KR20150126701A - Pvd 처리 장치 및 pvd 처리 방법 - Google Patents

Abstract

기재의 자전 및 공전에 의해, 기재의 외주면에 둘레 방향의 균일성이 우수한 막 두께를 가진 복합 피막을 성막하는 것이 가능한 PVD 처리 장치(1) 및 방법이 제공된다. PVD 처리 장치(1)는, 진공 챔버와, 진공 챔버 내에서 공전축(7) 주위에 복수의 기재(W)를 공전시키는 공전 테이블과, 각 기재(W)를 공전 테이블 상에서 공전축(7)과 평행한 자전축(8) 주위로 자전시키는 자전 테이블(4)과, 공전 테이블의 직경 방향 외측에 있어서 서로 둘레 방향으로 떨어진 위치에 설치되는 복수 종류의 타깃(5)과, 각 타깃(5)의 중앙으로부터 각 자전 테이블(4)을 포락하는 원호에 대하여 그어진 2개의 접선(L1, L2) 사이를 기재 W가 통과하는 동안에 자전 테이블(4)을 180° 이상의 각도에 걸쳐서 자전시키는 테이블 회전 기구(6)를 구비한다.

Description

PVD 처리 장치 및 PVD 처리 방법{PVD PROCESSING DEVICE AND PVD PROCESSING METHOD}

본 발명은, PVD 처리 장치 및 PVD 처리 방법에 관한 것이다.

절삭 공구의 내마모성의 향상이나, 기계 부품의 미끄럼 이동면의 미끄럼 이동 특성의 향상을 목적으로 하고, 절삭 공구 및 기계 부품이 되는 기재(성막 대상물)에 대하여, 물리적 증착(PVD)법에 의한 성막, 구체적으로는 TiN, TiAlN, CrN 등의 피막의 형성이 행해진다. 이러한 성막에 사용되는 장치로서는, 아크 이온 플레이팅(AIP) 장치나 스퍼터링 장치 등의 PVD 처리 장치가 알려져 있다.

이러한 PVD 처리 장치로서, 복수의 PVD 방법을 조합해서 복합 피막을 성막하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 아크 이온 플레이팅 방법으로 기재(워크)의 표면에 경질 피막을 성막하고, 다음에 스퍼터링 장치로 경질 피막 상에 윤활 피막을 형성하는 것이 알려져 있다. 이렇게 복수 종류류의 PVD 방법을 교대로 사용함으로써 기재의 표면에 복합 피막을 형성할 수 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 스퍼터링 증발원 및 진공 아크 증발원의 양쪽을 수용하는 챔버와, 기판 홀더와, 상기 양쪽 증발원 중 한쪽을 사용하고 있을 때에 다른 쪽의 증발원을 폐쇄하기 위한 셔터를 구비하고, 양쪽 증발원의 사용을 순차 제한하거나, 혹은 양쪽 증발원을 동시에 사용함으로써 복수 종류의 피막을 기재에 성막하는 것이 가능한 PVD 처리 장치가 개시되어 있다. 이 PVD 처리 장치에서는, 각각의 증발원의 타깃이 동일한 방향을 향하도록 이들의 증발원이 배열되어 있다. 상기 기판 홀더는, 상기 기판이 각각의 증발원의 타깃으로부터 일정한 거리만큼 이격되는 위치에서 당해 기판을 유지하고, 또한, 이것을 회전시킨다. 이 회전에 의해 상기 기판은 한쪽의 타깃에 정면으로 대향한 위치로부터 다른 쪽의 타깃에 정면으로 대향한 위치로 이동하고, 이에 의해, 양쪽의 타깃의 정면에서 교대로 성막을 행해서 복합 피막을 성막하는 것이 가능해진다.

또한, 특허문헌 2에는, 스퍼터링 증발원 및 진공 아크 증발원을 수용하는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버의 내부에 설치되는 원통 형상의 지그를 구비하고, 이 지그의 외주면에 기재가 설치되는 PVD 처리 장치가, 개시되어 있다. 이 장치에서는, 상기 지그를 공전(회전)시킴으로써 양쪽 증발원을 순차 사용하는 것이 가능하고, 이에 의해, 복수 종류의 박막을 기재의 표면에 형성할 수 있다.

상술한 특허문헌 1이나 특허문헌 2의 PVD 처리 장치에서는, 성막 대상이 평판 형상으로 형성된 기판의 경우라면 균등한 막 두께를 갖는 피막을 형성하는 것이 가능하지만, 드릴이나 칩 등과 같이 원통 형상의 부재의 외주면에 대하여 성막을 행하는 것은 곤란하다. 이러한 것도, 원통 형상의 부재의 외주면에 성막을 행할 때에는 당해 부재 즉 기재를 자전시킬 필요가 있지만, 특허문헌 1이나 특허문헌 2의 PVD 처리 장치에는 기재를 자전시키는 기구가 설치되어 있지 않다. 그로 인해, 특허문헌 1이나 특허문헌 2의 PVD 처리 장치에서는, 상기와 같은 부재에 대한 성막을 행할 수는 없는 것이다.

또한, 상술한 PVD 처리 장치이더라도, 예를 들어 성막 중에 기재의 공전뿐만 아니라 기재의 자전도 행하도록 하면, 상술한 복합 피막의 성막이 가능하게 된다. 예를 들어, 진공 챔버 내에, 공전축 주위로 공전하는 공전 테이블을 설치하는 것, 공전 테이블 상에 공전축과 평행한 자전축 주위로 자전하는 자전 테이블을 설치하는 것, 이 자전 테이블에 기재를 탑재해서 자전 및 공전시키는 것, 및 공전 테이블의 직경 외측에 상이한 종류의 증발원을 설치함으로써, 기재의 표면에 상술한 복합 피막을 형성할 수 있다.

