JPS63213656A - Device for forming thin carbon film - Google Patents
Device for forming thin carbon filmInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
A、産業上の利用分野
本発明は、反応性スパッタ法により基板上に炭素薄膜を
形成する装置に関し、特にグラファイトを不活性ガスに
よりスパッタした後、グラファイト粒子を水素プラズマ
で分解して成膜する炭素薄膜の形成装置に係る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Industrial Application Field The present invention relates to an apparatus for forming a carbon thin film on a substrate by reactive sputtering, and in particular, after sputtering graphite with an inert gas, graphite particles are sputtered with hydrogen plasma. The present invention relates to an apparatus for forming a carbon thin film that is decomposed and formed using a carbon film.
B0発明の概要
本発明は、真空室内に相対向してターゲットを保持する
マグネトロン型のターゲットホルダと対向電極を設ける
と共に、対向電極の上方に基板を保持する基板ホルダを
設け、H2ガス雰囲気でり−ゲットホルダと対向電極間
に高周波電圧を印加して基板ホルダ上に配置した基板上
に炭素薄膜を形成する装置において。B0 Summary of the Invention The present invention provides a magnetron-type target holder that holds a target facing each other in a vacuum chamber and a counter electrode, and also provides a substrate holder that holds a substrate above the counter electrode. - In an apparatus for forming a carbon thin film on a substrate placed on a substrate holder by applying a high frequency voltage between a get holder and a counter electrode.
前記真空室を流通孔を有する板状電極で仕切って第1区
画と第2区画を設け、第1区画内に前記ターゲットホル
ダ及び対向電極を配置すると共に不活性ガスを導入可能
とし、第2区画内に前記基板ホルダを配置してこの基板
ホルダと前記板状電極との間に高周波電圧を印加すると
共に、第2区画内にH2ガスを導入可能としたことによ
り、第1区画において不活性ガス雰囲気でスパッタして
生起された第1次生成種を水素プラズマで分解して活性
種をつくり、もって基板上に余剰の水素を含まない緻密
な薄膜を高速度で形成することができるようにしたもの
である。The vacuum chamber is partitioned by a plate-shaped electrode having a flow hole to provide a first section and a second section, the target holder and the counter electrode are arranged in the first section, and an inert gas can be introduced into the second section. By arranging the substrate holder in the chamber and applying a high frequency voltage between the substrate holder and the plate electrode, and making it possible to introduce H2 gas into the second section, an inert gas is introduced into the first section. The primary generated species generated by sputtering in the atmosphere are decomposed by hydrogen plasma to create active species, making it possible to form a dense thin film containing no excess hydrogen on the substrate at high speed. It is something.
C5従来の技術
従来の炭素薄膜の形成装置を第4図に示す。同図におい
て、2は金属製の容器でこの容器2は、側部にガスの導
入口3を備えると共に、底部に真空吸引口4を備え、そ
の内側には真空室1が形成される。ガスの導入口3は、
送気管によりマスフローコントローラ15を介して外部
の水素ガスタンク14に接続されている。真空室1の略
中央部には、電磁石9を備えたマグネトロン型のターゲ
ットホルダ電極5が設けられ、その上部に円板状のグラ
ファイトターゲット6が保持されている。C5 Prior Art A conventional carbon thin film forming apparatus is shown in FIG. In the figure, reference numeral 2 denotes a metal container, which has a gas inlet 3 on its side, a vacuum suction port 4 on its bottom, and a vacuum chamber 1 formed inside the container. The gas inlet 3 is
It is connected to an external hydrogen gas tank 14 via a mass flow controller 15 by an air supply pipe. A magnetron-type target holder electrode 5 equipped with an electromagnet 9 is provided approximately in the center of the vacuum chamber 1, and a disk-shaped graphite target 6 is held on top of the magnetron-type target holder electrode 5.
ターゲットホルダ電極5は、マツチングボックス8を介
して外部の高周波電源7へ接続されている。The target holder electrode 5 is connected to an external high frequency power source 7 via a matching box 8.
