JP2004190082A

JP2004190082A - Film deposition system for both pvd/cvd, and film deposition method using the system

Info

Publication number: JP2004190082A
Application number: JP2002358471A
Authority: JP
Inventors: Tadao Okimoto; 忠雄沖本; Tadashi Kumakiri; 正熊切
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-07-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film deposition system for both PVD (Physical Vapor Deposition)/CVD (Chemical Vapor Deposition) in which the sticking of a film from a PVD system to a CVD system is prevented, and the influence of the PVD system on the movement of the CVD system is prevented, and to provide a film deposition method in which productivity is increased using the system. <P>SOLUTION: In the film deposition system for both PVD/CVD where a substrate 2, a PVD system 3 and a CVD system 4 are arranged inside a vacuum chamber 1, and PVD film deposition 28 and CVD film deposition 27 are performed to the substrate 2, a shielding device 9 preventing the sticking of an evaporated material from the PVD system 3 to the CVD system 4 is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリング法（以下、ＵＢＭＳ（ＵｎＢａｌａｎｃｅｄＭａｇｎｅｔｒｏｎＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）という）やアークイオンプレーティング法（以下、ＡＩＰ（ＡｒｃＩｏｎＰｌａｔｉｎｇ）や真空蒸着法に代表される物理的気相成膜法（以下、ＰＶＤ（ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）という）と、化学的気相成膜法（以下、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）という）の融合において生産性をたかめるようにしたものである。
【０００２】
即ち、本発明は、ＰＶＤ・ＣＶＤ両用成膜装置及び当該装置を用いた成膜方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
表面改質技術に係わるものとして、ＰＶＤ装置やＣＶＤ装置はよく知られている。
前記ＰＶＤ装置として、例えば、特開２００２−８８４６５号公報に記載のものが公知である。
前記ＣＶＤ装置として、例えば、ヨーロッパ公開特許公報ＥＰ０８８１８６５Ａ２に記載のものが公知である。
【０００４】
またＰＶＤとＣＶＤの両装置を一つの真空チャンバ内に配置したものとして、例えば、特許第２９８００５８号公報や特開平１０−２０３８９６号公報に記載のものが公知である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−８８４６５号公報
【特許文献２】欧州特許庁発行ＥＰ０８８１８６５Ａ２公報
【特許文献３】特許第２９８００５８号公報
【特許文献４】特開平１０−２０３８９６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＰＶＤとＣＶＤの両装置を一つの真空チャンバ内に配置したものにおいては、ＰＶＤ装置の蒸発源からの蒸発物質が、ＣＶＤ装置に付着し、放電が不安定になり、プロセスが安定しなくなるという問題があった。そして、ＣＶＤ装置に付着した膜を定期的に除去しなければならないので、生産性に劣るという問題があった
そこで、本発明は、ＰＶＤ装置からＣＶＤ装置への膜付着を防止し、ＣＶＤ装置の動作に影響を与えないようにしたＰＶＤ・ＣＶＤ両用成膜装置を提供すること、及び、当該装置を用いて生産性を高めた成膜方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、次の手段を講じた。即ち、本発明の特徴とするところは、真空チャンバ内に基体とＰＶＤ装置とＣＶＤ装置とが配置され、前記基体に対してＰＶＤ成膜とＣＶＤ成膜とを行えるようにしたＰＶＤ・ＣＶＤ両用成膜装置において、前記ＰＶＤ装置からの蒸発物質が前記ＣＶＤ装置に付着することを防止する遮蔽装置が設けられた点にある。
このように遮蔽装置を設けることにより、ＰＶＤ装置からの蒸発物のＣＶＤ装置への付着が防止され、ＣＶＤ装置の動作の安定が維持できる。
【０００８】
前記ＣＶＤ装置は、内部に放電室を形成したホロカソード（ＨｏｌｌｏｗＣａｔｈｏｄｅ）と、該ホロカソードを覆うアノードと、前記放電室にガスを供給するガス供給手段と、前記放電室で生じたプラズマを前記真空チャンバに放出すべく前記ホロカソードとアノードとを貫通して設けられたプラズマ引出口とを備えたプラズマ源（以下、このプラズマ源をＨＣＤ（ＨｏｌｌｏｗＣａｔｈｏｄｅＤｉｓｃｈａｒｇｅ）ということがある）を有し、前記遮蔽装置は、前記プラズマ引出口以外において前記ホロカソードを覆う遮蔽物を有するのが好ましい。
【０００９】
このようにプラズマ源を覆う遮蔽物を設けることにより、プラズマ源には蒸発物質は付着せず、遮蔽物表面に付着するので、付着物除去のメンテナンスが容易になる。
前記遮蔽物は金属製とされるのが好ましい。遮蔽物を金属にすることで、遮蔽物の電位を制御できる。遮蔽物の電位を確定することで、プロセスが安定する。そして、不要な帯電を防ぐことができ、マイクロアークなどの発生を抑制できる。
【００１０】
前記プラズマ引出口が同一側に位置するように前記ホロカソードの複数個が一列に並べられているのが好ましい。
この構成においては、プラズマ引出口からホロカソードプラズマジェットが噴出され、このホロカソードプラズマジェットを一列に並べることになり、任意の長さのライン状プラズマジェットを形成することができる。各プラズマジェットの強度が等しいので、ライン状プラズマの長手方向の分布が極めて均一になる。インラインやロールコータのような移動処理をする構成において、処理の均一性が高くできる。
【００１１】
また、前記プラズマ引出口が同一側に位置するように前記ホロカソードの複数個を縦横に並べることができる。このように、同じ強さを持つホロカソードプラズマジェットを二次元平面状に配置することで、任意の面積を持つプラズマを形成することができる。
前記遮蔽物は前記真空チャンバと同電位にされているのが好ましい。このような構成を採用することにより、チャンバ壁との間の電気の授受を抑制することができ、プロセスが安定する。
【００１２】
前記遮蔽装置は、前記ＰＶＤ装置と前記ＣＶＤ装置との間に配置された介在物を有するのが好ましい。
前記遮蔽物だけでもプラズマ源への膜付着を防ぐことができるが、両装置間に介在物を設けることで、メンテナンスがさらに容易になる。従って、この介在物は取り外しが容易なものが好ましい。
前記ホロカソードは、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源に接続されているのが好ましい。ＲＦとは、一般には１３．５６ＭＨｚ近傍の周波数の電力のことを示すが、１〜１００ＭＨｚの範囲であれば同じ効果が期待できる。
【００１３】
前記ガス供給手段は、前記ＰＶＤ装置による成膜時に使用されるガスを供給可能としているのが好ましい。ＰＶＤでは、窒素やアルゴンなどのガスを用いることがあるが、これを事前にプラズマ源で活性化してからチャンバへ供給することで、ＰＶＤ成膜の速度や膜質を制御することができるようになる。
前記真空チャンバに、ＰＶＤ装置用の高真空排気系と、ＣＶＤ装置用の低真空排気系の２系統を有する排気装置が接続されているのが好ましい。ＰＶＤとＣＶＤのプロセス圧力が異なるため、両者のプロセスを同じ排気系を用いる場合、広い圧力範囲を持った排気系が必要になる。そこで本発明のように２系統の排気装置とすることにより、例えばＰＶＤ用には高真空用のターボポンプ、ＣＶＤでは油回転ポンプやドライポンプを用意することで、それぞれのポンプに要求される圧力範囲を狭くすることができ、ポンプの選定が容易になり、コストが削減できる。
【００１４】
