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JP4126901B2 - Cathodic arc deposition system - Google Patents

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JP4126901B2
JP4126901B2 JP2001361209A JP2001361209A JP4126901B2 JP 4126901 B2 JP4126901 B2 JP 4126901B2 JP 2001361209 A JP2001361209 A JP 2001361209A JP 2001361209 A JP2001361209 A JP 2001361209A JP 4126901 B2 JP4126901 B2 JP 4126901B2
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duct
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cathodic arc
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Shimadzu Corp
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  • Manufacturing Of Magnetic Record Carriers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陰極アーク放電を用いた薄膜の成膜、特に、磁気記録再生装置の磁気ヘッドに形成されるカーボン膜の成膜に使用されるカソーディックアーク成膜装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
磁気記録再生装置の磁気ヘッドや磁気ディスクには、保護膜としてカボーン薄膜が一般的に用いられている。近年、磁気ヘッド用保護膜の成膜方法として、FCVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc)法と呼ばれる陰極アーク放電を利用したta−C(tetrahedral amorphous carbon)膜成膜技術が使われつつある。陰極アーク放電を用いる成膜装置では、陰極に設けられたグラファイトターゲットに対してアーク放電を発生させ、カーボンイオンを含むプラズマを生成する。そして、生成されたプラズマ中のカーボンイオンを基板に堆積することによって、カーボン膜が基板上に形成される。
【0003】
生成されたプラズマ中には、カーボンイオンや電子の他に電気的に中性なパーティクルが含まれている。このパーティクルは主にカーボン原子から成るクラスターであって、アーク放電によりターゲットから放出されるだけでなく、高密度プラズマ中でイオン同士が結合することによっても生成される。基板上にカーボンイオンを堆積する際にこのパーティクルが混入すると膜質が低下するので、パーティクルを低減するために次のような対策が採用されている。
【0004】
第1の方法は、磁場を用いてプラズマビームを基板に移送する間において、プラズマビームの経路を曲げてパーティクルをトラップで捕捉する方法である。第2の方法では、プラズマの輸送行路を長くするなどしてプラズマの密度を下げて低密度プラズマとすることにより、プラズマ移送中におけるパーティクルの発生を押さえている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した第1の方法ではアーク放電により放出されたパーティクルは除去できるが、プラズマがトラップの部分から基板に入射するまでの経路においてパーティクルが生成されてしまうため、パーティクルの低減効果が十分ではなかった。また、第2の方法ではプラズマの密度が低いため、成膜レートが低下してしまうという問題があった。
【0006】
本発明の目的は、成膜レートの低下を防止しつつ基板に入射するパーティクルを低減することができるカソーディックアーク成膜装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
発明の実施の形態を示す図1に対応付けて説明する。
(1)請求項1の発明によるカソーディックアーク成膜装置は、陰極アーク放電によりターゲットイオンを含むプラズマビームを生成するプラズマビーム生成装置1と、基板41が装填されるチャンバ4と、プラズマビーム生成装置1で生成されたプラズマビームBをチャンバ4内の基板41へと導くプラズマ移送装置2とを備えたカソーディックアーク成膜装置に適用され、プラズマ移送装置2は、プラズマビーム生成装置1で生成されたプラズマビームBが入射する屈曲した屈曲ダクト20と、該屈曲ダクト20の軸に沿ったアキシャル磁場を形成して、プラズマビームBの進行経路を屈曲ダクト20の軸に沿って屈曲させる磁気コイル21とを有し、基板41とプラズマ移送装置2との間に配設され、遮蔽部と開口部44aとを有する遮蔽板44と、プラズマ移送装置2から出射されたプラズマビームBが遮蔽板44の遮蔽部に入射するようにプラズマ移送装置2とチャンバ4とを接続する接続ダクト43と、プラズマ移送装置2から出射されたプラズマビームBに含まれるターゲットイオンCを偏向して、開口部44aを介して基板41に入射させる偏向装置3とを備えて上述の目的を達成する。
(2)請求項2の発明は、請求項1に記載のカソーディックアーク成膜装置において、屈曲ダクト20にバイアス電圧を印加するバイアス電源22を設けたものである。