그러나, 상술한 자전, 공전 기능을 구비한 장치 등을 사용해서 기재를 자전 및 공전시키는 경우이더라도, 공전 테이블에 대한 자전 테이블의 회전비(기어비)가 적정한 수치로 설정되어 있지 않은 경우는, 균질한 복합 피막이 얻어지지 않게 된다는 문제가 있다. 예를 들어, 공전 테이블과 자전 테이블의 회전비가 적정한 수치로 설정되어 있는 경우는, 원환상의 피막이 동심 형상으로 적층된 단면 형상의 복합 피막이 얻어지지만, 공전 테이블과 자전 테이블의 회전비가 적정한 수치로 설정되어 있지 않은 경우는, 불균질한 구조를 가진 복합 피막이 성막될 우려가 있다. 구체적으로는, 원환 가운데 둘레 방향의 일부가 결락된 C자 형상의 피막이 복합 피막 중에 포함되거나, 원환 가운데 둘레 방향의 일부만이 중첩된 피막이 발생되거나 할 우려가 있다.

일본 특허 공개 평11-200042호 공보 일본 특허 제2836876호 공보

본 발명은, 기재를 자전 및 공전시킴으로써 당해 기재의 외주면에 양호한 복합 피막을 형성할 수 있는 PVD 처리 장치 및 PVD 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 제공하는 것은, 복수의 기재의 표면에 성막을 행하기 위한 PVD 처리 장치이며, 상기 복수의 기재를 수용하는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내에 설치되고, 상기 복수의 기재를 지지하면서 이들 기재를 공전축 주위로 공전시키는 공전 테이블과, 상기 복수의 기재 각각을 지지하면서 당해 기재를 상기 공전 테이블 상에서 상기 공전축과 평행한 자전축 주위로 자전시키는 복수의 자전 테이블과, 서로 상이한 종류의 성막 물질로 형성된 복수의 타깃이며 상기 공전 테이블의 직경 방향의 외측에 있어서 서로 둘레 방향으로 떨어진 복수의 위치에 각각 배치되는 것과, 상기 공전 테이블의 회전에 따라 각 자전 테이블을 상기 자전축 주위로 회전시키는 테이블 회전 기구를 구비한다. 상기 테이블 회전 기구는, 상기 복수의 타깃의 각각의 중앙으로부터 상기 각 자전 테이블을 포락하는 원호에 대하여 그어진 2개의 접선의 사이를 상기 기재가 통과하는 동안에, 당해 기재가 탑재된 상기 자전 테이블을 상기 공전 테이블에 대하여 180° 이상의 각도에 걸쳐서 자전시킨다.

또한, 본 발명이 제공하는 것은, 복수의 기재의 표면에 성막을 행하기 위한 PVD 처리 방법이며, 이 방법은, 상기 복수의 기재를 수용하는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내에 설치되고, 상기 복수의 기재를 지지하면서 이들 기재를 공전축 주위로 공전시키는 공전 테이블과, 서로 상이한 종류의 성막 물질로 형성된 복수의 타깃이며 상기 공전 테이블의 직경 방향의 외측에 있어서 서로 둘레 방향으로 떨어진 복수의 위치에 각각 배치되는 것을 구비한 PVD 처리 장치를 준비하는 것과, 상기 복수의 타깃의 각각의 중앙으로부터 상기 공전 테이블에 지지되는 상기 각 기재의 외주면을 포락하는 원호에 대하여 그어진 2개의 접선의 사이를 당해 기재가 통과하는 동안에, 당해 기재를 상기 공전 테이블의 공전축과 평행한 자전축 주위로 당해 공전 테이블에 대하여 180° 이상의 각도에 걸쳐서 자전시키면서, PVD 처리를 행하는 것을 포함한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 PVD 처리 장치의 평면도이다.
도 2a는 상기 PVD 처리 장치의 각 자전 테이블이 자전하지 않을 경우에 있어서의 기재의 성막 상태를 도시하는 평면도이다.
도 2b는 상기 각 자전 테이블이 자전하는 경우에 있어서의 기재의 성막 상태를 도시하는 평면도이다.
도 3a은 본 발명의 실시예 및 비교예에 사용되는 PVD 처리 장치의 주요부의 외관을 도시하는 사시도이다.
도 3b는 도 3a에 나타나는 장치의 주요부를 도시하는 평면도이다.
도 4a는 상기 실시예에 관한 테이블 회전 기구를 도시하는 평면도이다.
도 4b는 상기 비교예에 관한 테이블 회전 기구를 도시하는 평면도이다.
도 5a는 상기 실시예에 관한 막 두께 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5b는 상기 비교예에 관한 막 두께 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 있어서 기재의 외주면 상에 형성된 복합 피막을 나타내는 단면 평면도이다.
도 6b는 종래예에 있어서 기재의 외주면 상에 형성된 복합 피막을 나타내는 단면 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 있어서 기재의 외주면 상에 형성된 복합 피막이며 그 일부의 피막의 둘레 방향의 일부끼리가 서로 중첩된 것을 나타내는 단면 평면도이다.