前記構成のＰＶＤ・ＣＶＤ両用成膜装置を用いた成膜方法の特徴とするところは、ＣＶＤ装置により基体を前処理した後、ＰＶＤ装置により成膜する点にある。このような方法を採用することにより、ＰＶＤ装置による成膜の密着性を改善することができる。
前記前処理は、前記基体の表面のボンバードであるのが好ましい。ＡＩＰやＵＢＭＳなどでは、成膜前の基体に高電圧で加速したアルゴンや窒素や金属のイオンを衝突させ、表面を清浄化して密着力を向上するプロセスが実施されている。一般には数百ボルトの電圧を基体に印加する。このイオンボンバードのイオン源として、プラズマ源を使うことで、ボンバードでのイオン密度を向上することができ、ボンバード処理時間を短縮できるほか、ボンバードの電圧を小さくすることができるので、ボンバードで生じる表面ダメージを減少させることができる。
【００１５】
前記前処理は、Ｓｉ系有機金属による下地膜を形成するものであるのが好ましい。この場合、プラズマ源に酸素或いはアルゴンを供給し、チャンバにＨＭＤＳＯ（ヘキサメチルジシロキサン）やＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）やＴＭＳ（テトラメチルシラン）などのＳｉ系有機金属を供給することで、有機ＳｉＯｘ膜が成膜できる。有機ＳｉＯｘは、金属や樹脂基体上に低温で成膜できるし、形状追従性の良い下地膜としても使用することができる。
前記ＰＶＤ装置による成膜は、ＤＬＣ（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ：硬質炭素膜）であるのが好ましい。下地膜をＣＶＤのＳｉＯｘとして、その上にＤＬＣを成膜することで、下地膜をＰＶＤで成膜するよりも低温で成膜することができる。
【００１６】
本発明においては、ＰＶＤ装置により成膜した後、ＣＶＤ装置により成膜することができる。このようにすることにより、ＣＶＤでは成膜が難しい膜をＰＶＤで下地成膜し、その上にＣＶＤで高速成膜することができる。
前記ＰＶＤ装置により成膜される膜は、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃの単体或いはこれらの混合物であるのが好ましい。ＤＬＣは中間層にＷ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃの単体或いはこれらの混合物を用いると密着力が得られることが知られているが、これらの膜をＣＶＤで成膜することは難しいが、本発明では、ＰＶＤで容易に成膜することができるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１の（ａ）は、本発明に係るＰＶＤ・ＣＶＤ両用成膜装置の概略構成図であり、同（ｂ）は、そのＣＶＤ装置の原理図である。
ＰＶＤ・ＣＶＤ両用成膜装置は、真空チャンバ１を有する。この真空チャンバ１内に基体２とＰＶＤ装置３とＣＶＤ装置４とが配置されている。前記チャンバ１には、排気口５が設けられ、該排気口５に排気装置６が接続されている。
【００１８】
この排気装置６は、ＰＶＤ装置３用の高真空排気系７と、ＣＶＤ装置４用の低真空排気系８の２系統を有するものとされている。
前記ＣＶＤ装置４には、前記ＰＶＤ装置３からの蒸発物質が該ＣＶＤ装置４に付着することを防止する遮蔽装置９が設けられている。
前記ＰＶＤ装置３の形式は、ＵＢＭＳやＡＩＰなど特に限定されないが、蒸発源１０を有している。ＵＢＭＳやＡＩＰ等では、この蒸発源１０はターゲットと呼ばれる。蒸発源１０には図示省略のスパッタ用電源などが接続されている。この蒸発源１０から蒸発した粒子が、基体２表面に付着して薄膜が形成される。
【００１９】
前記ＣＶＤ装置４は、プラズマ源１１を有する。このプラズマ源１１は、図１（ｂ）に示すように、内部に放電室１２を形成したホロカソード１３と、該ホロカソード１３を覆うアノード１４と、前記放電室１２にガスを供給するガス供給手段１５とを有する。前記ホロカソード１３とアノード１４とには、両者を貫通するプラズマ引出口１６が形成され、前記放電室１２で生じたプラズマを前記真空チャンバ１内に放出するように構成されている。
前記ホロカソード１３とアノード１４はアルミニウム製であり、アノード１４は接地され、カソード１３には１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源１７が接続されている。
【００２０】
前記ガス供給手段１５は、アルゴンなどの放電ガスを放電室１２内へ供給する。放電室１２内では、負に帯電した電子の閉じこめ効果が生じ、電離・イオン化が促進され、極めて高密度のプラズマが発生する。このプラズマは新たに供給される放電ガス（ディスチャージガス）により、前記引出口１６からプラズマジェット１８として真空チャンバ１内へ放出される。
前記真空チャンバ１には、前記放電ガスとは別のＨＭＤＳＯなどのプロセスガスを供給する供給管１９が設けられている。
【００２１】
この供給管１９を別途設けることなく、前記ガス供給手段１５からプロセスガスを供給するようにすることもできる。
なお、このプロセスガスは、ＣＶＤ装置４において使用するものに限らず、ＰＶＤ装置３による成膜時に使用されるガスを供給可能とすることもできる。
図１（ａ）に示すように、前記遮蔽装置９は、前記プラズマ引出口１６以外において前記プラズマ源１１を覆う遮蔽物２０により構成されている。
前記遮蔽物２０は金属製とされている。そして前記遮蔽物２０は前記真空チャンバ１と同電位にされている。この遮蔽物２０は、プラズマ源１１に対して着脱自在な構造とするのがよい。
【００２２】
なお、前記遮蔽物２０は、アノード１４を被覆するのみならず、真空チャンバ１内に露出するガス供給手段１５等も覆い、ＲＦ電源１７とカソード１３を接続する電極２１に対しては絶縁体２２を介して被覆している。
このような構成とすることで、蒸発源１０からの付着物は遮蔽物２０に付着するのみで、プラズマ源１１に付着しにくくなる。プラズマ源１１に異物が付着しにくいことから、ホロカソード１３の放電が安定する。
プラズマ引出口１６から付着物の一部がホロカソード１３側に入ってくることが懸念されるが、ガス供給手段１５からのディスチャージガスの量を十分な量にしておけば、プラズマ引出口１６では、ホロカソードからチャンバーに向かって非常に速い速度の流れが発生するため、プラズマ引出口１６を通じてホロカソード１３側に入ろうとする異物は、上記流れに押し流されて、カソード１３内部には進入し難くなる。遮蔽物２０に設けられたプラズマ引出口の開口を小さくするほど、流速が速くなるため、異物の進入防止効果が高くなる。
【００２３】
遮蔽物２０を金属にすることにより遮蔽物２０の電位を制御できる。遮蔽物２０の電位を確定することで、プロセスが安定する。不要な帯電を防ぐことができ、マイクロアークなどの発生を抑制できる。
なお、メンテナンスは、遮蔽物２０に付着した膜を除去するだけでよい。
図２に示すものは、本発明の他の実施の形態であり、プラズマ源１１の形式が前記のものとは異なる。その他の構成は同じである。
このプラズマ源１１においては、プラズマ引出口１６が同一側に位置するようにホロカソード１３の複数個が一列に並べられているる。そして、これら一列配置のホロカソード１３を覆うようにアノード１４が設けられている。そして、このプラズマ源１１は、遮蔽物２０により覆われている。
【００２４】
この実施の形態によれば、同じ強さを持つホロカソードプラズマジェット１８を一列に並べることで、任意の長さのライン状プラズマを形成できる。各プラズマジェット１８の強度が等しいので、ライン状プラズマの長手方向分布が極めて均一になる。
この実施の形態は、基体２の取り付けに自公転テーブルを用いたバッチタイプのプロセスや、シートを搬送するインラインタイプ（特開２００２−２９４４５８号公報参照）やロールコートタイプにおいて、均一性の高いプラズマ処理が可能となる。図２においては、基体２を紙面水平の軸を中心に回転させるなど、紙面に対して手前から奥に移動するようなプロセスに適する。
【００２５】
また図示は省略するが、前記プラズマ源１１を、プラズマ引出口１６が同一側に位置するように、前記ホロカソード１３の複数個を縦横に並べたものとすることができる。
このように、同じ強さを持つホロカソードプラズマジェットを二次元平面状に配置することで、任意の面積を持つプラズマを形成することができる。この二次元配置形式のプラズマ源は、バッチタイプの装置に有用であり、基体の形状に合わせたホロカソードプラズマの配置とすることができる。
【００２６】
図３に示すものは、本発明の他の実施の形態であり、前記遮蔽装置９は、前記ＰＶＤ装置３の蒸発源１０と、前記ＣＶＤ装置４のプラズマ源１１との間に配置された介在物２３を有するものとされている。この介在物２３は、蒸発源１０から飛来する成膜材料がプラズマ源１１に付着することを防止するものである。この介在物２３は、自動や手動による可動式とするのがよい。また、着脱自在な構造とすることができる。
図４に示すものは、前記介在物２３の他の例である。真空チャンバ１内には、基体２を載置する回転テーブル２４が回動自在に設けられ、この回転テーブル２４の中心に、円筒体からなる介在物２３が設けられている。この介在物２３を介した左右両側にＰＶＤ装置３とＣＶＤ装置４とが配置されている。
【００２７】