(4)請求項3の発明は、請求項1又は2に記載のカソーディックアーク成膜装置において、偏向装置3は、ターゲットイオンCの偏向を行うとともに、ターゲットイオンCを基板41の全域に対して走査することを特徴とするカソーディックアーク成膜装置。
【0008】
なお、上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明によるカソーディックアーク成膜装置の一実施の形態を示す図であり、成膜装置の概略構成を示したものである。図1に示すように、成膜装置はプラズマ発生部1,プラズマ移送部2,スキャニング装置3,成膜チャンバ4および装置全体を制御する制御装置5で構成されている。
【0010】
プラズマ発生部1は、ターゲット11が装着される陰極部10と、陰極部10が固定される陽極チャンバ12と、アーク放電のきっかけを作るためのトリガ14とを備えている。例えば、カーボン膜を成膜する場合には、ターゲット11としてカーボングラファイトが用いられる。以下では、カーボン膜成膜を例に説明する。
【0011】
陰極部10はアーク電源(定電流源)13の負端子に接続されており、一方、トリガ14およびアーク電源13の正端子に接続されている陽極チャンバ12はそれぞれ接地されていてアース電位となっている。トリガ14は、軸140を回転軸としてステップモータ等の駆動部15により回転駆動される。トリガ14の角度は図示しない角度センサで検出される。
【0012】
陰極部10と陽極チャンバ12とは、絶縁部材6によって電気的に絶縁されている。陽極チャンバ12の外周には陽極チャンバ12内にアキシャル磁場を形成する磁気コイル16が設けられており、電源17から励磁電流が供給される。なお、図示していないが、陰極部10には水冷ジャケットのような冷却手段が設けられている。
【0013】
プラズマ移送部2は、屈曲したダクト20とその周囲に設けられた磁気コイル21とを有している。磁気コイル21にも電源17から励磁電流が供給される。プラズマ移送部2と陽極チャンバ12とは絶縁材23を介して互いに固定されていて、両者は電気的に絶縁されている。ダクト20にはバイアス電源22により正のバイアス電圧が印加されている。
【0014】
成膜チャンバ4内には基板ステージ42が設けられており、この基板ステージ42に成膜対象物である基板41が装着される。基板ステージ42は、矢印Rで示すように基板41をその平面内で回転する。また、基板41の前方(図示右側)には、開口44aが形成された遮蔽板44が配設されている。成膜チャンバ4とプラズマ移送部2とはチルトダクト43で連結されており、チルトダクト43の2つのフランジ43a,43bは互いに角度θを成している。このチルト角度θは、後述するスキャニング装置3の偏向可能角度との兼ね合いもあるが2.5〜10(deg)程度に設定されるが、好ましくは5.5(deg)が良い。
【0015】
チルトダクト43とプラズマ移送部2とは絶縁部材40を介して固定されていて、互いに電気的に絶縁されている。チルトダクト43の周囲にはスキャニング装置3が設けられており、プラズマビームB内のカーボンイオンCをyz方向にスキャンする。スキャニング装置3は、例えば、一対のC字形状磁気コア(不図示)から成る。一方の磁気コアの磁極はチルトダクト43を挟んで図示上下に配設され、他方の磁気コアの磁極はチルトダクト43を挟んで紙面に直交するy方向に配設される。スキャニング装置3の磁気コアにはソレノイドコイル(不図示)が巻き付けられており、ソレノイドコイルには電源31により励磁電流が供給される。
【0016】
図2はダクト20の形状の一例を示す図であり、(a)は図1のz方向から見た平面図、(b)は(a)のA1矢視図、(c)はA2矢視図である。ダクト20は、3つの直管部201,203,205と2つの屈曲部202,204とを有するダブルベントタイプのダクトである。すなわち、直管部201に設けられたフランジ206から入射したプラズマビームは、屈曲部202,204の部分でそれぞれ曲げられ、直管部205に設けられたフランジ207から水平方向に対して角度θで出射する。
【0017】
次に、成膜動作の概略を説明する。アーク放電を生じさせる際には、図1の破線で示す位置に退避していたトリガ14を駆動部15により回転駆動してターゲット11側に倒す。陰極部10と陽極チャンバ12との電位差はアーク電源13により数10〜数100ボルトに設定されており、トリガ14の先端に設けられたトリガチップ14aがターゲット11の表面に接触するとアーク放電が発生する。
【0018】
アーク放電が発生するとプラズマが生成され、このプラズマにはターゲット11から放出されたターゲットイオン(正イオン)が含まれている。ターゲット11がグラファイトの場合には、アーク放電によりカーボンイオンを含むプラズマが生成される。このとき、グラファイトターゲット11からはカーボンイオンの他にマクロパーティクルと呼ばれる多数のカーボン原子から成るクラスターが放出される。
【0019】
制御装置5はアーク電源13の状態を常時モニタし、アーク放電の発生を検出したならば駆動部15へ指令を送り、ターゲット11の表面からトリガ14を引き上げる。このとき、アーク放電発生時のトリガ14の角度位置が上述した角度センサにより検出され、検出された角度位置は制御装置5に設けられた記憶部(不図示)に記憶される。アーク放電発生後、放電状態は時間が経過するにつれて弱まってくるので、再びトリガ14を記憶された位置まで駆動部15により移動させて、安定したアーク放電が維持されるように制御する。
【0020】
陽極チャンバ12内には磁気コイル16によりアキシャル磁場が形成されている。そのため、アーク放電により生成されたプラズマは、すなわち、ターゲット11から放出されたカーボンイオンや電子を含むプラズマは、このアキシャル磁場により集束されるとともにプラズマ移送部2のダクト20へと導かれる。プラズマ移送部2においても、ダクト20の周囲に設けられた磁気コイル21によりダクト20の軸に沿ったアキシャル磁場が形成されており、プラズマはこの磁場に沿って成膜チャンバ4へと移送される。
