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JP4617164B2 - Deposition equipment - Google Patents

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JP4617164B2
JP4617164B2 JP2005011335A JP2005011335A JP4617164B2 JP 4617164 B2 JP4617164 B2 JP 4617164B2 JP 2005011335 A JP2005011335 A JP 2005011335A JP 2005011335 A JP2005011335 A JP 2005011335A JP 4617164 B2 JP4617164 B2 JP 4617164B2
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film forming
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Description

本発明は、種々の基板に薄膜を形成する成膜装置に関するものである。   The present invention relates to a film forming apparatus for forming thin films on various substrates.

炭素や珪素等の薄膜又はこれらに窒素・水素等を含有する化合物薄膜は、高硬度、或いは、優れた工学的・電気的特性を有する等の理由から、各種保護膜や液晶のディスプレイパネルをはじめとして広汎な用途を有する。
これら薄膜を基板表面に被着させる方法として、真空雰囲気下でのスパッタリング法、CVD法、レーザーアブレーション法等が挙げられる。これらの中でも、スパッタリング法やプラズマCVD法は平板な基板、或いは、フィルム状の基板に対して、簡便、且つ、大面積に成膜する手法として工業的に広く用いられている。
Carbon and silicon thin films or compound thin films containing nitrogen, hydrogen, etc. are used for various protective films and liquid crystal display panels because of their high hardness and excellent engineering and electrical characteristics. Have a wide range of uses.
Examples of a method for depositing these thin films on the substrate surface include a sputtering method under a vacuum atmosphere, a CVD method, and a laser ablation method. Among these, the sputtering method and the plasma CVD method are widely used industrially as a technique for forming a film on a flat substrate or a film-like substrate in a simple and large area.

前記スパッタリング法を用いて基板表面に薄膜を被着させる方法の一例としては、固体蒸発源(ターゲット)を有するカソード電極に電圧を印加して放電を行い、ターゲット面と平行に基板を連続的に搬送させて成膜する方法がある。この方法は、一般にインライン式スパッタ装置と称される装置により行われ、DLC極薄膜等(膜厚10nm程度)を量産する手段として利用されている。
前記スパッタリング法を行う場合には、真空槽内で基板のみならずカソード電極周辺にある防着板等の構造物全てに炭素が被着し、これを繰り返すことにより、炭素薄膜が堆積してしまうことになる。
As an example of a method of depositing a thin film on the substrate surface using the sputtering method, a voltage is applied to a cathode electrode having a solid evaporation source (target) to perform discharge, and the substrate is continuously parallel to the target surface. There is a method of forming a film by transporting it. This method is generally performed by an apparatus called an in-line sputtering apparatus, and is used as a means for mass-producing DLC ultrathin films (film thickness of about 10 nm).
In the case of performing the sputtering method, carbon is deposited not only on the substrate but also on all the structures such as a deposition plate around the cathode electrode in the vacuum chamber, and the carbon thin film is deposited by repeating this. It will be.

そして、堆積した薄膜が、絶縁性を有する場合には、薄膜表面に電荷が蓄積され、異常放電の原因となり、更に、絶縁性の薄膜の堆積量が増加するにしたがって、防着板内側に局所的な正電荷の集中蓄積が起こり、アーク放電も発生しやすくなる。このアーク放電により、カソード電極側のグロー放電がアーク放電に遷移し、放電が停止してしまうという問題があった。尚、放電が停止した際、上記絶縁性の薄膜堆積によりカソード電極の近辺に安定したアノード電位が消失した状態では、カソードに電圧を再印加しても放電が再開しないという問題があった。   If the deposited thin film has an insulating property, electric charges are accumulated on the surface of the thin film, causing abnormal discharge. Further, as the deposited amount of the insulating thin film increases, Concentrated accumulation of positive charges occurs, and arc discharge is likely to occur. Due to this arc discharge, the glow discharge on the cathode electrode side transitions to arc discharge, causing a problem that the discharge stops. When the discharge is stopped, in the state where the stable anode potential disappears in the vicinity of the cathode electrode due to the deposition of the insulating thin film, there is a problem that the discharge does not resume even if the voltage is reapplied to the cathode.