この回転テーブル２４を回転させながら成膜しても良く、又、図のような状態で停止させて成膜しても良い。
図４の状態において、テーブル２４を回転させることで、蒸発源１０による処理とプラズマ源１１による処理を連続的に、或いは間欠的に実施することが可能になる。回転テーブル２４を高速に回転すれば、蒸発源１０とプラズマ源１１による処理を緻密に繰り返し連続処理することができる。
図４に示す状態では、プラズマ源１１は円筒状の介在物２３によって蒸発源１０から遮断され、蒸発源１０を直視できない位置に設置されているので、蒸発源１０より飛散した成膜材料は、ほぼ直進的に進むので、介在物２３の影に位置しているプラズマ源１１に成膜材料が付着することを防ぐことができる。
【００２８】
この場合、基体２は、図に示すＡ、Ｂのように配置しても良く、又は円周上に連続して配置しても良く、さらに連続した円筒状であっても良い。
図５に示すものは、介在物２３の他の例であり、介在物２３は、回転テーブル２４の中心にされた円筒体２５と、該円筒体２５の両側に設けられた遮蔽板２６とから構成されている。この介在物２３により真空チャンバは二つの部屋に仕切られている。
一般に蒸発源１０を用いたＰＶＤプロセスは、１Ｐａ以下の低圧の領域で実施される。一方、ホロカソードプラズマ源１１では、１Ｐａ以上の比較的高い圧力、好ましくは１０Ｐａ以上の真空下でプロセスが行われる。従って、同じチャンバ１に蒸発源１０とＨＣＤプラズマ源１１を取り付けると、同時に動作させることが難しい場合が生じる。
【００２９】
これを回避するために、チャンバ１内に図５に示すような介在物２３を設け、それぞれの圧力を独立に制御できるようにする。従って、介在物２３はチャンバ内を密閉状に区画するものとされている。なお、この介在物２３は、回転テーブル２４を回転させるとき、回転に支障のないように待避できる構造とされている。
前記構成によれば、蒸発源１０は低い圧力で、プラズマ源１１は高い圧力で動作させることが可能となり、プロセス条件設定の範囲を大きくすることができる。
【００３０】
この実施の形態においては、排気口５を各区画室毎に設けるのがよい。そして、ＰＶＤ装置３に対しては、高真空排気系の排気装置を接続し、ＣＶＤ装置４に対しては、低真空排気系の排気装置を接続するのが好ましい。
この装置は、円筒状の基体２または円筒に巻き付けたシート状の基体２に適するものである。
図６に示すものは、介在物２３の他の実施の形態である。これまでの例は、介在物２３として、蒸発源１０とプラズマ源１１以外の要素を追加するものとしたが、蒸発源１０自体を介在物としたものである。
【００３１】
すなわち、蒸発源１０は、その表面から蒸発粒子が飛び出すが、表面の裏側は、蒸発源（ターゲット）１０を固定する支持材で構成されていることが多い。このような場合、蒸発源１０の裏側には蒸発粒子が飛散することは少ない。このことは言い換えれば、蒸発源１０の裏側の支持材が介在物２３になって裏側に飛散しないものと考えられる。
この場合、蒸発源１０の裏側の蒸発面が見えない位置に、プラズマ源１１を設置することで、プラズマ源１１に蒸発源１０からの蒸発粒子が付着するのを防ぐことができる。
【００３２】
次に前記装置を用いた成膜方法につき説明する。
図７に示すように本発明によれば、ＣＶＤ装置４により基体２にＣＶＤ膜２７を形成し、その後、ＰＶＤ装置３によりＰＶＤ膜２８を成膜する。
具体的には、まず、ＣＶＤ装置４により前処理を行う。このような前処理を実施することで、蒸発源１０で成膜する膜２８の密着性を改善する効果がある。
前記前処理は、前記基体２の表面のボンバードである。
一般にＰＶＤ装置３による成膜では、成膜前の基板２に高電圧で加速したアルゴンや窒素や金属イオンを衝突させ、表面を清浄化して密着力を向上させるボンバードと呼ばれるプロセスが実施されている。通常は数百ボルトの電圧を基体２に印加する。
【００３３】
本発明においては、このイオンボンバードのイオン源として、プラズマ源１１を使うことでボンバードでのイオン密度を向上することができ、ボンバード処理時間を短縮できるほか、ボンバードの電圧を小さくすることができるので、ボンバードで生じる表面欠陥を減少させることができる。
前記前処理は、Ｓｉ系有機金属による下地膜２７を形成するものとすることができる。
プロセスの初期段階においては、プラズマ源１１を用いたＣＶＤプロセスで成膜し、成膜の途中から蒸発源１０でＰＶＤ成膜することで、表面はＰＶＤ膜２８、深層はＣＶＤ膜２７といった積層膜を形成することが可能である。
【００３４】
具体的には、プラズマ源１１にガス供給手段１５により酸素或いはアルゴンを供給し、チャンバ１に供給管１９を介してＨＭＤＳＯやＴＥＯＳやＴＭＳ等のＳｉ系有機金属を供給することで、有機ＳｉＯｘ膜２７が形成できる。有機ＳｉＯｘは金属や樹脂基体２上に低温で成膜でき、熱に弱い基体用の下地膜としても利用できるし、形状追従性の良い下地膜として使用することもできる。ここでは有機ＳｉＯｘを示したが、メタンやアセチレンで成膜可能なＤＬＣでも同様の効果が得られる。
【００３５】
このＣＶＤ装置４による下地膜２７の上に、ＡＩＰやＵＢＭに代表されるＰＶＤ装置３で成膜する。
ＰＶＤ装置３では膜組成の制御が容易であり、非常に硬度の高い膜が得られることが知られている。このように表面をＰＶＤ膜２８とすることで、膜の表面硬さを高く保つことができる。
本発明によれば、このようにＣＶＤの高生産性とＰＶＤの膜質を両得することができる。
【００３６】
前記ＰＶＤ装置３による成膜２８は、ＤＬＣとすることができる。
下地膜２７をＣＶＤのＳｉＯｘとして、その上にＤＬＣ２８を成膜することで、下地膜をＰＶＤで成膜するよりも基体２に与える熱エネルギが小さい条件下で成膜することができる。
図８に示すように、本発明では、前記とは逆に、ＰＶＤ装置３により成膜した後、ＣＶＤ装置４により成膜することもできる。この方法では、高速のＣＶＤ膜２７の密着性をあげることができる。
【００３７】
例として、ＤＣＬの成膜を挙げる。一般に膜の密着力を向上する目的で、中間層と呼ばれる一種のバインダ層を基体と膜との間に形成する方法が知られている。特にＤＬＣの成膜においては、金属を基体上に成膜して、その上に所望のＤＬＣまたはＤＬＣと金属との混合組成の膜を形成することが知られている。
ＤＬＣ自体はプラズマ源によるＣＶＤでも成膜できるが、この金属系の中間層の形成には、ＣＶＤは難点がある。これは、原子番号の大きな金属系元素を含む蒸気圧の高い原料が工業的に生産されていないことや、ＣＶＤ反応によって不純物が混入してしまい、組成制御が難しいことにある。
【００３８】
そこで、本発明では、ＣＶＤが苦手とする金属系の中間層をＰＶＤで成膜した後、ＣＶＤで高速成膜するのである。
まず、ＡＩＰやＵＢＭＳのＰＶＤ装置３により、薄い金属膜２８を中間層として成膜する。その後、プラズマ源１１を用いて、ＤＬＣを成膜２７する。ＤＬＣの成膜には、メタンやアセチレンが原料ガスとして用いられる。
ここではＣＶＤの膜２７の例としてＤＬＣの成膜を挙げているが、Ｔｉやシリコン系の酸化膜や窒化膜についても同様の方法が使える。
【００３９】
前記ＰＶＤ装置３により成膜される中間層の膜２８は、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃの単体或いはこれらの混合物である。中間層にＷ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃの単体或いはこれらの混合物を用いると、ＤＬＣの密着力が高くなることが知られており、金属中間層をＰＶＤで、表面のＤＬＣを高速のＣＶＤで成膜することで、生産性の高いプロセスとなる。
なお、プラズマ源１１の処理として、ＰＶＤで成膜したＤＬＣを、同じチャンバ１や治具を用いて除膜することができる。また、ＰＶＤ処理で治具やチャンバ１に付着したＤＬＣ膜も除膜することができ、チャンバ内部のクリーニングを簡便にすることができる。
【００４０】
図９に示すように、本発明では、ＰＶＤ装置３の蒸発源による成膜時に使用するガスを、ＣＶＤ装置４のガス供給手段１５より供給することができる。
蒸発源１０による成膜のとき、例えば、ＡＩＰやＵＢＭＳでは、アルゴンや窒素などの不活性ガス中で放電させるが、一般にこれらプロセスガスは特に活性化処理をすることなくチャンバ１内に供給することが多い。
この発明では、あらかじめガスをプラズマ源１１で活性化させてチャンバ１に供給することで、チャンバ１内はエネルギを高められたプロセスガスにより、ＡＩＰやＵＢＭＳのアーク放電やグロー放電を容易に開始させることができるなど、制御性を高めることができる。
【００４１】
また、ＡＩＰやＵＢＭＳの放電プラズマを強化する働きももち、成膜レート、成膜品質を制御できる効果がある。なお、この図９の装置においても、図示省略されているが、遮蔽装置は設けられている。
尚、本発明においては、図１（ａ）に示すように、排気装置６として蒸発源用排気系７とプラズマ源用排気系８の２系統が用意されている。これは、蒸発源１０を使用しているときと、プラズマ源１１を使用しているときとでは、プロセス圧力、排気速度などのプロセス条件に違いがあるので、それぞれに適合した排気系を専用とするためである。
【００４２】
表１にプラズマ源１１と蒸発源１０それぞれを使うとき、排気系に要求される項目を挙げた。
【００４３】
【表１】