【0021】
プラズマビームBにはカーボンイオンCおよびパーティクルP等が含まれている。プラズマビームBのプラズマ密度はプラズマ断面中心から周辺へと低くなっており、図1の符号Bで示した領域は所定密度以上の範囲を表している。図3は、カーボンイオンCの分布形状L1とパーティクルPの分布形状L2とを定性的に示したものである。なお、パーティクルPの密度はカーボンイオンCの密度に比べて遙かに小さいが、比較しやすいように両者が同程度の密度であるとして分布形状を示した。
【0022】
カーボンイオンCは電荷を帯びているため互いに反撥し、分布形状L2がパーティクルPの分布形状L2よりもブロードになっている。そのため、ダクト20に正のバイアス電圧を印加してダクト20内にラジアル電場を形成し、ダクト中央に偏在させるようにした。このとき、カーボンイオンCの分布形状L1は分布形状L10のように変化し、高密度プラズマが得られる。
【0023】
ところで、パーティクルPは電気的に中性であるため、プラズマビームがダクト20の屈曲部202,204(図2参照)で曲げられた際にパーティクルPはそのまま直進してダクト20によりトラップされる。このように、プラズマビームBの移送経路を曲線的にすることによりパーティクルPをビームBから除去することができる。しかし、パーティクルPはプラズマビームB内でも生成されるため、ダクト20から出射されるプラズマビームB内にはパーティクルPが含まれている。
【0024】
ダクト20からチルトダクト43内に入射したプラズマビームBには、スキャニング装置3によって交流磁場が印加される。その結果、カーボンイオンCは磁場によって進行方向が曲げられ、例えば、図1に示すようにビームBからカーボンイオンCを含むビームB1が分離される。図1は、カーボンイオンCがz軸負方向に偏向された瞬間を示したものであり、ビームB1は遮蔽板44に形成された開口44aを通過して基板41上に照射される。一方、ビームBは直進して遮蔽板44によって遮られ、基板41側に達することはない。
【0025】
図4は遮蔽板44を図1のx軸プラス方向から見た図である。円形の開口44aは、基板41の中心Oよりもz軸マイナス方向に偏心して形成されている。一方、図1に示すようにダクト20はチルトダクト43を介して成膜チャンバ4に接続されているため、パーティクルを含んだビームBは中心Oよりも上方(z位置が正の領域)において遮蔽板44に衝突し、開口44aに入射することはない。図4に示すように、開口44aを通して基板41の中心と下側の縁との間の領域を見通すことができるので、カーボンイオンCのビームB1をz軸方向にスキャンすると、中心0および縁を含む領域にカーボンイオンCが照射される。基板41は中心Oを軸として回転されているので、スキャン運動と回転運動とによりカーボンイオンCが基板41の全面に均一に堆積される。
【0026】
図5は従来のカソーディックアーク成膜装置の成膜方法を説明する図であり、基板41へのプラズマビームBの導き方を示したものである。磁気コイル21によって曲げられたプラズマビームBはダクト20から出射され、成膜チャンバ内の基板41に照射される。プラズマビームBはスキャニング装置51によりスキャンされ、プラズマビームBが基板41の全成膜領域に照射されるようにしている。前述したように、プラズマビームB内のパーティクルPはダクト20内で経路が曲げられることにより除去されるが、基板面に対抗しているダクト出口付近から基板41に入射する間においてもパーティクルPが生成される。このパーティクルPはカーボンイオンCとともに基板41に入射して、膜質の低下を招く。
【0027】
一方、本実施の形態の成膜装置では、上述したように基板41の直前でプラズマビームBから偏向分離されたカーボンイオンCが基板41上に照射される。そのため、ダクト20の出口付近で形成されたパーティクルPはビームBのように直進して遮蔽板4により捕捉され、基板41に入射することがない。その結果、以下に述べるように、基板41に入射するパーティクルPの数を従来よりも低減することができた。
【0028】
従来の低密度プラズマによりta−C膜を成膜した場合には、成膜レートは0.1(Å/sec)程度であった。一方、本実施の形態の成膜装置では高密度プラズマを用いていることから、0.4(Å/sec)とう大きな成膜レートを得ることができた。さらに、パーティクルに関しても、バブルベントタイプのトラップ(ダクト20)を用いた成膜装置の場合には0.3(μm)以上のパーティクルに関して10(個/cm)以上であったが、本実施の形態の成膜装置では1〜2(個/cm)にまで減少させることができた。
【0029】
このように、本実施の形態では、アーク生成時に発生するパーティクルのみならず、高密度プラズマ移送時に生成されるパーティクルも高い確率で除去することができる。その結果、高い成膜レートでパーティクル混入の非常に少ない高純度のカーボン膜を成膜することができる。なお、本実施の形態の成膜装置は、カーボン膜の成膜に限らず各種の薄膜の成膜に適用することができる。
【0030】
上述した実施の形態では、スキャニング装置3で交流磁場を形成してカーボンイオンCを偏向するようにしたが、永久磁石を用いたり電場を形成してカーボンイオンCを偏向するようにしても良い。また、ダクト20はダブルベントタイプとしたが、シングルベントタイプのダクトを用いても良い。
【0031】