도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 의한 PVD 처리 장치(1)에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 의한 PVD 처리 장치(1)는, 2종류 이상의 PVD법을, 혹은 동종의 PVD법에 있어서 2종류 이상의 타깃을, 교대 혹은 동시에 사용하여, 기재 W의 표면 상에 복합 피막의 성막을 행하는 장치이다. 이후의 실시 형태에 관한 PVD 처리 장치(1)에서는, 예를 들어 PVD법 중에서도 아크 이온 플레이팅법과 스퍼터법의 양쪽을 사용해서 복합 피막의 성막이 행해진다.

도 1은, 상기 실시 형태에 관한 PVD 처리 장치(1)를 도시하는 평면도이다. 이 PVD 처리 장치(1)는, 진공 챔버(2)와, 공전 테이블(3)과, 복수의 자전 테이블(4)과, 복수의 타깃(5)과, 테이블 회전 기구(6)를 구비한다. 상기 진공 챔버(2)는 처리실을 둘러싸고, 이 처리실은, 도시하지 않은 진공 펌프 등을 사용해서 진공 또는 극저압까지 배기될 수 있다. 상기 공전 테이블(3), 상기 복수의 자전 테이블(4), 상기 복수의 타깃(5) 및 상기 테이블 회전 기구(6)는, 상기 진공 챔버(2)에 수용된다. 상기 공전 테이블(3)은, 복수의 기재 W를 지지하면서 상기 각 기재 W를 공전시킨다. 상기 자전 테이블(4)은, 상기 기재 W를 지지하면서 당해 기재 W를 상기 공전 테이블(3) 상에서 자전시킨다. 상기 각 타깃(5)은, 서로 상이한 종류의 성막 물질로 형성되고, 상기 공전 테이블(3)의 직경 방향의 외측에 있어서 서로 둘레 방향으로 이격된 위치에 각각 배치된다. 상기 테이블 회전 기구(6)는, 상기 공전 테이블(3)과 상기 자전 테이블(4)을 소정의 기어비로 각각 회전시킨다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 공전 테이블(3)은, 상기 복수의 기재 W를 지지하면서 당해 공전 테이블(3) 스스로가 공전축(7) 주위로 회전함으로써, 당해 공전축(7) 둘레에 상기 각 기재 W를 공전시킬 수 있는 원판 형상의 부재이며, 도면의 예에서는 상기 공전축(7)은 상기 진공 챔버(2) 내에서 상하 방향으로 연장되는 축으로 설정되어 있다. 상기 각 자전 테이블(4)은, 당해 공전 테이블(3)의 외측 테두리 근방에 있어서 서로 둘레 방향으로 떨어진 복수(도면의 예에서는 8개)의 위치에 배치되고, 각각이 상기 기재 W를 지지한다. 상기 테이블 회전 기구(6)는, 상기 공전 테이블(3)의 하방에 설치되고 당해 공전 테이블(3)을 상술한 공전축(7) 주위로, 예를 들어 도 1의 화살표로 도시된 바와 같이 상방으로부터 볼 때 시계 방향으로 선회시킴으로써, 상기 각 기재 W를 상기 공전축(7) 둘레에 상기 방향으로 공전시킨다.

상기 각 자전 테이블(4)은, 상기 공전 테이블(3)의 외경보다 작은 외경을 갖는 원판 형상의 부재이며, 상기 기재 W를 탑재 가능한 상면을 갖는다. 각 자전 테이블(4)은, 상기 테이블 회전 기구(6)에 의해, 공전축(7)과 평행한 자전축(8) 주위로 자전하도록 구동된다. 각 자전 테이블(4)에 탑재되는 상기 기재 W는, 예를 들어 드릴이나 칩 등과 같이 둘레 방향을 따라 원호 형상으로 만곡된 외주면을 구비한 물품이며, 이 만곡된 외주면 상에 피막이 형성된다. 본 실시 형태에 관한 기재 W는 원통체의 물품이지만, 본 발명에 관한 성막의 대상이 되는 기재는 원통체에 한정되지 않는다. 예를 들어, 선단이 뾰족해진 원추 형상의 부재나, 복수의 원판 형상의 부재를 포함한 기재 세트이며 이들 부재가 서로 적층됨으로써 전체로서 원통 형상의 외형을 형성하는 것도, 본 발명에 말하는 「기재」에 포함된다.

상기 각 타깃(5)은, Ti, Al, Ni, C와 같은 피막의 원료가 되는 물질로 구성되어 있고, 본 실시 형태에서는 판상으로 형성되어 있다. 상기 복수의 타깃(5)에는, 아크 이온 플레이팅용의 타깃(51)과 스퍼터용의 타깃(52)이 포함되고, 각각은 서로 상이한 종류의 성막 물질로 형성되어 있다. 이들 아크 이온 플레이팅용의 타깃(51)과 스퍼터용의 타깃(52)은, 상기 공전 테이블(3)의 직경 방향의 외측에 있어서 당해 공전 테이블(3)의 둘레 방향으로 서로 떨어진 위치에 각각 배치되어 있다. 도면의 예에서는, 공전 테이블(3)의 측방(도 1의 지면에서는 상측)으로 상기 스퍼터용의 타깃(52)이, 또한 상기 공전축(7)을 사이에 두고 상기 스퍼터용의 타깃(52)의 반대측의 측방(도 2의 지면에서는 하측)으로 상기 아크 이온 플레이팅용 타깃(51)이, 각각 배치되어 있다.

상기 테이블 회전 기구(6)는, 도시되지 않는 구동 모터가 생성하는 회전 구동력을 상술한 공전 테이블(3)과 자전 테이블(4)의 양쪽으로 전달해서 이들을 회전시키는 것이며, 각각의 테이블(3), (4)을 소정의 기어비로 회전시킨다.