【００４４】
プラズマ源１１は蒸発源１０に比べて高い圧力領域で作動し、使用するガスも腐食性のものを使用する場合もあり、また排気中に含まれるダストも大量に発生する。従って、蒸発源使用時と同じ排気系を用いると、圧力の制御が難しくなり、メンテナンスが大変になったりする。従って、蒸発源１０とプラズマ源１１それぞれに専用の排気系を用意するのが望ましい。
排気系は、図１（ａ）に示すように、チャンバに一つの排気口を設け、排気系を２系統に分岐するものでも良いし、真空チャンバから直接二つの排気口を設けるものであっても良い。
【００４５】
尚、本発明は、前記実施の形態に示すものに限定されるものではなく、遮蔽装置は、遮蔽物と介在物の両方を有するものであっても良い。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、ＰＶＤ装置からＣＶＤ装置への膜付着を防止し、ＣＶＤ装置の動作に影響を与えないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態を示すＰＶＤ・ＣＶＤ両用成膜装置の構成図であり、同図（ａ）はその全体図、同図（ｂ）はＣＶＤ装置の原理を示す説明図である。
【図２】図２は、本発明の他の実施の形態を示すＰＶＤ・ＣＶＤ両用成膜装置の構成図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施の形態を示すＰＶＤ・ＣＶＤ両用成膜装置の構成図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施の形態を示すＰＶＤ・ＣＶＤ両用成膜装置の構成図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図である。
【図５】図５は、本発明の他の実施の形態を示すＰＶＤ・ＣＶＤ両用成膜装置の構成図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図である。
【図６】図６は、本発明の他の実施の形態を示すＰＶＤ・ＣＶＤ両用成膜装置の構成図である。
【図７】図７は、本発明の一つの方法により成膜した成膜の断面図である。
【図８】図８は、本発明の他の方法により成膜した成膜の断面図である。
【図９】図９は、本発明装置の一使用方法を示す構成図である。
【符号の説明】
１真空チャンバ
２基体
３ＰＶＤ装置
４ＣＶＤ装置
６排気装置
７高真空排気系
８低真空排気系
９遮蔽装置
１１プラズマ源
１２放電室
１３ホロカソード
１４アノード
１５ガス供給手段
１６プラズマ引出口
１７ＲＦ電源
２０遮蔽物
２３介在物
２７ＣＶＤ膜
２８ＰＶＤ膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a physical vapor deposition method represented by a sputtering method (hereinafter referred to as UBMS (Unbalanced Magnetron Sputtering)), an arc ion plating method (hereinafter referred to as AIP (Arc Ion Plating)) or a vacuum deposition method (hereinafter referred to as a vacuum deposition method). The productivity is enhanced by the fusion of PVD (Physical Vapor Deposition) and chemical vapor deposition (hereinafter, referred to as CVD (Chemical Vapor Deposition)).
[0002]
That is, the present invention relates to a film forming apparatus for both PVD and CVD, and a film forming method using the apparatus.
[0003]
[Prior art]
PVD apparatuses and CVD apparatuses are well known as those related to the surface modification technology.
As the PVD device, for example, a device described in JP-A-2002-88465 is known.
As the CVD apparatus, for example, a CVD apparatus described in European Patent Publication No. EP8818865A2 is known.
[0004]
Further, as a device in which both PVD and CVD devices are arranged in one vacuum chamber, for example, those described in Japanese Patent No. 2980058 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-203896 are known.
[0005]
[Patent Document 1] JP-A-2002-88465
[Patent Document 2] EP0881865A2 published by the European Patent Office
[Patent Document 3] Japanese Patent No. 2980058
[Patent Document 4] JP-A-10-203896
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the case where both the PVD and the CVD apparatus are arranged in one vacuum chamber, the problem that the evaporation material from the evaporation source of the PVD apparatus adheres to the CVD apparatus, the discharge becomes unstable, and the process becomes unstable. was there. In addition, there is a problem that productivity is poor because the film attached to the CVD apparatus must be periodically removed.
Therefore, the present invention provides a PVD / CVD dual-purpose film forming apparatus that prevents film deposition from a PVD apparatus to a CVD apparatus and does not affect the operation of the CVD apparatus. It is an object of the present invention to provide a film forming method with improved productivity.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention takes the following measures. That is, the feature of the present invention resides in that a substrate, a PVD apparatus, and a CVD apparatus are arranged in a vacuum chamber, and a PVD / CVD dual-use composition capable of performing PVD film formation and CVD film formation on the substrate. The film device is characterized in that a shielding device is provided to prevent a substance evaporated from the PVD device from adhering to the CVD device.
By providing the shielding device in this manner, the evaporation from the PVD device is prevented from adhering to the CVD device, and the operation of the CVD device can be kept stable.
[0008]
The CVD apparatus includes a hollow cathode having a discharge chamber formed therein, an anode covering the hollow cathode, gas supply means for supplying gas to the discharge chamber, and a plasma generated in the discharge chamber in the vacuum chamber. A plasma source provided with a plasma outlet provided through the hollow cathode and the anode so as to discharge the plasma source (hereinafter, this plasma source may be referred to as an HCD (Hallow Cathode Discharge)), and the shielding device Preferably has a shield covering the hollow cathode other than the plasma outlet.
[0009]
By providing the shield covering the plasma source in this manner, since the evaporating substance does not adhere to the plasma source but adheres to the surface of the shield, maintenance for removing the adhered substance is facilitated.
Preferably, the shield is made of metal. When the shield is made of metal, the potential of the shield can be controlled. Determining the potential of the shield stabilizes the process. Then, unnecessary charging can be prevented, and generation of a micro arc or the like can be suppressed.
[0010]
Preferably, a plurality of the hollow cathodes are arranged in a row such that the plasma outlets are located on the same side.
In this configuration, the hollow cathode plasma jet is ejected from the plasma outlet, and the hollow cathode plasma jet is arranged in a line, so that a linear plasma jet of an arbitrary length can be formed. Since the intensity of each plasma jet is equal, the distribution of the linear plasma in the longitudinal direction becomes extremely uniform. In a configuration that performs a moving process such as an inline or roll coater, the uniformity of the process can be improved.
[0011]
Also, a plurality of hollow cathodes can be arranged vertically and horizontally such that the plasma outlets are located on the same side. Thus, by arranging the holocathode plasma jets having the same strength in a two-dimensional plane, a plasma having an arbitrary area can be formed.
Preferably, the shield is at the same potential as the vacuum chamber. By adopting such a configuration, transmission and reception of electricity with the chamber wall can be suppressed, and the process is stabilized.
[0012]
It is preferable that the shielding device has an intervening substance disposed between the PVD device and the CVD device.
Although it is possible to prevent the film from adhering to the plasma source using only the shield, the maintenance is further facilitated by providing an intervening member between the two devices. Therefore, it is preferable that the inclusion be easily removable.
The hollow cathode is preferably connected to an RF (Radio Frequency) power supply. RF generally indicates power at a frequency near 13.56 MHz, but the same effect can be expected in the range of 1 to 100 MHz.
[0013]
It is preferable that the gas supply means can supply a gas used at the time of film formation by the PVD apparatus. In PVD, a gas such as nitrogen or argon is sometimes used. By activating the gas in advance with a plasma source and then supplying the gas to the chamber, it becomes possible to control the rate and quality of the PVD film formation. .
It is preferable that an exhaust device having two systems of a high vacuum exhaust system for a PVD device and a low vacuum exhaust system for a CVD device is connected to the vacuum chamber. Since the process pressures of PVD and CVD are different, when the same exhaust system is used for both processes, an exhaust system having a wide pressure range is required. Therefore, by using a two-system exhaust device as in the present invention, for example, a turbo pump for high vacuum for PVD and an oil rotary pump or dry pump for CVD are prepared, so that the pressure required for each pump is increased. The range can be narrowed, the pump can be easily selected, and the cost can be reduced.
[0014]
The feature of the film forming method using the PVD / CVD compatible film forming apparatus having the above-described configuration is that a substrate is pre-processed by the CVD apparatus and then the film is formed by the PVD apparatus. By employing such a method, it is possible to improve the adhesion of the film formed by the PVD apparatus.
Preferably, the pretreatment is a bombardment of the surface of the substrate. In AIP, UBMS, and the like, a process is performed in which ions of argon, nitrogen, or metal accelerated at a high voltage collide with a substrate before film formation to clean the surface and improve adhesion. Generally, a voltage of several hundred volts is applied to the substrate. By using a plasma source as the ion source for this ion bombard, the ion density at the bombard can be improved, the bombarding time can be shortened, and the bombard voltage can be reduced, so that the surface generated by the bombard can be reduced. Damage can be reduced.
[0015]