なお、図1では基板41をx軸に対して垂直に配設されているので、ビームB1は基板41に対してほぼ垂直に入射することになる。一方、図6に示すようにビームB1に対して基板41を角度αで配設すると、ビームBが基板面に対して斜めに入射するために堆積したカーボン原子のマイグレーションが促進され、残留応力の小さなカーボン膜が形成される。例えば、垂直入射で応力が2.4(GPa)であった場合に、角度α=45(deg)で入射させると応力が1.4(GPa)に低下した。
【0032】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、プラズマ発生部1はプラズマビーム生成装置を、遮蔽板44はトラップを、スキャニング装置3は偏向装置をそれぞれ構成する。また、遮蔽板44の開口44aが形成されていない部分が遮蔽部を構成する。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板にはプラズマビームから偏向分離されたターゲットイオンが入射し、パーティクルを含むプラズマビームはトラップにより捕捉されて基板に入射することがない。そのため、パーティクルの混入の非常に少ない膜が基板上に形成される。また、パーティクルを低減するためにプラズマ密度を低くする必要がないため、成膜レートの低下を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるカソーディックアーク成膜装置の一実施の形態を示す図であり、成膜装置の概略構成を示したものである。
【図2】ダクト20の形状の一例を示す図であり、(a)は図1のz方向から見た平面図、(b)は(a)のA1矢視図、(c)はA2矢視図である。
【図3】カーボンイオンCの分布形状L1とパーティクルPの分布形状L2とを示す図である。
【図4】遮蔽板44を図1のx軸プラス方向から見た図である。
【図5】従来のカソーディックアーク成膜装置の成膜方法を説明する図であり、基板41へのプラズマビームBの導き方を示したものである。
【図6】基板41を傾けて配設した場合の、基板41とビームB1との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 プラズマ発生部
2 プラズマ移送部
3、51 スキャニング装置
4,50 成膜チャンバ
5 制御装置
11 ターゲット
12,16 磁気コイル
20 ダクト
22 バイアス電源
41 基板
42 基板ステージ
43 チルトダクト
44 遮蔽板
44a 開口
C カーボンイオン
P パーティクル
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cathodic arc film forming apparatus used for forming a thin film using cathodic arc discharge, and particularly for forming a carbon film formed on a magnetic head of a magnetic recording / reproducing apparatus.
[0002]
[Prior art]
In a magnetic head and a magnetic disk of a magnetic recording / reproducing apparatus, a backbone thin film is generally used as a protective film. In recent years, a ta-C (tetrahedral amorphous carbon) film forming technique using a cathodic arc discharge called FCVA (Filtered Cathodic Vacuum Arc) method is being used as a method for forming a protective film for a magnetic head. In a film forming apparatus using cathodic arc discharge, arc discharge is generated with respect to a graphite target provided on the cathode to generate plasma containing carbon ions. A carbon film is formed on the substrate by depositing carbon ions in the generated plasma on the substrate.
[0003]
The generated plasma contains electrically neutral particles in addition to carbon ions and electrons. These particles are mainly clusters of carbon atoms, and are generated not only by being discharged from the target by arc discharge but also by combining ions in a high-density plasma. If the particles are mixed when carbon ions are deposited on the substrate, the film quality deteriorates. Therefore, the following measures are adopted to reduce the particles.