도 1에 도시되는 PVD 처리 장치(1)에서는, 상기 공전 테이블(3)에 8개의 자전 테이블(9)이 탑재되어 있지만, 도 4a는 하나의 공전 테이블(3)에 4개의 자전 테이블(9)이 탑재된 실시예에 관한 테이블 회전 기구(6)를 나타내고, 도 4b는 그 비교예인 테이블 회전 기구(16)를 나타내고 있다.

구체적으로, 상기 테이블 회전 기구(6), (16)는 모두, 상기 공전 테이블(3) 측에 설치된 중심 기어(9)와, 각각의 자전 테이블(4) 측에 설치된 복수의 자전 기어(10)를 갖는다. 상기 중심 기어(9)와 상기 각 자전 기어(10)는 당해 중심 기어(9)의 주위에 상기 각 자전 기어(10)가 둘레 방향으로 배열되면서 서로 맞물리도록 되어 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 각 기어(9), (10)에 사용되는 기어의 외경이나 잇수를 바꿈으로써 공전 테이블(3)에 대하여 자전 테이블(4)을 다양한 기어비로 회전시키는 즉 자전시킬 수 있다. 도 4a에 나타나는 중심 기어(9)는 대직경의 기어이며, 이 중심 기어(9)에 맞물리는 각 자전 기어(10)는 상기 중심 기어(9)의 직경보다도 작은 직경을 갖는 소직경의 기어이다. 도 4b에 나타나는 중심 기어(9)는 소직경의 기어이며, 이 중심 기어(9)에 맞물리는 각 자전 기어(10)는 상기 중심 기어(9)의 직경보다도 큰 직경을 갖는 대직경의 기어이다.

상기 테이블 회전 기구(6)에서는, 도 1에 도시되는 복수의 타깃(5) 즉 타깃(51), (52)의 각각의 중앙, 구체적으로는 타깃(51), (52)의 표면 중 상기 공전 테이블(3)과 대향하는 표면의, 상기 공전축(7)에 수직 방향인 폭 방향의 중앙으로부터 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이 각 자전 테이블(4)을 포락하는 원호, 보다 바람직하게는 당해 각 자전 테이블(4)에 지지되는 각 기재 W의 외주면을 포락 하는 원호(13)에 대하여 그어진 2개의 접선 L1, L2 사이를 기재 W가 통과하는 동안에, 기재 W가 탑재된 각 자전 테이블(4)이 상기 공전 테이블(3)에 대하여 180° 이상의 각도에 걸쳐서 자전하도록, 중심 기어(9)와 자전 기어(10)의 잇수비가 결정되어 있다. 바꿔 말하면, 상기 접선 L1, L2 사이를 기재 W가 통과하는 동안에, 공전 테이블(3) 상에 설정된 공전 좌표계에 대하여 자전 테이블(4)이 180° 이상의 각도에 걸쳐서 자전하도록, 상기 잇수비가 설정되어 있다.

본 실시 형태에 관한 상기 중심 기어(9)는, 상기 공전 테이블(3)의 하측에 배치되어 있고, 당해 공전 테이블(3)의 당해 중심 기어(9)에 대한 상대 회전을 허용하는 상태에서 당해 공전 테이블(3)과는 별도의 테이블 베이스에 고정되어 있다. 이 중심 기어(9)는, 상기 공전축(7)의 둘레에 배열된 치열을 갖는다. 상기 각 자전 기어(10)는, 상기 중심 기어(9)의 주위에 배치되면서 당해 중심 기어(9)에 맞물려 있다. 각 자전 기어(10)는, 이것에 대응하는 자전 테이블(4)과 일체로 상기 자전축(8) 주위에 회전 가능하게 되도록 상기 공전 테이블(3)에 지지되어 있다. 상기 공전 테이블(3)은 상기 구동 모터에 의해 선회 구동되고, 이에 수반해서 상기 중심 기어(9)에 상기 자전 기어를 개재해서 연결되어 있는 각 자전 테이블(4)이 상기 자전축(8) 주위로 회전 구동된다. 즉, 상기 각 자전 기어(10)에는, 도시를 생략하는 구동 모터로부터 회전 구동력이 부여되고, 부여된 회전 구동력을 사용해서 자전 기어(10)가 중심 기어(9)의 외주를 따라서 이동하면서, 공전 테이블(3)과 자전 테이블(4)의 양쪽이 회전한다.

도 1에 도시한 바와 같은 구성을 구비하는 PVD 처리 장치(1)에서 복수의 기재 W에 PVD 처리를 행할 때에는, 먼저 당해 기재 W가 각각의 자전 테이블(4)에 탑재된다. 그리고, 구동 모터가 생성하는 회전 구동력을 사용하여, 공전 테이블(3)이 공전축(7) 주위로 선회 구동된다. 당해 회전 구동력은, 자전 테이블(4)에도 테이블 회전 기구(6)를 경유해서 전달되고, 공전 테이블(3)의 선회에 추종해서 각각의 자전 테이블(4)이 자전축(8) 주위로 자전한다. 그 결과, 자전 테이블(4)에 탑재된 기재 W는, 상기 자전축(8) 주위로 자전하면서 상기 공전축(7)의 주위를 공전한다.