It is preferable that the pre-treatment forms a base film of a Si-based organic metal. In this case, oxygen or argon is supplied to the plasma source, and a Si-based organic metal such as HMDSO (hexamethyldisiloxane), TEOS (tetraethoxysilane), or TMS (tetramethylsilane) is supplied to the chamber to form the organic SiOx. A film can be formed. Organic SiOx can be formed on a metal or resin substrate at a low temperature, and can also be used as a base film having good shape following properties.
The film formation by the PVD apparatus is preferably DLC (Diamond Like Carbon: hard carbon film). By forming the base film as SiOx of CVD and forming the DLC thereon, the base film can be formed at a lower temperature than forming the base film by PVD.
[0016]
In the present invention, after the film is formed by the PVD apparatus, the film can be formed by the CVD apparatus. In this manner, a film which is difficult to form by CVD can be formed as a base film by PVD, and a high-speed film can be formed thereon by CVD.
The film formed by the PVD apparatus is preferably a simple substance of W, Cr, Ti, C or a mixture thereof. It is known that DLC can provide an adhesive force by using a simple substance of W, Cr, Ti, and C or a mixture thereof for the intermediate layer. However, it is difficult to form these films by CVD. Then, a film can be easily formed by PVD.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic configuration diagram of a PVD / CVD dual-purpose film forming apparatus according to the present invention, and FIG. 1B is a principle diagram of the CVD apparatus.
The PVD / CVD compatible film forming apparatus has a vacuum chamber 1. In the vacuum chamber 1, a substrate 2, a PVD device 3, and a CVD device 4 are arranged. An exhaust port 5 is provided in the chamber 1, and an exhaust device 6 is connected to the exhaust port 5.
[0018]
The exhaust device 6 has two systems, a high vacuum exhaust system 7 for the PVD device 3 and a low vacuum exhaust system 8 for the CVD device 4.
The CVD device 4 is provided with a shielding device 9 for preventing the evaporated substance from the PVD device 3 from adhering to the CVD device 4.
The type of the PVD device 3 is not particularly limited, such as UBMS or AIP, but includes the evaporation source 10. In UBMS, AIP and the like, the evaporation source 10 is called a target. The evaporation source 10 is connected to a sputter power supply (not shown). The particles evaporated from the evaporation source 10 adhere to the surface of the substrate 2 to form a thin film.
[0019]
The CVD apparatus 4 has a plasma source 11. As shown in FIG. 1B, the plasma source 11 includes a hollow cathode 13 having a discharge chamber 12 formed therein, an anode 14 covering the hollow cathode 13, and gas supply means 15 for supplying gas to the discharge chamber 12. And The hollow cathode 13 and the anode 14 are formed with a plasma outlet 16 penetrating the hollow cathode 13 and the anode 14, and are configured to discharge the plasma generated in the discharge chamber 12 into the vacuum chamber 1.
The hollow cathode 13 and the anode 14 are made of aluminum, the anode 14 is grounded, and a 13.56 MHz RF power supply 17 is connected to the cathode 13.
[0020]
The gas supply unit 15 supplies a discharge gas such as argon into the discharge chamber 12. In the discharge chamber 12, an effect of confining negatively charged electrons is generated, ionization and ionization are promoted, and extremely high-density plasma is generated. The plasma is discharged from the outlet 16 as a plasma jet 18 into the vacuum chamber 1 by a newly supplied discharge gas (discharge gas).
The vacuum chamber 1 is provided with a supply pipe 19 for supplying a process gas such as HMDSO other than the discharge gas.
[0021]
It is also possible to supply the process gas from the gas supply means 15 without separately providing the supply pipe 19.
Note that the process gas is not limited to the gas used in the CVD apparatus 4, and may be a gas that can be used for film formation by the PVD apparatus 3.
As shown in FIG. 1A, the shielding device 9 includes a shielding member 20 that covers the plasma source 11 except for the plasma outlet 16.
The shield 20 is made of metal. The shield 20 is set to the same potential as the vacuum chamber 1. The shield 20 is preferably configured to be detachable from the plasma source 11.
[0022]
The shield 20 covers not only the anode 14 but also the gas supply means 15 exposed in the vacuum chamber 1 and the like, and an insulator 22 is provided for the electrode 21 connecting the RF power supply 17 and the cathode 13. Coating.
With such a configuration, the deposits from the evaporation source 10 only adhere to the shield 20 and are less likely to adhere to the plasma source 11. Since the foreign matter hardly adheres to the plasma source 11, the discharge of the hollow cathode 13 is stabilized.
It is concerned that some of the deposits may enter the hollow cathode 13 through the plasma outlet 16. However, if the amount of the discharge gas from the gas supply means 15 is set to a sufficient amount, Since a flow at a very high speed is generated from the hollow cathode toward the chamber, the foreign matter that is going to enter the hollow cathode 13 through the plasma outlet 16 is swept away by the flow and hardly enters the inside of the cathode 13. The smaller the opening of the plasma outlet provided in the shield 20 is, the higher the flow velocity is, and the higher the effect of preventing foreign matter from entering is.
[0023]
By making the shield 20 a metal, the potential of the shield 20 can be controlled. By determining the potential of the shield 20, the process is stabilized. Unnecessary electrification can be prevented, and generation of a micro arc or the like can be suppressed.
The maintenance only needs to remove the film attached to the shield 20.
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, in which the type of the plasma source 11 is different from that described above. Other configurations are the same.
In the plasma source 11, a plurality of hollow cathodes 13 are arranged in a row so that the plasma outlet 16 is located on the same side. An anode 14 is provided so as to cover the hollow cathodes 13 arranged in a line. The plasma source 11 is covered by a shield 20.
[0024]
According to this embodiment, by arranging the hollow cathode plasma jets 18 having the same intensity in a line, a linear plasma having an arbitrary length can be formed. Since the intensity of each plasma jet 18 is equal, the longitudinal distribution of the linear plasma becomes extremely uniform.
In this embodiment, a highly uniform plasma is used in a batch type process using a rotation table for mounting the base 2, an in-line type for conveying a sheet (see JP-A-2002-294458) and a roll coat type. Processing becomes possible. FIG. 2 is suitable for a process in which the substrate 2 is moved from the near side to the far side with respect to the plane of the paper, such as by rotating the base 2 about an axis horizontal to the plane of the plane of the paper.
[0025]
Although not shown, the plasma source 11 may be configured by arranging a plurality of hollow cathodes 13 vertically and horizontally so that the plasma outlet 16 is located on the same side.
Thus, by arranging the holocathode plasma jets having the same strength in a two-dimensional plane, a plasma having an arbitrary area can be formed. The two-dimensionally arranged plasma source is useful for a batch type apparatus, and can arrange a hollow cathode plasma according to the shape of a substrate.
[0026]
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention, wherein the shielding device 9 is provided between an evaporation source 10 of the PVD device 3 and a plasma source 11 of the CVD device 4. It has an object 23. The inclusions 23 prevent the film-forming material coming from the evaporation source 10 from adhering to the plasma source 11. The inclusions 23 are preferably movable automatically or manually. In addition, a detachable structure can be provided.
FIG. 4 shows another example of the inclusion 23. A rotary table 24 on which the substrate 2 is placed is rotatably provided in the vacuum chamber 1, and an intervening member 23 formed of a cylindrical body is provided at the center of the rotary table 24. The PVD device 3 and the CVD device 4 are arranged on both left and right sides via the intervening member 23.
[0027]
The film may be formed while rotating the rotary table 24, or may be stopped in a state as shown in the figure to form the film.
In the state of FIG. 4, by rotating the table 24, the processing by the evaporation source 10 and the processing by the plasma source 11 can be performed continuously or intermittently. If the rotary table 24 is rotated at a high speed, the processing by the evaporation source 10 and the plasma source 11 can be repeated precisely and continuously.
In the state shown in FIG. 4, the plasma source 11 is cut off from the evaporation source 10 by the cylindrical inclusion 23 and is installed at a position where the evaporation source 10 cannot be seen directly. Since it proceeds substantially straight, it is possible to prevent the deposition material from adhering to the plasma source 11 located in the shadow of the inclusion 23.
[0028]
In this case, the base 2 may be arranged as shown in A and B in the figure, may be arranged continuously on the circumference, and may be a continuous cylinder.