10は絶縁部材である。グラファイトターゲット6の上
方には、これと同心的に対向して円形の対向電極11が
設置され、これら両者間には高周波電圧が印加されるよ
うになっている。対向電極11の上方には基板ホルダ1
2が設置され、その下面に炭素薄膜を形成すべき基板1
3が取付けられる。10 is an insulating member. A circular counter electrode 11 is installed above the graphite target 6 and concentrically opposed to the graphite target 6, and a high frequency voltage is applied between the two. Above the counter electrode 11 is a substrate holder 1.
2 is installed, and a substrate 1 on which a carbon thin film is to be formed on the lower surface.
3 is installed.
この装置を用いて基板13上に炭素薄膜を形成する場合
には、真空室1を低圧の水素ガス雰囲気として、ターゲ
ットホルダ電極5と、対向な極11との間に高周波電圧
を印加する。この場合、ターゲットホルダ電極5上の炭
素源としてのグラファイトターゲット6が蒸発し、水素
プラズマの作用により拡散されて基板13上に付着し、
炭素薄膜を形成する。When forming a carbon thin film on the substrate 13 using this apparatus, a high frequency voltage is applied between the target holder electrode 5 and the opposing pole 11 while the vacuum chamber 1 is set to a low pressure hydrogen gas atmosphere. In this case, the graphite target 6 as a carbon source on the target holder electrode 5 evaporates, is diffused by the action of hydrogen plasma, and adheres to the substrate 13.
Form a carbon thin film.
D0発明が解決しようとする問題点
上記従来の炭素薄膜の形成装置においては、成膜速度が
一般のスパッタ法と比較して、約1/1゜と遅く、また
水素ガス雰囲気でスパッタするため活性な水素との反応
が促進されて膜中に水素が過剰に含まれ、この結果m
o h s硬度で2〜3の軟質の膜となってしまう、さ
らに水素プラズマ中での反応が繰り返されるため、複雑
な生成種が膜中に取り込まれ、不安定且つ不均質な薄膜
が形成されてしまうという問題点がある。D0 Problems to be Solved by the Invention In the conventional carbon thin film forming apparatus described above, the film formation rate is about 1/1 degree slower than that of the general sputtering method, and the sputtering is performed in a hydrogen gas atmosphere, making it difficult to activate the film. The reaction with hydrogen is promoted and hydrogen is contained excessively in the film, and as a result m
The film becomes a soft film with a hardness of 2 to 3, and since the reaction in hydrogen plasma is repeated, complex generated species are incorporated into the film, forming an unstable and inhomogeneous thin film. There is a problem with this.
そこで本発明は、上記問題点を解決し、成膜速度を向上
させると共に、余剰の含有水素を無くし、且つ均質で緻
密な炭素薄膜を形成することができる装置を提供しよう
とするものである。Therefore, the present invention aims to solve the above-mentioned problems and provide an apparatus capable of increasing the film formation rate, eliminating excess hydrogen content, and forming a homogeneous and dense carbon thin film.
E0問題点を解決するための手段
本発明の炭素薄膜の形成装置においては、板状電極によ
って仕切られた真空室内の第1区画を不活性ガス雰囲気
とし、グラファイトターゲットと対向電極との間に高周
波電圧を印加して不活性ガスプラズマを生じさせ、比較
的粗にグラファイトを蒸発させ、粒子の大きい第1次生
成種を飛散させる。そしてこの第1次生成種を、水素ガ
ス雰囲気とした第2区画内に導く。ここで板状電極と基
板ホルダ間に高周波電圧を印加して水素プラズマを発生
させ、第1次生成種をプラズマに曝してH2を反応させ
ることにより基板上に炭素薄膜を形成する。この際、不
活性ガスは水素ガスより質量が大きいので、粒子の大き
い大量の第1次生成種を発生させる。また水素プラズマ
に曝されることにより第1次生成種が分解、活性化して
緻密で強固な薄膜が高速度で形成される。前記のような
2段階のスパッタにより膜中に含まれる水素が低減され
る。Means for Solving the E0 Problem In the carbon thin film forming apparatus of the present invention, an inert gas atmosphere is provided in the first section of the vacuum chamber partitioned by plate-shaped electrodes, and a high frequency wave is applied between the graphite target and the counter electrode. A voltage is applied to generate an inert gas plasma, which evaporates the graphite relatively coarsely and scatters the large-grained primary generated species. This primary generated species is then introduced into the second compartment, which has a hydrogen gas atmosphere. Here, a high frequency voltage is applied between the plate electrode and the substrate holder to generate hydrogen plasma, and the primary generated species are exposed to the plasma to react with H2, thereby forming a carbon thin film on the substrate. At this time, since the inert gas has a larger mass than the hydrogen gas, a large amount of primary generated species with large particles is generated. Further, by exposure to hydrogen plasma, the primary generated species are decomposed and activated, forming a dense and strong thin film at high speed. Hydrogen contained in the film is reduced by the two-step sputtering as described above.