[0004]
The first method is a method of trapping particles with a trap by bending the path of the plasma beam while transferring the plasma beam to the substrate using a magnetic field. In the second method, the generation of particles during plasma transfer is suppressed by lowering the plasma density by elongating the plasma transport path or the like to form a low density plasma.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the first method described above, particles emitted by arc discharge can be removed, but since particles are generated in the path from the trap portion to the substrate, the particle reduction effect is not sufficient. There wasn't. Further, the second method has a problem that the film formation rate is lowered because the plasma density is low.
[0006]
An object of the present invention is to provide a cathodic arc film forming apparatus capable of reducing particles incident on a substrate while preventing a decrease in film forming rate.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The embodiment of the invention will be described in association with FIG.
(1) The cathodic arc film forming apparatus according to the first aspect of the present invention includes a plasma beam generating apparatus 1 that generates a plasma beam including target ions by cathodic arc discharge, a chamber 4 in which a substrate 41 is loaded, and a plasma beam generating apparatus. The apparatus is applied to a cathodic arc film forming apparatus including a plasma transfer apparatus 2 that guides the plasma beam B generated by the apparatus 1 to a substrate 41 in the chamber 4. The plasma transfer apparatus 2 is generated by the plasma beam generation apparatus 1. A bent duct 20 into which the generated plasma beam B is incident, and a magnetic coil that forms an axial magnetic field along the axis of the bent duct 20 and bends the traveling path of the plasma beam B along the axis of the bent duct 20 21, disposed between the substrate 41 and the plasma transfer device 2, and having a shielding portion and an opening 44 a. The shielding plate 44, the connection duct 43 that connects the plasma transfer device 2 and the chamber 4 so that the plasma beam B emitted from the plasma transfer device 2 enters the shielding portion of the shielding plate 44, and the plasma transfer device 2 emits the plasma beam B. The above-mentioned object is achieved by including the deflecting device 3 that deflects the target ions C contained in the plasma beam B, which is incident on the substrate 41 through the opening 44a.
(2) The invention of claim 2 is the cathodic arc film forming apparatus according to claim 1, wherein a bias power source 22 for applying a bias voltage to the bent duct 20 is provided.
(4) A third aspect of the present invention is the cathodic arc film forming apparatus according to the first or second aspect, wherein the deflecting device 3 deflects the target ions C and the target ions C to the entire area of the substrate 41. And cathodic arc film forming apparatus.
[0008]
In the section of means for solving the above problems, the drawings of the embodiments of the invention are used for easy understanding of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments of the invention. Absent.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a cathodic arc film forming apparatus according to the present invention, and shows a schematic configuration of the film forming apparatus. As shown in FIG. 1, the film forming apparatus includes a plasma generation unit 1, a plasma transfer unit 2, a scanning device 3, a film forming chamber 4, and a control device 5 that controls the entire apparatus.
[0010]
The plasma generation unit 1 includes a cathode unit 10 on which a target 11 is mounted, an anode chamber 12 to which the cathode unit 10 is fixed, and a trigger 14 for creating a trigger for arc discharge. For example, when forming a carbon film, carbon graphite is used as the target 11. In the following, description will be given taking carbon film formation as an example.
[0011]
The cathode unit 10 is connected to the negative terminal of the arc power source (constant current source) 13, while the trigger chamber 14 and the anode chamber 12 connected to the positive terminal of the arc power source 13 are each grounded and become ground potential. ing. The trigger 14 is rotationally driven by a drive unit 15 such as a step motor with the shaft 140 as a rotational axis. The angle of the trigger 14 is detected by an angle sensor (not shown).
[0012]
The cathode portion 10 and the anode chamber 12 are electrically insulated by the insulating member 6. A magnetic coil 16 for forming an axial magnetic field in the anode chamber 12 is provided on the outer periphery of the anode chamber 12, and an excitation current is supplied from a power source 17. Although not shown, the cathode unit 10 is provided with cooling means such as a water cooling jacket.
[0013]
The plasma transfer unit 2 includes a bent duct 20 and a magnetic coil 21 provided around the duct 20. Excitation current is also supplied from the power source 17 to the magnetic coil 21. The plasma transfer unit 2 and the anode chamber 12 are fixed to each other via an insulating material 23, and both are electrically insulated. A positive bias voltage is applied to the duct 20 by a bias power source 22.