FIG. 5 shows another example of the inclusion 23, which includes a cylindrical body 25 at the center of the turntable 24 and shielding plates 26 provided on both sides of the cylindrical body 25. It is configured. The inclusion 23 partitions the vacuum chamber into two chambers.
Generally, the PVD process using the evaporation source 10 is performed in a low pressure region of 1 Pa or less. On the other hand, in the hollow cathode plasma source 11, the process is performed under a relatively high pressure of 1 Pa or more, preferably a vacuum of 10 Pa or more. Therefore, if the evaporation source 10 and the HCD plasma source 11 are attached to the same chamber 1, it may be difficult to operate them at the same time.
[0029]
In order to avoid this, an inclusion 23 as shown in FIG. 5 is provided in the chamber 1 so that each pressure can be controlled independently. Therefore, the inclusions 23 partition the inside of the chamber in a sealed manner. When rotating the rotary table 24, the inclusions 23 can be retracted so as not to hinder the rotation.
According to the above configuration, the evaporation source 10 can be operated at a low pressure and the plasma source 11 can be operated at a high pressure, and the range of setting process conditions can be widened.
[0030]
In this embodiment, the exhaust port 5 is preferably provided for each compartment. It is preferable that a high vacuum exhaust system exhaust device is connected to the PVD device 3 and a low vacuum exhaust system exhaust device is connected to the CVD device 4.
This apparatus is suitable for a cylindrical substrate 2 or a sheet-like substrate 2 wound around a cylinder.
FIG. 6 shows another embodiment of the inclusion 23. In the examples so far, elements other than the evaporation source 10 and the plasma source 11 are added as the inclusions 23, but the evaporation source 10 itself is used as the inclusion.
[0031]
That is, the evaporation source 10 has evaporation particles fly out of its surface, but the back side of the surface is often made of a support material for fixing the evaporation source (target) 10. In such a case, the evaporation particles rarely scatter on the back side of the evaporation source 10. In other words, it is considered that the support material on the back side of the evaporation source 10 becomes the inclusion 23 and does not scatter on the back side.
In this case, by installing the plasma source 11 at a position where the evaporation surface on the back side of the evaporation source 10 is not visible, it is possible to prevent the evaporation particles from the evaporation source 10 from adhering to the plasma source 11.
[0032]
Next, a film forming method using the above apparatus will be described.
As shown in FIG. 7, according to the present invention, a CVD film 27 is formed on the substrate 2 by the CVD device 4, and then a PVD film 28 is formed by the PVD device 3.
Specifically, first, pre-processing is performed by the CVD apparatus 4. By performing such a pretreatment, there is an effect of improving the adhesion of the film 28 formed by the evaporation source 10.
The pretreatment is a bombardment of the surface of the base 2.
In general, in the film formation by the PVD apparatus 3, a process called bombard is performed, in which argon, nitrogen, or metal ions accelerated at a high voltage collide with the substrate 2 before film formation to clean the surface and improve adhesion. . Usually, a voltage of several hundred volts is applied to the substrate 2.
[0033]
In the present invention, by using the plasma source 11 as the ion source of the ion bombard, the ion density in the bombard can be improved, the bombarding time can be shortened, and the voltage of the bombard can be reduced. , Surface defects caused by bombardment can be reduced.
The pretreatment may form the base film 27 of a Si-based organic metal.
In the initial stage of the process, a film is formed by a CVD process using the plasma source 11, and a PVD film is formed by the evaporation source 10 in the middle of the film formation. Can be formed.
[0034]
Specifically, oxygen or argon is supplied to the plasma source 11 by the gas supply means 15, and an Si-based organic metal such as HMDSO, TEOS, or TMS is supplied to the chamber 1 through the supply pipe 19, so that the organic SiOx film is formed. 27 can be formed. Organic SiOx can be formed on a metal or resin substrate 2 at a low temperature, can be used as a base film for a substrate that is weak against heat, and can be used as a base film with good shape following properties. Although organic SiOx is shown here, the same effect can be obtained with DLC that can be formed with methane or acetylene.
[0035]
A film is formed on the underlying film 27 by the CVD device 4 by a PVD device 3 represented by AIP or UBM.
It is known that the PVD apparatus 3 can easily control the film composition and can obtain a film having extremely high hardness. By making the surface a PVD film 28, the surface hardness of the film can be kept high.
According to the present invention, both high productivity of CVD and film quality of PVD can be obtained.
[0036]
The film 28 formed by the PVD device 3 can be DLC.
By forming the underlying film 27 as SiOx of CVD and forming the DLC 28 thereon, it is possible to form the film under the condition that the heat energy given to the base 2 is smaller than that of forming the underlying film by PVD.
As shown in FIG. 8, in the present invention, on the contrary, the film can be formed by the CVD apparatus 4 after forming the film by the PVD apparatus 3. According to this method, the adhesion of the high-speed CVD film 27 can be improved.
[0037]
An example is DCL film formation. In general, a method of forming a kind of a binder layer called an intermediate layer between a substrate and a film for the purpose of improving the adhesion of the film is known. In particular, in DLC film formation, it is known that a metal is formed on a substrate and a film of a desired DLC or a mixed composition of DLC and a metal is formed thereon.
Although DLC itself can be formed by CVD using a plasma source, CVD has a drawback in forming this metal-based intermediate layer. This is because a raw material having a high vapor pressure containing a metal element having a large atomic number is not industrially produced, and impurities are mixed by a CVD reaction, and it is difficult to control the composition.
[0038]
Therefore, in the present invention, a metal-based intermediate layer, which is not good at CVD, is formed by PVD and then formed at high speed by CVD.
First, a thin metal film 28 is formed as an intermediate layer by the PVD device 3 of AIP or UBMS. Thereafter, a DLC film 27 is formed using the plasma source 11. Methane or acetylene is used as a source gas for DLC film formation.
Here, DLC film formation is mentioned as an example of the CVD film 27, but the same method can be used for a Ti or silicon-based oxide film or nitride film.
[0039]
The intermediate layer film 28 formed by the PVD apparatus 3 is a simple substance of W, Cr, Ti, C or a mixture thereof. It is known that the use of a simple substance of W, Cr, Ti, or C or a mixture thereof for the intermediate layer enhances the adhesion of the DLC. By forming a film, the process becomes highly productive.
In addition, as the process of the plasma source 11, the DLC film formed by PVD can be removed using the same chamber 1 or jig. Further, the DLC film adhered to the jig and the chamber 1 by the PVD process can be removed, and the cleaning of the inside of the chamber can be simplified.
[0040]
As shown in FIG. 9, in the present invention, the gas used for film formation by the evaporation source of the PVD apparatus 3 can be supplied from the gas supply unit 15 of the CVD apparatus 4.
At the time of film formation by the evaporation source 10, for example, in AIP or UBMS, discharge is performed in an inert gas such as argon or nitrogen. Generally, these process gases are supplied into the chamber 1 without performing an activation process. There are many.
In the present invention, the gas is activated in advance by the plasma source 11 and supplied to the chamber 1, so that the arc discharge or glow discharge of AIP or UBMS is easily started in the chamber 1 by the process gas whose energy is increased. And controllability can be improved.
[0041]
Also, it has a function of strengthening the discharge plasma of AIP or UBMS, and has an effect of controlling a film forming rate and film forming quality. Note that, also in the apparatus of FIG. 9, although not shown, a shielding device is provided.
In the present invention, as shown in FIG. 1A, two systems, ie, an exhaust system 7 for the evaporation source and an exhaust system 8 for the plasma source, are prepared as the exhaust device 6. This is because there are differences in process conditions such as process pressure and pumping speed between when the evaporation source 10 is used and when the plasma source 11 is used. To do that.
[0042]
Table 1 shows items required for the exhaust system when using the plasma source 11 and the evaporation source 10 respectively.
[0043]
[Table 1]