G、実施例
本発明の実施例を第1図乃至第3図に示す。第1図は炭
素薄膜の形成装置の概略的縦断正面図、第2図は板状電
極の平面図、第3図は形成された炭素薄膜の赤外吸収ス
ペクトルを示すグラフである。なお第1図中第5図にお
ける従来装置と同一構成部分には同一の符号を付して説
明を省略する。G. Embodiment An embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional front view of a carbon thin film forming apparatus, FIG. 2 is a plan view of a plate-shaped electrode, and FIG. 3 is a graph showing an infrared absorption spectrum of the formed carbon thin film. Note that the same components as those of the conventional device in FIG. 1 and FIG.
第1図において、真空室1は、対向電極11の上方に設
けられた板状電極16により第1.第2の区画A、Bに
仕切られている。板状電極16は、第1、第2の両区画
A、B間を連通させる孔16aを備えると共に、外部の
マツチングボックス17を介して高周波電源18に接続
されている。この板状電極16は、容器2の内側に絶縁
部材19を介して取付けられている。第1区画Aのガス
導入口3は、外部のArガスタンク22に連通している
。一方、第2区画Bには、ガス導入口20が開口し、送
気管によりマスフローコントローラ2]を介して水素ガ
スタンク14に連通している。In FIG. 1, a vacuum chamber 1 is formed by a plate electrode 16 provided above a counter electrode 11. It is divided into second compartments A and B. The plate-shaped electrode 16 includes a hole 16a that communicates between the first and second sections A and B, and is connected to a high-frequency power source 18 via an external matching box 17. This plate-shaped electrode 16 is attached to the inside of the container 2 via an insulating member 19. The gas inlet 3 of the first section A communicates with an external Ar gas tank 22. On the other hand, in the second section B, a gas inlet 20 is opened and communicated with the hydrogen gas tank 14 via a mass flow controller 2 via an air pipe.
次に上記実施例の作用を説明する。先ず真空室1内を真
空引きしてマスフローコントローラ15゜21を調整し
、Arガスを第1区画A側に、また水素ガスを第2区画
B側に夫々導入する。この結果、真空室1内は疑似的に
、互いに雰囲気の異なる上下2相系となる。各区画A、
B内が所定圧力に達した後、ターゲットホルダ電極5と
対向電極11との間に高周波電圧を印加してグラファイ
トターゲット6を分解、飛散させる0分解されたグラフ
ァイトターゲット粒子は、Arガスの質量が水素ガスの
それより大きいため、比較的大きいものとなる。この粒
子が大きいことが高速度の成膜に寄与する。Next, the operation of the above embodiment will be explained. First, the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated, the mass flow controllers 15 and 21 are adjusted, and Ar gas is introduced into the first section A side and hydrogen gas is introduced into the second section B side. As a result, the inside of the vacuum chamber 1 becomes a pseudo two-phase system with upper and lower atmospheres different from each other. Each section A,
After the inside of B reaches a predetermined pressure, a high frequency voltage is applied between the target holder electrode 5 and the counter electrode 11 to decompose and scatter the graphite target 6. The decomposed graphite target particles have a mass of Ar gas. Since it is larger than that of hydrogen gas, it is relatively large. The large size of these particles contributes to high speed film formation.