[0014]
A substrate stage 42 is provided in the film forming chamber 4, and a substrate 41 that is a film formation target is mounted on the substrate stage 42. The substrate stage 42 rotates the substrate 41 in its plane as indicated by an arrow R. In addition, a shielding plate 44 having an opening 44a is disposed in front of the substrate 41 (right side in the drawing). The film forming chamber 4 and the plasma transfer unit 2 are connected by a tilt duct 43, and the two flanges 43a and 43b of the tilt duct 43 form an angle θ with each other. The tilt angle θ is set to about 2.5 to 10 (deg), although there is a balance with a deflectable angle of the scanning device 3 to be described later, and preferably 5.5 (deg).
[0015]
The tilt duct 43 and the plasma transfer unit 2 are fixed via an insulating member 40 and are electrically insulated from each other. A scanning device 3 is provided around the tilt duct 43 and scans the carbon ions C in the plasma beam B in the yz direction. The scanning device 3 includes, for example, a pair of C-shaped magnetic cores (not shown). The magnetic pole of one magnetic core is arranged up and down in the figure with the tilt duct 43 in between, and the magnetic pole of the other magnetic core is arranged in the y direction perpendicular to the paper surface with the tilt duct 43 in between. A solenoid coil (not shown) is wound around the magnetic core of the scanning device 3, and an excitation current is supplied to the solenoid coil by a power supply 31.
[0016]
2A and 2B are diagrams illustrating an example of the shape of the duct 20, where FIG. 2A is a plan view viewed from the z direction in FIG. 1, FIG. 2B is a view taken along the arrow A <b> 1 in FIG. FIG. The duct 20 is a double vent type duct having three straight pipe portions 201, 203, 205 and two bent portions 202, 204. That is, the plasma beam incident from the flange 206 provided on the straight pipe portion 201 is bent at the bent portions 202 and 204, respectively, and is angled with respect to the horizontal direction from the flange 207 provided on the straight pipe portion 205. Exit.
[0017]
Next, an outline of the film forming operation will be described. When generating arc discharge, the trigger 14 that has been retracted to the position indicated by the broken line in FIG. The potential difference between the cathode 10 and the anode chamber 12 is set to several tens to several hundreds volts by the arc power supply 13, and when the trigger tip 14 a provided at the tip of the trigger 14 contacts the surface of the target 11, arc discharge occurs. To do.
[0018]
When arc discharge occurs, plasma is generated, and this plasma contains target ions (positive ions) emitted from the target 11. When the target 11 is graphite, plasma containing carbon ions is generated by arc discharge. At this time, in addition to carbon ions, clusters composed of many carbon atoms called macro particles are released from the graphite target 11.
[0019]
The control device 5 constantly monitors the state of the arc power supply 13, and if the occurrence of arc discharge is detected, sends a command to the drive unit 15 to lift the trigger 14 from the surface of the target 11. At this time, the angular position of the trigger 14 when arc discharge occurs is detected by the angle sensor described above, and the detected angular position is stored in a storage unit (not shown) provided in the control device 5. After the arc discharge occurs, the discharge state becomes weaker as time passes. Therefore, the trigger 14 is moved again to the stored position by the drive unit 15 so that stable arc discharge is maintained.
[0020]
An axial magnetic field is formed in the anode chamber 12 by the magnetic coil 16. Therefore, the plasma generated by the arc discharge, that is, the plasma containing carbon ions and electrons emitted from the target 11 is focused by this axial magnetic field and guided to the duct 20 of the plasma transfer unit 2. Also in the plasma transfer unit 2, an axial magnetic field along the axis of the duct 20 is formed by the magnetic coil 21 provided around the duct 20, and the plasma is transferred to the film forming chamber 4 along this magnetic field. .
[0021]
The plasma beam B includes carbon ions C, particles P, and the like. The plasma density of the plasma beam B decreases from the center of the plasma cross section to the periphery, and the region indicated by the symbol B in FIG. 1 represents a range of a predetermined density or higher. FIG. 3 qualitatively shows the distribution shape L1 of the carbon ions C and the distribution shape L2 of the particles P. Although the density of the particles P is much smaller than the density of the carbon ions C, the distribution shape is shown on the assumption that both have the same density for easy comparison.
[0022]
Since the carbon ions C are charged, they repel each other, and the distribution shape L2 is broader than the distribution shape L2 of the particles P. Therefore, a positive bias voltage is applied to the duct 20 to form a radial electric field in the duct 20 so that it is unevenly distributed in the center of the duct. At this time, the distribution shape L1 of the carbon ions C changes like the distribution shape L10, and high-density plasma is obtained.