[0044]
The plasma source 11 operates in a higher pressure range than the evaporation source 10, and the gas used may be a corrosive gas, and a large amount of dust is generated in the exhaust gas. Therefore, if the same exhaust system as when the evaporation source is used is used, it becomes difficult to control the pressure and maintenance becomes difficult. Therefore, it is desirable to prepare a dedicated exhaust system for each of the evaporation source 10 and the plasma source 11.
As shown in FIG. 1A, the exhaust system may be one in which one exhaust port is provided in the chamber and the exhaust system is branched into two systems, or two exhaust ports are provided directly from the vacuum chamber. Is also good.
[0045]
Note that the present invention is not limited to the embodiment described above, and the shielding device may have both a shielding object and an inclusion.
[0046]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to prevent film deposition from a PVD device to a CVD device and prevent the operation of the CVD device from being affected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a PVD / CVD dual-purpose film forming apparatus showing an embodiment of the present invention. FIG. 1A is an overall view thereof, and FIG. FIG.
FIG. 2 is a configuration diagram of a PVD / CVD compatible film forming apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a PVD / CVD dual-purpose film forming apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a PVD / CVD dual-purpose film forming apparatus showing another embodiment of the present invention. FIG. 4 (a) is a plan view, and FIG. 4 (b) is a front view. .
5 is a configuration diagram of a PVD / CVD dual-purpose film forming apparatus showing another embodiment of the present invention, wherein FIG. 5 (a) is a plan view and FIG. 5 (b) is a front view. .
FIG. 6 is a configuration diagram of a PVD / CVD dual-purpose film forming apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a film formed by one method of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a film formed by another method of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram showing one method of using the device of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 vacuum chamber
2 Substrate
3 PVD equipment
4 CVD equipment
6 Exhaust device
7 High vacuum exhaust system
8 Low vacuum exhaust system
9 Shielding device
11 Plasma source
12 Discharge chamber
13 Holo cathode
14 Anode
15 Gas supply means
16 Plasma outlet
17 RF power supply
20 Shield
23 Inclusions
27 CVD film
28 PVD membrane