이때, 상술한 테이블 회전 기구(6)는, 복수의 타깃(5), 이 실시 형태에서는 타깃(51), (52)의 각각의 중앙으로부터 상기 각 자전 테이블(4)을 포락하는 원호(13)에 대하여 그어진 2개의 접선 L1, L2 사이를 기재 W가 통과하는 동안에, 각 기재 W 및 이것을 지지하는 각 자전 테이블(4)이 공전 테이블(3)에 대하여 180° 이상의 각도에 걸쳐서 자전시킨다. 이러한 자전 각도가 설정되어야 하는 이유를, 도 1 및 도 2에 도시하는 PVD 처리 장치(1)를 참조하면서 설명한다.

먼저, 스퍼터용의 타깃(52)의 전극면 중심으로부터는, 공전 테이블(3) 측[공전축(7) 측]을 향해서 성막 물질이 스프레이 형상으로 퍼지면서 비산한다. 보다 구체적으로는, 스퍼터용의 타깃(52)으로부터 튀어나온 성막 물질이 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이 전극면 중심으로부터 공전 테이블(3) 측을 향해서 부채 형상으로 넓어지도록 비산한다. 이때, 스퍼터용의 타깃(52)의 정면에 가장 다량의 물질이 비산하고, 타깃(52)에 세운 수선으로부터 이격된 각도로 향할수록 비산량은 줄어든다. 즉, 스퍼터용의 타깃(52)으로부터 물질이 비산하는 범위는, 타깃(52)의 전방 전방위에 걸쳐서, 그 중 각 자전 테이블(4)을 포락하는 원호(13)에 대한 한쪽의 접선 L1로부터 다른 쪽의 접선 L2까지의 범위로 비산한 물질에 의해, 이 비산하는 성막 물질 중을 기재 W가 통과할 때에 기재 W의 표면에 피막이 형성된다.

여기서, 도 2a에 도시한 바와 같이 자전 테이블(4)이 자전하지 않는 경우가 고려된다. 이 경우에서도 각 자전 테이블(4) 및 각 기재 W는 공전하기 때문에, 당해 공전에 수반하여, 기재 W의 외주면 상에 존재하는 1점(도면 중에 동그라미 표시로 나타내는 점)이 2개의 접선 L1, L2에 끼워진 영역에 들어간다. 즉, 도면 중에 동그라미 표시로 나타내는 점이 도 2a에 나타나는 위치 Pa의 위치에 온다. 이 시점으로부터 기재 W의 외주면에 스퍼터용의 타깃(52)으로부터 비산한 성막 물질이 도달하는 것이 가능하고, 이 성막 물질이 퇴적해서 도 2a에 있어서의 원호 형상의 검게 칠해진 영역 A1에 피막을 형성한다.

또한, 2개의 접선 L1, L2에 끼워진 영역이더라도, 상기 기재 W의 외주면 상의 특정 부위가 상기 위치 Pa에 도달할 때까지는, 당해 특정 부위가 스퍼터용의 타깃(52)으로부터 기재 W 자신의 뒤에 가려지므로, 당해 부위의 표면에 성막이 행해지는 일은 없다.

또한, 공전 테이블(3)이 선회를 계속하면, 타깃(5)으로부터 볼 때 기재 W의 위치는 그 공전에 의해 수평면 상에서 상대적으로 변화한다. 즉, 공전 테이블(3) 상에 설치된 기재 W의 절대 좌표계에서의 위치는, 당해 기재 W가 가령 자전하고 있지 않더라도 타깃(5)에 대하여 변화하고, 따라서 당해 기재 W의 외주면 상에 있어서 성막 물질이 퇴적하는 장소도 당해 외주면 상에서 변화한다.

예를 들어, 기재 W의 외주면 상의 특정 점에 착안하여, 성막 물질의 퇴적이 고려된다. 도 2a에 있어서 동그라미로 표시되는 외주면 상의 특정 점은, 공전 테이블(3)이 공전하면 도면 중의 위치 Pa, Pb, Pc로 순차 이행한다. 즉, 상기 특정 점은 한쪽의 접선 L1 상의 위치로부터 타깃(5)의 정면 위치를 경유해서 다른 쪽의 접선 L2 상의 위치까지 이동한다. 한편, 이렇게 타깃(5)에 대한 기재 W의 상대 위치가 변화해서 위치 Pc까지 오면, 상술한 검게 칠해진 영역 A1에 인접한 위치에도 성막 물질이 퇴적되게 되어, 검게 칠해진 영역 A1의 피막 이외에 검게 칠해지지 않은 영역 A2에도 피막이 새롭게 형성된다.

상술한 바와 같이 기재 W를 자전시키지 않는 경우에는, 도 2a에 나타내는 검게 칠해진 영역 A1의 피막과 검게 칠해지지 않은 영역 A2의 피막을 합해도 기재 W의 외주면을 전체 둘레에 걸쳐서 커버할 수는 없다. 그로 인해, 도 2a에 나타나는 경우, 예를 들어 도 6b에 도시된 바와 같이, 둘레 방향의 일부가 결락된 피막이 기재 W의 외주면에 성막될 우려가 있다.