[0023]
By the way, since the particle P is electrically neutral, when the plasma beam is bent at the bent portions 202 and 204 (see FIG. 2) of the duct 20, the particle P goes straight and is trapped by the duct 20. Thus, the particles P can be removed from the beam B by making the transfer path of the plasma beam B curved. However, since the particles P are also generated in the plasma beam B, the particles P are included in the plasma beam B emitted from the duct 20.
[0024]
An AC magnetic field is applied to the plasma beam B incident from the duct 20 into the tilt duct 43 by the scanning device 3. As a result, the traveling direction of the carbon ions C is bent by the magnetic field, and for example, the beam B1 containing the carbon ions C is separated from the beam B as shown in FIG. FIG. 1 shows the moment when the carbon ions C are deflected in the negative z-axis direction, and the beam B1 is irradiated onto the substrate 41 through the opening 44a formed in the shielding plate 44. On the other hand, the beam B goes straight and is blocked by the shielding plate 44, and does not reach the substrate 41 side.
[0025]
4 is a view of the shielding plate 44 as seen from the plus direction of the x axis in FIG. The circular opening 44 a is formed eccentrically in the z-axis minus direction from the center O of the substrate 41. On the other hand, since the duct 20 is connected to the film forming chamber 4 via the tilt duct 43 as shown in FIG. 1, the beam B containing particles is shielded above the center O (a region where the z position is positive). It does not collide with the plate 44 and enter the opening 44a. As shown in FIG. 4, since the region between the center and the lower edge of the substrate 41 can be seen through the opening 44a, when the beam B1 of the carbon ion C is scanned in the z-axis direction, the center 0 and the edge are detected. The carbon ion C is irradiated to the area to include. Since the substrate 41 is rotated about the center O, the carbon ions C are uniformly deposited on the entire surface of the substrate 41 by the scanning motion and the rotational motion.
[0026]
FIG. 5 is a diagram for explaining a film forming method of a conventional cathodic arc film forming apparatus, and shows how to guide the plasma beam B to the substrate 41. The plasma beam B bent by the magnetic coil 21 is emitted from the duct 20 and applied to the substrate 41 in the film forming chamber. The plasma beam B is scanned by the scanning device 51 so that the entire region of the substrate 41 is irradiated with the plasma beam B. As described above, the particles P in the plasma beam B are removed by the path being bent in the duct 20, but the particles P are also incident on the substrate 41 from the vicinity of the duct exit facing the substrate surface. Generated. The particles P are incident on the substrate 41 together with the carbon ions C, and the film quality is deteriorated.
[0027]
On the other hand, in the film forming apparatus of the present embodiment, the carbon ions C deflected and separated from the plasma beam B immediately before the substrate 41 are irradiated onto the substrate 41 as described above. Therefore, the particles P formed in the vicinity of the outlet of the duct 20 is captured by the straight to the shield plate 4 4 as the beam B, and not incident on the substrate 41. As a result, as described below, the number of particles P incident on the substrate 41 could be reduced as compared with the conventional case.
[0028]
When the ta-C film was formed by conventional low density plasma, the film formation rate was about 0.1 (Å / sec). On the other hand, since the film forming apparatus of this embodiment uses high-density plasma, a high film forming rate of 0.4 (Å / sec) can be obtained. Further, regarding the particles, in the case of a film forming apparatus using a bubble vent type trap (duct 20), the number of particles was 0.3 (μm) or more and 10 (pieces / cm 2 ) or more. In the film forming apparatus of the form, it was possible to reduce to 1 to 2 (pieces / cm 2 ).
[0029]
Thus, in this embodiment, not only particles generated during arc generation but also particles generated during high-density plasma transfer can be removed with high probability. As a result, it is possible to form a high purity carbon film with very little particle contamination at a high film formation rate. Note that the film formation apparatus of this embodiment can be applied not only to the formation of a carbon film but also to the formation of various thin films.
[0030]
In the embodiment described above, the AC magnetic field is formed by the scanning device 3 to deflect the carbon ions C. However, the carbon ions C may be deflected by using a permanent magnet or by forming an electric field. The duct 20 is a double vent type, but a single vent type duct may be used.
[0031]
In FIG. 1, since the substrate 41 is disposed perpendicular to the x-axis, the beam B1 enters the substrate 41 almost perpendicularly. On the other hand, when the substrate 41 is disposed at an angle α with respect to the beam B1 as shown in FIG. 6, the migration of the carbon atoms deposited because the beam B is obliquely incident on the substrate surface promotes the residual stress. A small carbon film is formed. For example, when the stress is 2.4 (GPa) at normal incidence, the stress is reduced to 1.4 (GPa) when incident at an angle α = 45 (deg).