また、前記異常放電が発生する際、或いは、発生した後、内部構造物から剥離した炭素被膜や飛散炭素粒子の一部がターゲット表面に再付着し、これを核として炭素粒子からなる突起状構造物(ノジュール)が形成され、異常放電を引き起こすという問題があった。また、剥離した炭素被膜が発塵源となって基板に炭素粒子からなるパーティクルが付着したり、或いは、その付着したパーティクルがその後の基板処理工程により積層される被膜のピンホール源となったりして製品の歩留まりが低下するという問題が生じていた。   In addition, when the abnormal discharge occurs or after the occurrence, a part of the carbon coating or scattered carbon particles peeled off from the internal structure is reattached to the target surface, and this is a protruding structure composed of carbon particles as a nucleus. There is a problem that an object (nodule) is formed and abnormal discharge is caused. In addition, the peeled carbon coating may become a dust source, and particles composed of carbon particles may adhere to the substrate, or the adhered particles may serve as a pinhole source for coatings that are laminated in subsequent substrate processing steps. As a result, there has been a problem that the yield of the product is lowered.

更に、真空槽内壁や防着板等の構造物が絶縁膜で覆われることにより、これらの構造物表面が、カソード電極に対して、接地電位とならないためアノード電極としての役割を果たさなくなる。その結果、放電の安定性を欠き、成膜速度、膜厚・膜質分布が不均一になるという問題があった。   Furthermore, since the structure such as the inner wall of the vacuum chamber and the deposition preventing plate is covered with an insulating film, the surface of these structures does not serve as an anode electrode because the surface of the structure does not become a ground potential with respect to the cathode electrode. As a result, there is a problem that the stability of the discharge is lacking and the film forming speed, film thickness / film quality distribution becomes non-uniform.

上記問題に対して、頻繁に真空槽内壁及びアース電位にある内部構造物表面の絶縁膜を除去したり、ターゲット表面の定期的なクリーニングを実施(特許文献1参照)したりすることが考えられるが、装置を停止してメンテナンスを行う頻度が多くなり、生産性が悪いという問題があった。   In order to solve the above problems, it is conceivable to frequently remove the insulating film on the inner wall of the vacuum chamber and the surface of the internal structure at the earth potential, or periodically clean the target surface (see Patent Document 1). However, there is a problem that the frequency of performing maintenance by stopping the apparatus increases, and productivity is poor.

また、カソード電極周辺の構造物への膜堆積量を抑制することが特許文献2に開示されている。具体的には、カソード電極近傍に設けられたアノード電極を、隙間を存して多層構造となるように構成し、隙間からターゲットの方向へガスを噴出するものであるが、構造が複雑で清掃時の作業にも時間を要するという問題があった。
また、異常放電回数を抑制する他の方法として、カソードのターゲット外周に近接して設けられるアースシールドの先端形状をR形状に加工するとともに、Al溶射されたチムニーと呼ばれる防着板をカソードと基板との間に接地した状態で設けるようにした装置が特許文献3に開示されている。この装置を、生産ラインにおいて使用する場合には、成膜したアースシールドやチムニーは周期的にブラスト洗浄するものの、前記アースシールドの先端形状を初期状態で長期に亘り維持することは困難であり、維持コストが高いという問題があった。
Further, Patent Document 2 discloses that the amount of film deposition on the structure around the cathode electrode is suppressed. Specifically, the anode electrode provided in the vicinity of the cathode electrode is configured to have a multilayer structure with a gap, and gas is ejected from the gap toward the target, but the structure is complicated and cleaning is performed. There was a problem that time work also took time.
Further, as another method for suppressing the number of abnormal discharges, the tip shape of the ground shield provided in the vicinity of the outer periphery of the target of the cathode is processed into an R shape, and a deposition plate called chimney sprayed with Al is used as the cathode and the substrate. An apparatus that is provided in a grounded state is disclosed in Patent Document 3. When this apparatus is used in a production line, although the deposited earth shield and chimney are periodically blast washed, it is difficult to maintain the tip shape of the earth shield in the initial state for a long period of time, There was a problem that the maintenance cost was high.

