．０４以上２．３１以下の範囲内で制御可能である。
また、前記Ｂと前記Ｃを結ぶ線分ＢＣの長さを前記Ａと前記Ｃを結ぶ線分ＡＣの長さで除した値が１．２５以上となる範囲とした場合（ケースαの場合）には、被膜の膜硬度［ＧＰａ］を１２．３以上１２．９以下の範囲内で制御可能である。 From the evaluation results of FIGS. 4 and 5, in order to satisfy the "condition of claim 4: opening @ case α (area where film hardness & film density are large)", the line connecting said B and said C must be The opening may be configured so that the value obtained by dividing the length of BC by the length of the line segment AC connecting the A and the C satisfies a range of 1.25 or more.
In particular, when the value obtained by dividing the length of the line segment BC connecting the above B and the above C by the length of the line segment AC connecting the above A and the above C is set to be 1.25 or more (in case α) In this case, the film density [g/cm 3 ] of the film (carbon film) can be controlled within the range of 2.04 or more and 2.31 or less.
In addition, when the value obtained by dividing the length of the line segment BC connecting the above B and the above C by the length of the line segment AC connecting the above A and the above C is set to be within a range of 1.25 or more (in case α) The film hardness [GPa] of the coating can be controlled within the range of 12.3 or more and 12.9 or less.

図４および図５の評価結果より、「請求項７の条件：開口部＠ケースβ（膜硬度＆膜密度が小となる領域）」を満たすためには、前記Ｂと前記Ｃを結ぶ線分ＢＣの長さを前記Ａと前記Ｃを結ぶ線分ＡＣの長さで除した値が１．２５を下回る範囲を満たすように前記開口部を構成すればよい。
特に、前記Ｂと前記Ｃを結ぶ線分ＢＣの長さを前記Ａと前記Ｃを結ぶ線分ＡＣの長さで除した値が１．２５を下回る範囲とした場合（ケースβの場合）には、被膜（カーボン膜）の膜密度［ｇ／ｃｍ３］を１．７７以上２．０４未満の範囲内で制御可能である。
また、前記Ｂと前記Ｃを結ぶ線分ＢＣの長さを前記Ａと前記Ｃを結ぶ線分ＡＣの長さで除した値が１．２５を下回る範囲とした場合（ケースβの場合）には、被膜の膜硬度［ＧＰａ］を１０．５以上１２．３未満の範囲内で制御可能である。 From the evaluation results of FIGS. 4 and 5, in order to satisfy "the condition of claim 7: opening @ case β (region where film hardness & film density are small)", the line connecting said B and said C must be The opening may be configured such that the value obtained by dividing the length of BC by the length of the line segment AC connecting the A and the C satisfies a range below 1.25.
In particular, when the value obtained by dividing the length of the line segment BC connecting the above B and the above C by the length of the line segment AC connecting the above A and the C is set to be less than 1.25 (in case β) The film density [g/cm 3 ] of the film (carbon film) can be controlled within the range of 1.77 or more and less than 2.04.
In addition, if the value obtained by dividing the length of the line segment BC connecting the above B and the above C by the length of the line segment AC connecting the above A and the above C is set to be less than 1.25 (in case β), The film hardness [GPa] of the coating can be controlled within the range of 10.5 or more and less than 12.3.

また、図４および図５の評価結果より、「請求項７の条件：開口部＠ケースβ（膜硬度＆膜密度が小となる領域）」を満たすためには、前記Ｂと前記Ｃを結ぶ線分ＢＣの長さを前記Ａと前記Ｃを結ぶ線分ＡＣの長さで除した値が１．２５を下回る範囲を満たすように前記開口部を構成すればよいことが分かった。 In addition, from the evaluation results of FIGS. 4 and 5, in order to satisfy the "condition of claim 7: opening @ case β (region where film hardness & film density are small)", it is necessary to connect the above B and the above C. It has been found that the opening may be configured so that the value obtained by dividing the length of the line segment BC by the length of the line segment AC connecting the A and the C is less than 1.25.