[0032]
In the correspondence between the embodiment described above and the elements of the claims, the plasma generator 1 constitutes a plasma beam generator, the shielding plate 44 constitutes a trap, and the scanning device 3 constitutes a deflection device. Moreover, the part in which the opening 44a of the shielding board 44 is not formed comprises a shielding part.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, target ions deflected and separated from the plasma beam are incident on the substrate, and the plasma beam including particles is not captured by the trap and incident on the substrate. Therefore, a film with very little particle contamination is formed on the substrate. In addition, since it is not necessary to lower the plasma density in order to reduce particles, it is possible to avoid a decrease in film formation rate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a cathodic arc film forming apparatus according to the present invention, and shows a schematic configuration of the film forming apparatus.
2A and 2B are diagrams showing an example of the shape of a duct 20; FIG. 2A is a plan view seen from the z direction in FIG. 1, FIG. 2B is a view taken along the arrow A1 in FIG. FIG.
3 is a diagram showing a distribution shape L1 of carbon ions C and a distribution shape L2 of particles P. FIG.
4 is a view of the shielding plate 44 as seen from the x-axis plus direction of FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining a film forming method of a conventional cathodic arc film forming apparatus, and shows how to guide a plasma beam B to a substrate 41;
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between the substrate 41 and the beam B1 when the substrate 41 is disposed at an angle.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma generating part 2 Plasma transfer part 3, 51 Scanning apparatus 4, 50 Film formation chamber 5 Control apparatus 11 Target 12, 16 Magnetic coil 20 Duct 22 Bias power supply 41 Substrate 42 Substrate stage 43 Tilt duct 44 Shielding plate 44a Opening C Carbon ion P particle

Claims (3)

陰極アーク放電によりターゲットイオンを含むプラズマビームを生成するプラズマビーム生成装置と、
基板が装填されるチャンバと、
前記プラズマビーム生成装置で生成されたプラズマビームを前記チャンバ内の基板へと導くプラズマ移送装置とを備えたカソーディックアーク成膜装置において、
前記プラズマ移送装置は、前記プラズマビーム生成装置で生成されたプラズマビームが入射する屈曲した屈曲ダクトと、該屈曲ダクトの軸に沿ったアキシャル磁場を形成して、前記プラズマビームの進行経路を前記屈曲ダクトの軸に沿って屈曲させる磁気コイルとを有し、
前記基板と前記プラズマ移送装置との間に配設され、遮蔽部と開口部とを有する遮蔽板と、
前記プラズマ移送装置から出射されたプラズマビームが前記遮蔽板の遮蔽部に入射するように前記プラズマ移送装置と前記チャンバとを接続する接続ダクトと、
前記プラズマ移送装置から出射されたプラズマビームに含まれる前記ターゲットイオンを偏向して、前記開口部を介して前記基板に入射させる偏向装置とを備えたことを特徴とするカソーディックアーク成膜装置。
A plasma beam generator for generating a plasma beam containing target ions by cathodic arc discharge;
A chamber loaded with a substrate;
In a cathodic arc film forming apparatus comprising a plasma transfer device for guiding a plasma beam generated by the plasma beam generating device to a substrate in the chamber,
The plasma transfer device forms a bent duct into which the plasma beam generated by the plasma beam generator is incident, and an axial magnetic field along the axis of the bent duct, and the travel path of the plasma beam is bent. A magnetic coil that bends along the axis of the duct;
A shielding plate disposed between the substrate and the plasma transfer device and having a shielding part and an opening;
A connection duct connecting the plasma transfer device and the chamber so that a plasma beam emitted from the plasma transfer device is incident on a shielding portion of the shielding plate;
A cathodic arc film forming apparatus comprising: a deflecting device for deflecting the target ions contained in a plasma beam emitted from the plasma transfer device and causing the target ions to enter the substrate through the opening.
請求項1に記載のカソーディックアーク成膜装置において、前記屈曲ダクトにバイアス電圧を印加するバイアス電源を設けたことを特徴とするカソーディックアーク成膜装置。 2. The cathodic arc film forming apparatus according to claim 1 , further comprising a bias power source for applying a bias voltage to the bent duct. 請求項1又は2に記載のカソーディックアーク成膜装置において、
前記偏向装置は、前記ターゲットイオンの偏向を行うとともに、前記ターゲットイオンを前記基板の照射領域全域に対して走査することを特徴とするカソーディックアーク成膜装置。
In the cathodic arc film-forming apparatus according to claim 1 or 2 ,
The deflecting apparatus deflects the target ions and scans the target ions over the entire irradiation region of the substrate.
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