また、ターゲットにおけるノジュールの成長を抑制することを目的として、特許文献4には、2基のスパッタカソードに交互に交流電流を印加し、片方がカソード電位の時は、他方が必ずアノード電位となるようにしたACスパッタ方法が開示されている。しかしながら、ACスパッタ法は、DCスパッタ法と比較して、同じ印加電力に対して成膜速度が約1/2まで低下するため、電源容量を約2倍に増加しなければならないなどのコストがかかるという問題があった。   For the purpose of suppressing the growth of nodules on the target, Patent Document 4 discloses that alternating current is applied alternately to two sputter cathodes, and when one of the cathodes is at the cathode potential, the other is always at the anode potential. An AC sputtering method is disclosed. However, the AC sputtering method reduces the film forming speed to about 1/2 with respect to the same applied power as compared with the DC sputtering method, so that the power source capacity has to be increased by about twice. There was a problem that it took.

また、上記スパッタリング法の他に、先に例示したプラズマCVD法は、ディスプレイパネル用途を中心として、代表的にはアモルファスシリコン(a−Si)、窒化珪素(SiNx)、酸化珪素(SiOx)、酸化窒化珪素(SiOxy)、n−ドープアモルファスシリコン(n+a−Si)の成膜に用いられる。
これらの薄膜を基板上に形成するにあたっては、高周波電力を用い、成膜ガスをプラズマ化することを行うが、上記スパッタリング法と同様に電極部周辺の構造物や真空槽壁から剥離した被膜の一部が異常放電を誘発し、また、発塵源となる問題があった。
In addition to the above sputtering method, the plasma CVD method exemplified above is typically amorphous silicon (a-Si), silicon nitride (SiN x ), silicon oxide (SiO x ), mainly for display panel applications. , Silicon oxynitride (SiO x N y ), and n-doped amorphous silicon (n + a-Si).
When these thin films are formed on the substrate, the film forming gas is turned into plasma using high-frequency power, but the film peeled off from the structure around the electrode part and the vacuum chamber wall as in the above sputtering method. There was a problem that a part induced abnormal discharge and became a source of dust generation.

特開平10−110256号公報JP-A-10-110256 特開平8−232064号公報JP-A-8-232064 特開2001−73115号公報JP 2001-73115 A 特開2004−143535号公報JP 2004-143535 A

本発明は、上記異常放電、膜剥離若しくはそれらに起因して生じるターゲットノジュール成長の抑制又は発塵源の低減を図る成膜装置を提供することを目的とする。また、本発明は、カソード電極近傍の構造物に対する膜堆積速度を抑制することが可能な成膜装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a film forming apparatus that suppresses the abnormal discharge, film peeling, or target nodule growth caused by them, or reduces dust generation sources. Another object of the present invention is to provide a film forming apparatus capable of suppressing the film deposition rate on the structure near the cathode electrode.