次に、板状電極16と基板ホルダ12との間に高周波電
圧を印加して水素プラズマを生じさせる。Next, a high frequency voltage is applied between the plate electrode 16 and the substrate holder 12 to generate hydrogen plasma.
すると、飛散したグラファイト粒子が板状電極16の流
通孔16aを通り抜は第2区画B内に入り、水素プラズ
マにさらされる。そして、水素プラズマにより分解され
てH2と反応し、活性化されて基板13上に緻密に、且
つ強固に付着する。こうして均一で固い(mohs硬度
6〜8)薄膜が形成される。Then, the scattered graphite particles pass through the communication holes 16a of the plate-shaped electrode 16 and enter the second section B, where they are exposed to hydrogen plasma. Then, it is decomposed by hydrogen plasma, reacts with H2, is activated, and adheres densely and firmly onto the substrate 13. In this way, a uniform, hard (MOHS hardness 6-8) thin film is formed.
以上のように形成された炭素薄膜の赤外吸収スペクトル
を第4図に示す従来の装置により形成された炭素薄膜の
それとを比較すると第3図に示す如くである。この結果
から、形成された炭素薄膜中に過剰に含まれていた水素
が低減したことが明らかである。The infrared absorption spectrum of the carbon thin film formed as described above is compared with that of the carbon thin film formed by the conventional apparatus shown in FIG. 4, as shown in FIG. From this result, it is clear that the excess hydrogen contained in the formed carbon thin film was reduced.
H1発明の効果
以上のように本発明は、真空室内に相対向してターゲッ
トを保持するマグネトロン型のターゲットホルダと対向
電極を設けると共に、対向電極の上方に基板を保持する
基板ホルダを設け、水素ガス雰囲気でターゲットホルダ
と対向電極間に高周波電圧を印加して基板ホルダ上に配
置した基板上に炭素薄膜を形成する装置において、前記
真空室を流通孔を有する板状電極で仕切って第1区画と
第2区画を設け、第1区画内に前記ターゲットホルダ及
び対向電極を配置すると共に不活性ガスを導入可能とし
、第2区画内に前記基板ホルダを配置してこの基板ホル
ダと前記板状電極との間に高周波電圧を印加すると共に
、第2区画内に水素ガスを導入可能としたので、以下の
ような効果を奏する。H1 Effects of the Invention As described above, the present invention provides a magnetron-type target holder that holds a target facing each other in a vacuum chamber and a counter electrode, and also provides a substrate holder that holds a substrate above the counter electrode. In an apparatus for forming a carbon thin film on a substrate placed on a substrate holder by applying a high frequency voltage between a target holder and a counter electrode in a gas atmosphere, the vacuum chamber is partitioned by a plate-shaped electrode having a flow hole to form a first section. A second compartment is provided, the target holder and the counter electrode are arranged in the first compartment and an inert gas can be introduced, the substrate holder is arranged in the second compartment, and the substrate holder and the plate electrode are arranged. Since a high frequency voltage is applied between the two sections and hydrogen gas can be introduced into the second section, the following effects are achieved.
(1)余剰の含有水素が少なく、硬質で均一な炭素薄膜
を短時間で形成することができる。(1) A hard and uniform carbon thin film can be formed in a short time with less excess hydrogen content.
(2)局所的なプラズマの活性度(非平衡度)が増すた
めに、より緻密で安定的な膜を形成することができる。(2) Since the local plasma activity (non-equilibrium degree) increases, a denser and more stable film can be formed.
(3)膜厚分布が適度に抑えられる。(3) Film thickness distribution can be moderately suppressed.
(4)装置の構造が簡易なため、使い易いと共に保守点
検が容易である。(4) Since the device has a simple structure, it is easy to use and easy to maintain and inspect.