그런데, 도 2b에 도시한 바와 같이 공전 테이블(3)의 선회에 따라 자전 테이블(4)이 충분한 각도를 가지고 자전하는 경우에는, 검게 칠해진 영역 A1의 피막과 검게 칠해지지 않은 영역 A2의 피막이 합쳐져서 기재 W의 외주면을 전체 둘레에 걸쳐서 커버할 수 있고, 그 결과, 예를 들어 도 6a에 도시한 바와 같이 기재 W의 외주면에 균질한 구조를 가진 복합 피막을 성막할 수 있게 된다. 구체적으로는, 상술한 테이블 회전 기구(6)의 공전 기어(9) 및 자전 기어(10)에 대하여, 2개의 접선 L1, L2 사이를 기재 W가 통과하는 동안에 자전 테이블(4)을 공전 테이블(3)에 대하여 180° 이상의 각도에 걸쳐서 자전시키는 것 같은 기어비가 부여되면 된다. 이 기어비의 설정은, 자전 테이블(4)을 보다 광각도에 걸쳐서 자전시켜 그만큼 상술한 검게 칠해지지 않은 영역 A2의 피막 범위를 증가시키는 것을 가능하게 하고, 이에 의해, 기재 W의 외주면에 전체 둘레에 걸쳐서 도중에 끊어지는 일 없이 연결된 피막을 형성하는 것을 가능하게 한다.

예를 들어, 도 2b에 있어서 동그라미 표시로 나타내는 점이 도면 중의 위치 PA 및 위치 PB를 경유해서 위치 PC까지 온 경우를 고려한다. 이 위치 PC에서는, 기재 W의 외주면에 있어서 도 2a에 나타나는 검게 칠해지지 않은 영역 A2보다 180° 넓은 영역에 걸쳐서 피막이 기재 W의 외주면에 형성된다. 즉, 검게 칠해진 영역 A1의 피막과 검게 칠해지지 않은 영역 A2의 피막을 합하면 기재 W의 외주면을 전체 둘레에 걸쳐서 커버하는 것이 가능하게 된다. 그로 인해, 도 6a에 도시한 바와 같이 기재 W의 외주면에 전체 둘레에 걸쳐서 도중에 끊어지는 일이 없이 연결된 피막이 성막되어, 기재 W의 외주면에 균질한 구조를 가진 피막을 성막할 수 있게 된다.

상술한 예는, 스퍼터용의 타깃(52)을 사용해서 둘레 방향에 걸쳐서 도중에 끊어지는 일 없이 연결된 피막을 형성하는 경우의 것이지만, 아크 이온 플레이팅용의 타깃(51)에 대하여도 마찬가지로 상술한 관계를 만족하도록 테이블 회전 기구(6)를 동작시키면, 둘레 방향에 걸쳐서 도중에 끊어지는 일 없이 연결된 피막을 형성할 수 있어, 기재 W의 외주면에 균질한 구조를 가진 복합 피막을 성막할 수 있게 된다.

또한, 기재 W의 외주면에 전체 둘레에 걸쳐서 연결된 피막을 성막할 수 있었다고 해도, 도 7에 도시한 바와 같이 피막 중에서 최초에 성막된 부분과 마지막으로 성막된 부분이 부분적으로 중첩되면, 피막의 두께에 불균일이 발생하여, 균질한 구조를 가진 복합 피막을 성막하는 것이 곤란해질 가능성이 있다.

이러한 경우에는, 2개의 접선 L1, L2 사이를 기재 W가 통과하는 동안에, 기재 W가 탑재된 자전 테이블(4)이 공전 테이블(3)에 대하여 360° 이상, 보다 바람직하게는 720° 이상의 각도에 걸쳐서 자전하도록 상기 기어비가 설정되면 된다. 그렇게 하면, 피막의 두께의 불균일이 억제되어, 보다 균질한 구조를 가진 복합 피막을 성막하는 것이 가능해진다. 구체적으로는, 2개의 접선 L1, L2 사이를 기재 W가 통과하는 동안에 자전 테이블(4)이 공전 테이블(3)에 대하여 회전하는 각도 즉 자전 각도를 180°로 했을 경우, 피막의 두께에 ±50％ 정도의 편차가 발생하지만, 상기 자전 각도가 360°인 경우 편차는 ±30％ 정도로 억제되고, 720°로 했을 경우에는 편차는 ±10％ 정도까지 억제된다.

실시예

이어서, 실시예 및 비교예를 사용하여, 본 발명의 PVD 처리 방법의 작용 효과를 더욱 상세하게 설명한다.

도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 실험에 사용한 PVD 처리 장치(1)에서는, 400mm의 외경 D1을 갖는 공전 테이블(3)과, 각각이 160mmφ인 외경 D2를 갖는 4개의 자전 테이블(4)이 사용되고, 이들 자전 테이블(4)이 상기 공전 테이블(3) 상에 있어서 둘레 방향으로 등간격으로 배치되어 있다. 각 자전 테이블(4)에 탑재되는 기재 W는 직경이 160mmφ의 원통체이며, 실시예 및 비교예에서는 이 기재 W의 외주면에 아크 이온 플레이팅법에 의해 피막이 형성된다.

아크 이온 플레이팅법에 사용하는 타깃(51)은, 직경이 100mm의 원판이며, 공전 테이블(3)의 외주연으로부터 직경 방향의 외측으로 160mm의 거리 DT만큼 이격된 위치에 배치되어 있다. 이 아크용의 타깃(51)에 대하여 150A의 아크 전류가 공급 됨과 함께, 진공 챔버(2)의 처리실 내의 압력이 3Pa가 될 때까지 당해 처리실 내에 질소 가스가 공급됨으로써, 성막이 행해졌다.