Claims

A PVD / CVD dual-purpose film forming apparatus in which a substrate, a PVD device, and a CVD device are arranged in a vacuum chamber, and PVD film formation and CVD film formation can be performed on the substrate.
A film forming apparatus for both PVD and CVD, comprising a shielding device for preventing a substance evaporated from the PVD device from adhering to the CVD device.

The CVD apparatus includes a hollow cathode having a discharge chamber formed therein, an anode covering the hollow cathode, gas supply means for supplying a gas to the discharge chamber, and discharging plasma generated in the discharge chamber to the vacuum chamber. A plasma source having a plasma outlet provided through the hollow cathode and the anode,
2. The PVD / CVD dual-purpose film forming apparatus according to claim 1, wherein the shielding device has a shielding material that covers the hollow cathode other than the plasma outlet.

The PVD / CVD film forming apparatus according to claim 2, wherein the shield is made of metal.

The PVD / CVD dual-purpose film forming apparatus according to claim 2, wherein a plurality of the hollow cathodes are arranged in a line so that the plasma outlets are located on the same side.

The PVD / CVD dual-purpose film forming apparatus according to claim 2, wherein a plurality of the hollow cathodes are arranged vertically and horizontally so that the plasma outlet is located on the same side.

4. The film forming apparatus according to claim 3, wherein the shield is set at the same potential as the vacuum chamber.

The PVD / CVD dual-purpose film forming apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the shielding device has an inclusion disposed between the PVD device and the CVD device.

The PVD / CVD dual film forming apparatus according to any one of claims 2 to 7, wherein the hollow cathode is connected to an RF power supply.

The PVD / CVD dual-purpose film forming apparatus according to any one of claims 2 to 8, wherein the gas supply unit is capable of supplying a gas used for film formation by the PVD apparatus.

An exhaust system having two systems, a high vacuum exhaust system for a PVD device and a low vacuum exhaust system for a CVD device, is connected to the vacuum chamber. The film forming apparatus for both PVD and CVD described in 1.

A film forming method using the film forming apparatus for both PVD and CVD according to any one of claims 1 to 10,
A film forming method, wherein a substrate is pre-processed by a CVD apparatus and then a film is formed by a PVD apparatus.

12. The film forming method according to claim 11, wherein the pretreatment is a bombardment of the surface of the base.

12. The film forming method according to claim 11, wherein the pretreatment is to form a base film made of a Si-based organic metal.

14. The film forming method according to claim 13, wherein the film forming by the PVD apparatus is DLC.

A film forming method using the film forming apparatus for both PVD and CVD according to any one of claims 1 to 10,
A film formation method characterized by forming a film by a CVD device after forming a film by a PVD device.

The film forming method according to claim 15, wherein the film formed by the PVD apparatus is a single substance of W, Cr, Ti, or C or a mixture thereof.