第1図は本発明の炭素薄膜の形成装置の概略的縦断正面
図、第2図は板状電極の平面図、第3図は形成された炭
素薄膜の赤外吸収スペクトルを示すグラフ、第4図は従
来の装置の概略的縦断正面図である。
1・・・真空室、2・・・ガス導入口、5・・・板状電
極、6・・・グラファイトターゲット、11・・・対向
電極、12・・・基板ホルダ、13・・・基板、14・
・・水素ガスタンク、15・・・マスフローコントロー
ラ、16・・・板状M極、20・・・ガス導入口、21
・・・マスフローコントローラ、22・・・不活性ガス
(Arガス)タンク、A・・・第1区画、B・・・第2
区画。
第t 図(*、!;;4貌T/べ芒夏0概幅縦折面田T
ξ (ダ (cryi’〕FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional front view of the carbon thin film forming apparatus of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a plate-shaped electrode, FIG. 3 is a graph showing the infrared absorption spectrum of the formed carbon thin film, and FIG. The figure is a schematic longitudinal sectional front view of a conventional device. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Vacuum chamber, 2... Gas inlet, 5... Plate electrode, 6... Graphite target, 11... Counter electrode, 12... Substrate holder, 13... Substrate, 14・
...Hydrogen gas tank, 15...Mass flow controller, 16...Plate M pole, 20...Gas inlet, 21
... mass flow controller, 22 ... inert gas (Ar gas) tank, A ... first section, B ... second
section. Figure T
ξ (da (cryi')
Claims (1)
ン型のターゲットホルダと対向電極を設けると共に、対
向電極の上方に基板を保持する基板ホルダを設け、H_
2ガス雰囲気でターゲットホルダと対向電極間に高周波
電圧を印加して基板ホルダ上に配置した基板上に炭素薄
膜を形成する装置において、前記真空室を流通孔を有す
る板状電極で仕切って第1区画と第2区画を設け、第1
区画内に前記ターゲットホルダ及び対向電極を配置する
と共に不活性ガスを導入可能とし、第2区画内に前記基
板ホルダを配置してこの基板ホルダと前記板状電極との
間に高周波電圧を印加すると共に、第2区画内にH_2
ガスを導入可能としたことを特徴とする炭素薄膜の形成
装置。A magnetron-type target holder that holds targets facing each other in a vacuum chamber and a counter electrode are provided, and a substrate holder that holds a substrate is provided above the counter electrode.
In an apparatus for forming a carbon thin film on a substrate placed on a substrate holder by applying a high frequency voltage between a target holder and a counter electrode in a two-gas atmosphere, the vacuum chamber is partitioned by a plate-shaped electrode having a flow hole, and a first A section and a second section are provided, and the first
The target holder and the counter electrode are arranged in the compartment, and an inert gas can be introduced into the compartment, the substrate holder is arranged in the second compartment, and a high frequency voltage is applied between the substrate holder and the plate-shaped electrode. Also, H_2 in the second section
A carbon thin film forming apparatus characterized in that a gas can be introduced.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62046259A JP2550559B2 (en) | 1987-02-28 | 1987-02-28 | Carbon thin film forming equipment |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63213656A true JPS63213656A (en) | 1988-09-06 |
JP2550559B2 JP2550559B2 (en) | 1996-11-06 |
Family
ID=12742202
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP62046259A Expired - Lifetime JP2550559B2 (en) | 1987-02-28 | 1987-02-28 | Carbon thin film forming equipment |
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JP (1) | JP2550559B2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57162371U (en) * | 1981-04-01 | 1982-10-13 | ||
JPS616198A (en) * | 1984-06-19 | 1986-01-11 | Meidensha Electric Mfg Co Ltd | Production of diamond thin film |
-
1987
- 1987-02-28 JP JP62046259A patent/JP2550559B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57162371U (en) * | 1981-04-01 | 1982-10-13 | ||
JPS616198A (en) * | 1984-06-19 | 1986-01-11 | Meidensha Electric Mfg Co Ltd | Production of diamond thin film |
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JP2550559B2 (en) | 1996-11-06 |
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