［評価３：成膜速度（Deposition Rate）］
図６は、構造体（チムニ－）の開口と成膜速度（Deposition Rate）との関係を示すグラフであり、ここで開口とは点ＴＣと点Ｃ１（または、点Ｃ２、点Ｃ３）との距離を意味する。
図６より、ＢＣ／ＡＣの値が小さいほど、成膜速度が上昇することが分かった。
以上の結果から、構造体（チムニ－）の開口を調整することにより、成膜速度を調整できることが確認された。 [Evaluation 3: Deposition Rate]
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the opening of the structure (chimney) and the deposition rate. means distance.
From FIG. 6, it was found that the smaller the value of BC/AC, the higher the film formation rate.
From the above results, it was confirmed that the film formation rate could be adjusted by adjusting the opening of the structure (chimney).

図７は、実験例１～５において形成したカーボン膜におけるＸＲＲの臨界角を示すグラフである。図７のグラフでは、たとえば、実験例１で形成したカーボン膜の評価プロファイルに符号ｅｘ１と付けて表している。実験例２～５についても、同様に表示した。
図７より、ＢＣ／ＡＣの値が異なることで、ＸＲＲの臨界角が変化していることが分かる。
以上の結果から、構造体（チムニ－）の開口を調整することにより、ＸＲＲの臨界角を変化させることができることが確認された。 FIG. 7 is a graph showing the critical angle of XRR in the carbon films formed in Experimental Examples 1 to 5. In the graph of FIG. 7, for example, the evaluation profile of the carbon film formed in Experimental Example 1 is indicated with the symbol ex1. Experimental Examples 2 to 5 were also displayed in the same manner.
From FIG. 7, it can be seen that the critical angle of XRR changes as the values of BC/AC differ.
From the above results, it was confirmed that the critical angle of XRR can be changed by adjusting the aperture of the structure (chimney).

図８Ａ～図８Ｅは各々、実験例１～実験例５のカーボン膜におけるＸＲＲ解析結果を示すグラフである。
図８Ａ～図８Ｅより、ＸＲＲの解析結果と測定結果が一致していることが分かる。ゆえに、解析の結果から得られた膜密度、膜厚、表面粗さの数値に妥当性がある。
以上の結果から、構造体（チムニ－）の開口を調整することにより、臨界角が変化しても解析することができ、膜密度の数値に信頼性があることが確認された。 8A to 8E are graphs showing the XRR analysis results of the carbon films of Experimental Examples 1 to 5, respectively.
It can be seen from FIGS. 8A to 8E that the XRR analysis results and measurement results match. Therefore, the values of film density, film thickness, and surface roughness obtained from the analysis results are valid.
From the above results, it was confirmed that by adjusting the opening of the structure (chimney), analysis can be performed even if the critical angle changes, and that the numerical value of film density is reliable.

なお、上記の実験例では、ターゲットとして「カーボン（東洋炭素社製、型番：IG-510）」を用いて詳述したが、本発明は、この特定のターゲットに限定されるものではない。本発明の課題は、特定のターゲットに依存するものではない。 In addition, although the above experimental example was detailed using "carbon (manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd., model number: IG-510)" as a target, the present invention is not limited to this specific target. The problem of the present invention is not dependent on a particular target.

したがって、本発明は、カーボン膜をスパッタ法により形成する際に、膜硬度や膜密度を制御可能な、カーボン膜の成膜方法の提供に貢献する。本発明は、各種のデバイスにおいて要求される膜特性（膜硬度や膜密度）や製造条件（成膜速度）に適合するカーボン膜の安定した作製に対応可能である。 Therefore, the present invention contributes to providing a method for forming a carbon film that allows control of film hardness and film density when forming a carbon film by sputtering. The present invention can respond to the stable production of carbon films that meet the film characteristics (film hardness and film density) and manufacturing conditions (film formation rate) required in various devices.

本発明に係るカーボン膜の成膜方法は、基材の表面硬質膜や、バリア膜などに広く適用可能である。 The method for forming a carbon film according to the present invention can be widely applied to a hard surface film of a base material, a barrier film, and the like.