上記課題を解決すべく、本発明者等は鋭意検討の結果、下記の通り、解決手段を見出した。即ち、本発明の成膜装置は、請求項1に記載の通り、負電位を有するカソード電極の対向側に位置する基板に、放電現象により成膜を行うための成膜装置であって、前記カソード電極の外周側に接地されたシールドを設け、前記カソード電極の外周側、且つ、前記基板側に、接地電位又は正電位を有するアノード電極として、回転自在に構成された少なくとも1本以上の柱状体を、前記カソード電極の外周方向に沿って軸支して配置し、前記アノード電極の外周面にアノード電極翼を立設したことを特徴とする。
また、本発明の成膜装置は、請求項2に記載の通り、請求項1に記載の本発明において、前記カソード電極は、ターゲットを備えることができるように構成され、前記カソード電極の上面外縁部を覆うようにして防着板を設け、前記防着板と前記アノード電極との間に成膜用ガスを導入するためのガス導入管を設け、スパッタリング現象により前記基板に成膜することを特徴とする。
また、請求項3に記載の成膜装置は、請求項1に記載の本発明において、前記成膜装置は、反応性ガスを導入するとともにプラズマCVD法により前記基板に成膜するように構成されたことを特徴とする。
As a result of intensive studies, the present inventors have found a means for solving the problems as follows. That is, the film formation apparatus of the present invention, as described in claim 1, the substrate positioned at the opposite side of the cathode electrode having a negative potential, a film forming apparatus for forming a discharge phenomenon, the Provided with a grounded shield on the outer peripheral side of the cathode electrode, and at least one or more pillars configured to rotate freely as an anode electrode having a ground potential or a positive potential on the outer peripheral side of the cathode electrode and on the substrate side A body is pivotally supported along the outer peripheral direction of the cathode electrode, and anode electrode blades are erected on the outer peripheral surface of the anode electrode .
According to a second aspect of the present invention, there is provided a film forming apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein the cathode electrode is provided with a target, and an outer edge of the upper surface of the cathode electrode. A deposition plate is provided so as to cover a portion, a gas introduction pipe for introducing a deposition gas is provided between the deposition plate and the anode electrode, and a film is formed on the substrate by a sputtering phenomenon. Features.
According to a third aspect of the present invention, there is provided the film forming apparatus according to the first aspect, wherein the film forming apparatus is configured to introduce a reactive gas and form a film on the substrate by a plasma CVD method. It is characterized by that.

本発明によれば、プラズマ安定化に設けられるカソード電極外周のアノードへの絶縁膜堆積速度を低下させることができるので、アノード電極を取り替えることなく長時間の成膜が可能となり、アノード電極の交換頻度も低減させることができる。また、異常放電を生じる頻度が低くなるため、安定した膜厚・膜質の薄膜製品の供給ができる。   According to the present invention, the deposition rate of the insulating film on the anode on the outer periphery of the cathode electrode provided for plasma stabilization can be reduced, so that the film can be formed for a long time without replacing the anode electrode, and the anode electrode can be replaced. The frequency can also be reduced. In addition, since the frequency of occurrence of abnormal discharge is reduced, a thin film product having a stable film thickness and quality can be supplied.

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施の形態の成膜装置の構成を示すものである。
図示される成膜装置の真空槽1内には、マグネトロンスパッタカソード電極2が設けられている。カソード電極2は、真空槽1の一面に絶縁体5を介して取り付けられたバッキングプレート6とターゲット3とから構成されており、バッキングプレート6の上面には、少なくともターゲット3が機械的に固定、或いは、ボンディングにより固定されるようになっている。カソード電極2及び絶縁体5の外周には、ターゲット3以外の部材がスパッタされないようにするための接地されたシールド8が、バッキングプレート6の真空槽外側には、磁気回路7が設けられ、マグネトロンスパッタカソードが構成されており、バッキングプレート6には電圧を印加するための電源36が接続されている。尚、シールド8の外周部には、ターゲット3から真空槽1の内壁や図示されないその他の槽内部品表面にターゲットからスパッタされた粒子が付着することがないように、防着板9が設けられている。
カソード電極2と対向する側には、図示しない基板搬送機構が配置され、ターゲット3に対して平行に基板4が搬送できるようになっている。尚、ターゲット3は、矩形状であり、その長手方向が基板4の搬送方向と直交するように配置されている。
前記カソード電極2は、真空槽1底面に絶縁体5を介して取り付けられたバッキングプレート6と、その下方に設けられた磁石7とから構成される。このバッキングプレート6の上面は、少なくともターゲット3が機械的に固定、或いは、ボンディングして固定できるように構成されている。カソード電極2の外周側には、ターゲット3以外の部材がスパッタされないようにするための接地されたシールド8が、バッキングプレート6の上面外縁部を覆うようにして配置されている。更に、シールド8の外周側には、ターゲット3から真空槽1の内壁に粒子が飛散することがないように、カソード電極2の上面外縁部を覆うようにして構成された防着板9が設けられている。
また、真空層1の外側には、開閉弁10を介して真空ポンプ11と、導入管12,13及びマスフローコントローラ14,15を介してガスボンベ16,17とが接続されている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
A magnetron sputtering cathode electrode 2 is provided in a vacuum chamber 1 of the illustrated film forming apparatus. The cathode electrode 2 is composed of a backing plate 6 attached to one surface of the vacuum chamber 1 via an insulator 5 and a target 3. At least the target 3 is mechanically fixed to the upper surface of the backing plate 6. Alternatively, it is fixed by bonding. A grounded shield 8 is provided on the outer periphery of the cathode electrode 2 and the insulator 5 to prevent members other than the target 3 from being sputtered, and a magnetic circuit 7 is provided outside the vacuum chamber of the backing plate 6. A sputter cathode is configured, and a power supply 36 for applying a voltage is connected to the backing plate 6. A shield plate 9 is provided on the outer periphery of the shield 8 so that particles sputtered from the target do not adhere from the target 3 to the inner wall of the vacuum chamber 1 or the surface of other components in the chamber (not shown). ing.
A substrate transport mechanism (not shown) is disposed on the side facing the cathode electrode 2 so that the substrate 4 can be transported in parallel to the target 3. The target 3 has a rectangular shape and is arranged so that its longitudinal direction is perpendicular to the transport direction of the substrate 4.
The cathode electrode 2 includes a backing plate 6 attached to the bottom of the vacuum chamber 1 via an insulator 5 and a magnet 7 provided below the backing plate 6. The upper surface of the backing plate 6 is configured such that at least the target 3 can be mechanically fixed or fixed by bonding. On the outer peripheral side of the cathode electrode 2, a grounded shield 8 for preventing members other than the target 3 from being sputtered is disposed so as to cover the outer edge of the upper surface of the backing plate 6. Further, on the outer peripheral side of the shield 8, an adhesion preventing plate 9 configured to cover the outer edge of the upper surface of the cathode electrode 2 is provided so that particles are not scattered from the target 3 to the inner wall of the vacuum chamber 1. It has been.
Further, a vacuum pump 11 is connected to the outside of the vacuum layer 1 through an on-off valve 10, and gas cylinders 16 and 17 are connected through introduction pipes 12 and 13 and mass flow controllers 14 and 15.