실시예 및 비교예에서는, 공전 테이블(3)에 설치되는 중심 기어(9)와, 자전 테이블(4)에 설치되는 자전 기어(10)의 기어비가 서로 상이하다. 이들 기어비를 표 1에 나타낸다. 도 4a에 나타나는 실시예에 관한 테이블 회전 기구(6)에서는, 180mmφ의 직경을 갖는 중심 기어(9)에 대하여, 60mmφ의 직경을 갖는 4개의 자전 기어(10)가 맞물리면서 자전 및 공전하고 그 공전 좌표계에 대한 자전 각도는 337.5°이다. 도 4b에 나타내는 비교예에 관한 테이블 회전 기구(16)에서는, 90mmφ의 직경을 갖는 중심 기어(9)에 대하여, 150mmφ의 직경을 갖는 4개의 자전 기어가 맞물리면서 자전 및 공전하고, 그 공전 좌표계에 대한 자전 각도는 67.5°이다.

[표 1]

상술한 실시예 및 비교예에 있어서, 기재 W를 도 3b의 위치 P1로부터 위치 P2에 이르기까지의 180°의 범위에 걸쳐서 공전시킨 경우에 기재 W의 표면에 성막되는 피막의 막 두께를 계측했다. 이 실시예 및 비교예에 관한 막 두께의 계측 결과를, 도 5a, 도 5b에 각각 나타낸다. 여기서, 도 5a, 도 5b의 종축에 나타나는 막 두께의 값은, 타깃(5)의 정면에 기재 W가 위치할 때에 성막된 막 두께를 기준으로 하는 상대값이며, 도 5a, 도 5b의 횡축에 나타나는 둘레 방향 위치는, 타깃(5)의 정면에 기재 W가 위치할 때를 0°로 했을 경우의 각도로 표시되어 있다.

도 5a에 도시한 바와 같이, 상기 실시예에 있어서 형성되는 피막의 막 두께는, 둘레 방향 위치의 -180°내지 +180°의 범위 내에서 0.7 내지 1.0의 범위에서 변화하는 것에 머물고, 둘레 방향 위치가 변화해도 막 두께의 현저한 변화는 없다. 이에 대해, 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 비교예에 있어서 형성되는 피막의 막 두께는, 둘레 방향 위치가 -180°내지 -100°, 및 +100°내지 +180°의 범위에서 급격하게 저하되고 있어, 당해 막 두께의 변화는 현저하다. 또한, 둘레 방향 위치가 -180° 부근이나 +180° 부근에서는, 막 두께는 0부근까지 작아지고 있어, 거의 성막이 행해지지 않고 있는 것을 알 수 있다.

이것으로부터, 상술한 2개의 접선 L1, L2 사이를 기재 W가 통과하는 동안에, 자전 테이블(4)을 공전 테이블(3)에 대하여 180° 이상의 각도에 걸쳐서 자전시키면, 기재 W의 외주면에 전체 둘레에 걸쳐서 도중에 끊어지는 일 없이 연결된 피막이 성막될 수 있고, 기재 W의 외주면에 막 두께의 균일성이 우수한 복합 피막을 성막할 수 있는 것을 알 수 있다.

그런데, 본 발명은 상기 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 발명의 본질을 변경하지 않는 범위에서 각 부재의 형상, 구조, 재질, 조합 등의 적절히 변경 가능하다. 또한, 금회 개시된 실시 형태에 있어서, 명시적으로 개시되어 있지 않은 사항, 예를 들어 운전 조건이나 조업 조건, 각종 파라미터, 구성물의 치수, 중량, 체적 등은, 당업자가 통상 실시하는 범위를 일탈하는 것은 아니며, 통상의 당업자라면 용이하게 상정하는 것이 가능한 사항을 채용하고 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, 기재를 자전 및 공전시킴으로써 당해 기재의 외주면에 양호한 복합 피막을 형성할 수 있는 PVD 처리 장치 및 PVD 처리 방법이 제공된다.

본 발명이 제공하는 것은, 복수의 기재의 표면에 성막을 행하기 위한 PVD 처리 장치이며, 상기 복수의 기재를 수용하는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내에 설치되고, 상기 복수의 기재를 지지하면서 이들 기재를 공전축 주위로 공전시키는 공전 테이블과, 상기 복수의 기재 각각을 지지하면서 당해 기재를 상기 공전 테이블 상에서 상기 공전축과 평행한 자전축 주위로 자전시키는 복수의 자전 테이블과, 서로 상이한 종류의 성막 물질로 형성된 복수의 타깃이며 상기 공전 테이블의 직경 방향의 외측에 있어서 서로 둘레 방향으로 떨어진 복수의 위치에 각각 배치되는 것과, 상기 각 자전 테이블을 상기 자전축 주위로 회전시키는 테이블 회전 기구를 구비한다. 상기 테이블 회전 기구는, 상기 복수의 타깃의 각각의 중앙으로부터 상기 각 자전 테이블을 포락하는 원호에 대하여 그어진 2개의 접선 사이를 상기 기재가 통과하는 동안에, 당해 기재가 탑재된 상기 자전 테이블을 상기 공전 테이블에 대하여 180° 이상의 각도에 걸쳐서 자전시킨다.

또한, 본 발명이 제공하는 것은, 복수의 기재 표면에 성막을 행하기 위한 PVD 처리 방법이며, 이 방법은, 상기 복수의 기재를 수용하는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내에 설치되고, 상기 복수의 기재를 지지하면서 이들 기재를 공전축 주위로 공전시키는 공전 테이블과, 서로 상이한 종류의 성막 물질로 형성된 복수의 타깃이며 상기 공전 테이블의 직경 방향의 외측에 있어서 서로 둘레 방향으로 떨어진 복수의 위치에 각각 배치되는 것을 구비한 PVD 처리 장치를 준비하는 것과, 상기 복수의 타깃의 각각의 중앙으로부터 상기 공전 테이블에 지지되는 상기 각 기재의 외주면을 포락하는 원호에 대하여 그어진 2개의 접선의 사이를 당해 기재가 통과하는 동안에, 당해 기재를 상기 공전 테이블의 공전축과 평행한 자전축 주위로 당해 공전 테이블에 대하여 180° 이상의 각도에 걸쳐서 자전시키면서, PVD 처리를 행하는 것을 포함한다.