ａ～ｄ 基板トレイの移動方向、ＤＶ ドアバルブ、Ｇ 接地配線、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３磁石、Ｒ 成膜可能領域（露呈領域）、Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃ、Ｗｄ（Ｗ） 基板、１ 成膜装置（スパッタ装置）、２ 仕込／取出室、３ 成膜室（真空槽）、４ 粗引き排気手段、５ 基板トレイ、６ バッキングプレート、７ 電源、８ ガス導入手段、９ 高真空排気手段、１０Ａ、１０Ｂ（１０） チムニー（構造体）、１１Ａ、１１Ｂ（１１） ヒータ、１２ 絶縁体、１３ バッキングプレート（カソード電極）、１４ ターゲット、１４ｓｐ スパッタ面、１５Ａ、１５Ｂ（１５） 開口端。 a to d Moving direction of substrate tray, DV door valve, G ground wiring, M1, M2, M3 magnets, R film forming area (exposed area), Wa, Wb, Wc, Wd (W) substrate, 1 film forming apparatus ( sputtering device), 2 loading/unloading chamber, 3 film forming chamber (vacuum chamber), 4 rough evacuation means, 5 substrate tray, 6 backing plate, 7 power supply, 8 gas introduction means, 9 high vacuum evacuation means, 10A, 10B (10) Chimney (structure), 11A, 11B (11) Heater, 12 Insulator, 13 Backing plate (cathode electrode), 14 Target, 14sp Sputtering surface, 15A, 15B (15) Open end.

Claims (9)