이상의 PVD 처리 장치 및 PVD 처리에 의하면, 상기 기재 W가 상기 2개의 접선의 사이를 통과할 때에 공전 테이블에 대하여 180° 이상의 각도에 걸쳐서 자전 함으로써, 당해 기재의 외주면에 균일성이 우수한 피막이 형성되는 것이 가능하다. 이와 같이 하여, 기재의 외주면에 막 두께의 균일성이 우수한 복합 피막이 형성되는 것이, 가능하다.

상기 PVD 처리 장치의 테이블 회전 기구로서는, 예를 들어 상기 테이블 회전 기구는, 상기 공전축 주위로 배열된 치열을 갖는 중심 기어이며 이 중심 기어에 대한 상기 공전 테이블의 상대 회전을 허용하는 상태에서 고정된 중심 기어와, 상기 각 자전 테이블과 일체로 상기 자전축 주위로 회전하는 복수의 자전 기어를 갖고, 상기 공전 테이블의 상기 공전축 주위의 회전에 연동해서 상기 각 자전 테이블이 상기 자전축 주위로 회전하도록 상기 각 자전 기어가 상기 중심 기어의 주위에 배치되면서 당해 중심 기어와 맞물리는 것이, 적합하다. 이 경우, 상기 2개의 접선의 사이를 상기 기재가 통과하는 동안에 당해 기재가 탑재된 상기 자전 테이블이 상기 공전 테이블에 대하여 180° 이상의 각도에 걸쳐서 자전하도록 상기 중심 기어와 상기 각 자전 기어의 기어비가 설정되면 된다.

Claims (3)

1. 복수의 기재의 표면에 성막을 행하기 위한 PVD 처리 장치이며,
   상기 복수의 기재를 수용하는 진공 챔버와,
   상기 진공 챔버 내에 설치되고, 상기 복수의 기재를 지지하면서 이들 기재를 공전축 주위로 공전시키는 공전 테이블과,
   상기 복수의 기재 각각을 지지하면서 당해 기재를 상기 공전 테이블 상에서 상기 공전축과 평행한 자전축 주위로 자전시키는 복수의 자전 테이블과,
   서로 상이한 종류의 성막 물질로 형성된 복수의 타깃이며 상기 공전 테이블의 직경 방향의 외측에 있어서 서로 둘레 방향으로 떨어진 복수의 위치에 각각 배치되는 것과,
   상기 공전 테이블의 회전에 따라 상기 각 자전 테이블을 상기 자전축 주위로 회전시키는 테이블 회전 기구를 구비하고, 이 테이블 회전 기구는, 상기 복수의 타깃의 각각의 중앙으로부터 상기 각 자전 테이블을 포락하는 원호에 대하여 그어진 2개의 접선 사이를 기재가 통과하는 동안에, 당해 기재가 탑재된 상기 자전 테이블을 상기 공전 테이블에 대하여 180° 이상의 각도에 걸쳐서 자전시키는, PVD 처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 테이블 회전 기구는, 상기 공전축 주위로 배열된 치열을 갖는 중심 기어이며 이 중심 기어에 대한 상기 공전 테이블의 상대 회전을 허용하는 상태에서 고정된 중심 기어와, 상기 각 자전 테이블과 일체로 상기 자전축 주위로 회전하는 복수의 자전 기어를 갖고, 상기 공전 테이블의 상기 공전축 주위의 회전에 연동해서 상기 각 자전 테이블이 상기 자전축 주위로 회전하도록 상기 각 자전 기어가 상기 중심 기어의 주위에 배치되면서 당해 중심 기어와 맞물리고, 상기 2개의 접선 사이를 상기 기재가 통과하는 동안에 당해 기재가 탑재된 상기 자전 테이블이 상기 공전 테이블에 대하여 180° 이상의 각도에 걸쳐서 자전하도록 상기 중심 기어와 상기 각 자전 기어의 기어비가 설정되어 있는, PVD 처리 장치.
3. 복수의 기재의 표면에 성막을 행하기 위한 PVD 처리 방법이며,
   상기 복수의 기재를 수용하는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내에 설치되고, 상기 복수의 기재를 지지하면서 이들 기재 공전축 주위로 공전시키는 공전 테이블과, 서로 상이한 종류의 성막 물질로 형성된 복수의 타깃이며 상기 공전 테이블의 직경 방향의 외측에 있어서 서로 둘레 방향으로 떨어진 복수의 위치에 각각 배치되는 것을 구비한 PVD 처리 장치를 준비하는 것과, 상기 복수의 타깃의 각각의 중앙으로부터 상기 각 기재의 외주면을 포락하는 원호에 대하여 그어진 2개의 접선의 사이를 당해 기재가 통과하는 동안에 당해 기재를 상기 공전 테이블의 상기 공전축과 평행한 자전축 주위에 당해 공전 테이블에 대하여 180° 이상의 각도에 걸쳐서 자전시키면서, PVD 처리를 행하는 것을 포함하는, PVD 처리 방법.

Images