スパッタ法を用いたカーボン膜の成膜方法であって、
炭素（Ｃ）を含むターゲットを用い、非成膜時には前記ターゲットのスパッタ面に対して非平行の位置に被処理体の一面を配し、かつ、成膜時には前記ターゲットのスパッタ面に対して前記被処理体の一面が移動するように前記被処理体を保持して、
前記被処理体の一面上に炭素（Ｃ）を含む被膜を形成する際に、
前記被処理体側から見た、前記ターゲットのスパッタ面の露呈領域を制限する手段Ｚであって、前記ターゲットの表面（スパッタ面）の上空において、前記露呈領域を形成するために所望の開口部を有する構造体（チムニ－）を用い、
前記手段Ｚには、接地配線が接続されるとともに、前記ターゲット近傍にプロセスガスを供給するガススリットが設けられ、
前記スパッタ法が、前記ターゲットのスパッタ面の前方を、前記被処理体が通過する方式であることを特徴とするカーボン膜の成膜方法。 A method for forming a carbon film using a sputtering method, the method comprising:
A target containing carbon (C) is used, and when not forming a film, one surface of the object to be processed is arranged at a position non-parallel to the sputtering surface of the target, and when forming a film, one surface of the object to be processed is placed at a position non-parallel to the sputtering surface of the target. Holding the object to be processed so that one side of the object to be processed moves,
When forming a film containing carbon (C) on one surface of the object to be processed,
Means Z for limiting the exposed area of the sputtering surface of the target when viewed from the side of the object to be processed, wherein a desired opening is formed in the sky above the surface (sputtering surface) of the target to form the exposed area. Using a structure (chimney) with
The means Z is connected to a ground wiring and is provided with a gas slit for supplying a process gas near the target ,
A method for forming a carbon film , wherein the sputtering method is a method in which the object to be processed passes in front of a sputtering surface of the target . スパッタ法を用いたカーボン膜の成膜方法であって、
炭素（Ｃ）を含むターゲットを用い、非成膜時には前記ターゲットのスパッタ面に対して非平行の位置に被処理体の一面を配し、かつ、成膜時には前記ターゲットのスパッタ面に対して前記被処理体の一面が移動するように前記被処理体を保持して、
前記被処理体の一面上に炭素（Ｃ）を含む被膜を形成する際に、
前記被処理体側から見た、前記ターゲットのスパッタ面の露呈領域を制限する手段Ｚであって、前記ターゲットの表面（スパッタ面）の上空において、前記露呈領域を形成するために所望の開口部を有する構造体（チムニ－）を用い、
前記ターゲットおよび前記構造体を側方から見た場合において、
前記ターゲットの裏面に配置された磁気回路により生じる磁場ベクトルの該ターゲットの表面において垂直成分Ｂ⊥が０（ゼロ）となる位置をＡ、前記構造体（チムニ－）の開口端の位置をＢ、前記ターゲットの表面または該ターゲットの表面から延長した線に対して前記位置Ｂから垂線を引いて交差する位置をＣ、と定義した場合、
前記Ｂと前記Ｃを結ぶ線分ＢＣの長さを前記Ａと前記Ｃを結ぶ線分ＡＣの長さで除した値が１．２５以上となる範囲を満たすように前記開口部を構成することを特徴とするカーボン膜の成膜方法。 A method for forming a carbon film using a sputtering method, the method comprising:
A target containing carbon (C) is used, and when not forming a film, one surface of the object to be processed is arranged at a position non-parallel to the sputtering surface of the target, and when forming a film, one surface of the object to be processed is placed at a position non-parallel to the sputtering surface of the target. Holding the object to be processed so that one side of the object to be processed moves,
When forming a film containing carbon (C) on one surface of the object to be processed,
Means Z for limiting the exposed area of the sputtering surface of the target when viewed from the side of the object to be processed, wherein a desired opening is formed in the sky above the surface (sputtering surface) of the target to form the exposed area. Using a structure (chimney) with
When the target and the structure are viewed from the side,
A is the position where the vertical component B⊥ of the magnetic field vector generated by the magnetic circuit placed on the back surface of the target is 0 (zero), B is the position of the open end of the structure (chimney), If a position where a perpendicular line is drawn from the position B and intersects the surface of the target or a line extended from the surface of the target is defined as C,
The opening is configured so that the value obtained by dividing the length of the line segment BC connecting the B and the C by the length of the line segment AC connecting the A and the C is 1.25 or more. A method for forming a carbon film characterized by: スパッタ法を用いたカーボン膜の成膜方法であって、
炭素（Ｃ）を含むターゲットを用い、非成膜時には前記ターゲットのスパッタ面に対して非平行の位置に被処理体の一面を配し、かつ、成膜時には前記ターゲットのスパッタ面に対して前記被処理体の一面が移動するように前記被処理体を保持して、
前記被処理体の一面上に炭素（Ｃ）を含む被膜を形成する際に、
前記被処理体側から見た、前記ターゲットのスパッタ面の露呈領域を制限する手段Ｚであって、前記ターゲットの表面（スパッタ面）の上空において、前記露呈領域を形成するために所望の開口部を有する構造体（チムニ－）を用い、
前記ターゲットおよび前記構造体を側方から見た場合において、
前記ターゲットの裏面に配置された磁気回路により生じる磁場ベクトルの該ターゲットの表面において垂直成分Ｂ⊥が０（ゼロ）となる位置をＡ、前記構造体（チムニ－）の開口端の位置をＢ、前記ターゲットの表面または該ターゲットの表面から延長した線に対して前記位置Ｂから垂線を引いて交差する位置をＣ、と定義した場合、
前記Ｂと前記Ｃを結ぶ線分ＢＣの長さを前記Ａと前記Ｃを結ぶ線分ＡＣの長さで除した値が１．２５を下回る範囲を満たすように前記開口部を構成することを特徴とするカーボン膜の成膜方法。 A method for forming a carbon film using a sputtering method, the method comprising:
A target containing carbon (C) is used, and when not forming a film, one surface of the object to be processed is arranged at a position non-parallel to the sputtering surface of the target, and when forming a film, one surface of the object to be processed is placed at a position non-parallel to the sputtering surface of the target. Holding the object to be processed so that one side of the object to be processed moves,
When forming a film containing carbon (C) on one surface of the object to be processed,
Means Z for limiting the exposed area of the sputtering surface of the target when viewed from the side of the object to be processed, wherein a desired opening is formed in the sky above the surface (sputtering surface) of the target to form the exposed area. Using a structure (chimney) with
When the target and the structure are viewed from the side,
A is the position where the vertical component B⊥ of the magnetic field vector generated by the magnetic circuit placed on the back surface of the target is 0 (zero), B is the position of the open end of the structure (chimney), If a position where a perpendicular line is drawn from the position B and intersects the surface of the target or a line extended from the surface of the target is defined as C,
The opening is configured such that the value obtained by dividing the length of the line segment BC connecting the B and the C by the length of the line segment AC connecting the A and the C satisfies a range below 1.25. Characteristic carbon film deposition method. 前記スパッタ法が、前記ターゲットのスパッタ面の前方を、前記被処理体が通過する方式であることを特徴とする請求項２に記載のカーボン膜の成膜方法。 3. The method of forming a carbon film according to claim 2, wherein the sputtering method is a method in which the object to be processed passes in front of a sputtering surface of the target. 前記スパッタ法が、前記ターゲットのスパッタ面の前方を、前記被処理体が通過する方式であることを特徴とする請求項３に記載のカーボン膜の成膜方法。 4. The method of forming a carbon film according to claim 3, wherein the sputtering method is a method in which the object to be processed passes in front of a sputtering surface of the target. 前記ターゲットおよび前記構造体を側方から見た場合において、
前記ターゲットの裏面に配置された磁気回路により生じる磁場ベクトルの該ターゲットの表面において垂直成分Ｂ⊥が０（ゼロ）となる位置をＡ、前記構造体（チムニ－）の開口端の位置をＢ、前記ターゲットの表面または該ターゲットの表面から延長した線に対して前記位置Ｂから垂線を引いて交差する位置をＣ、と定義した場合、
前記Ｂと前記Ｃを結ぶ線分ＢＣの長さを前記Ａと前記Ｃを結ぶ線分ＡＣの長さで除した値が１．２５以上となる範囲を満たすように前記開口部を構成することを特徴とする請求項１に記載のカーボン膜の成膜方法。 When the target and the structure are viewed from the side,
A is the position where the vertical component B⊥ of the magnetic field vector generated by the magnetic circuit placed on the back surface of the target is 0 (zero), B is the position of the open end of the structure (chimney), If a position where a perpendicular line is drawn from the position B and intersects the surface of the target or a line extended from the surface of the target is defined as C,
The opening is configured so that the value obtained by dividing the length of the line segment BC connecting the B and the C by the length of the line segment AC connecting the A and the C is 1.25 or more. 2. The method of forming a carbon film according to claim 1 . 前記被膜の膜密度［ｇ／ｃｍ３］を２．０４以上２．３１以下の範囲内で制御することを特徴とする請求項２、請求項４または請求項６の何れか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。 Claim 2, Claim 4, or Claim 6, wherein the film density [g/cm 3 ] of the coating is controlled within a range of 2.04 or more and 2.31 or less. Method for forming carbon film. 前記ターゲットおよび前記構造体を側方から見た場合において、
前記ターゲットの裏面に配置された磁気回路により生じる磁場ベクトルの該ターゲットの表面において垂直成分Ｂ⊥が０（ゼロ）となる位置をＡ、前記構造体（チムニ－）の開口端の位置をＢ、前記ターゲットの表面または該ターゲットの表面から延長した線に対して前記位置Ｂから垂線を引いて交差する位置をＣ、と定義した場合、
前記Ｂと前記Ｃを結ぶ線分ＢＣの長さを前記Ａと前記Ｃを結ぶ線分ＡＣの長さで除した値が１．２５を下回る範囲を満たすように前記開口部を構成することを特徴とする請求項１に記載のカーボン膜の成膜方法。 When the target and the structure are viewed from the side,
A is the position where the vertical component B⊥ of the magnetic field vector generated by the magnetic circuit placed on the back surface of the target is 0 (zero), B is the position of the open end of the structure (chimney), If a position where a perpendicular line is drawn from the position B and intersects the surface of the target or a line extended from the surface of the target is defined as C,
The opening is configured such that the value obtained by dividing the length of the line segment BC connecting the B and the C by the length of the line segment AC connecting the A and the C satisfies a range below 1.25. The method for forming a carbon film according to claim 1 . 前記被膜の密度［ｇ／ｃｍ３］を１．７７以上２．０４未満の範囲内で制御することを特徴とする請求項３、請求項５または請求項８の何れか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。 The carbon according to any one of claims 3, 5 , and 8, wherein the density [g/cm 3 ] of the coating is controlled within a range of 1.77 or more and less than 2.04. Film formation method.
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