そして、本実施の形態では、シールド8の上方であって、カソード電極2の外周の長辺に沿って、回転自在なアノード電極18,19を軸支して配置している。このアノード電極18,19は、接地されるか、或いは、正電位となるように電圧が印加される。このアノード電極18,19は、回転軸18a,19aに、回転軸18a,19aを中心として放射状に所定の角度で複数のアノード電極翼18b,19bが立設され、図示しない駆動機構によって回転することができるように構成されている。尚、アノード電極翼18b,19bは、それぞれ回転軸18a,19aより取り外し可能な構造とすることもできる。   In the present embodiment, the rotatable anode electrodes 18 and 19 are axially supported along the long side of the outer periphery of the cathode electrode 2 above the shield 8. The anode electrodes 18 and 19 are grounded or a voltage is applied so as to be a positive potential. The anode electrodes 18 and 19 are provided with a plurality of anode electrode blades 18b and 19b erected on the rotation shafts 18a and 19a radially at a predetermined angle around the rotation shafts 18a and 19a, and are rotated by a driving mechanism (not shown). It is configured to be able to. The anode electrode blades 18b and 19b can be structured to be removable from the rotary shafts 18a and 19a, respectively.

上記構成において、成膜用ガスを導入管12,13から真空槽1内へ導入して、バッキングプレート6に負の電圧を印加することにより、ターゲット3の表面にも負電圧が印加され、放電が発生し、ターゲット3に対するスパッタリングが行われる。
この時、アノード電極翼18b,19bには、ターゲット3から飛来するスパッタ粒子が優先的に付着することになる。そして、アノード電極18,19を、所定の間隔で回転させることにより、膜堆積が問題とならない範囲でシールド8に対する防着の役割を果たすことができる。
In the above configuration, a film forming gas is introduced into the vacuum chamber 1 from the introduction pipes 12 and 13 and a negative voltage is applied to the backing plate 6, whereby a negative voltage is also applied to the surface of the target 3, and discharge is performed. Is generated, and sputtering is performed on the target 3.
At this time, the sputtered particles flying from the target 3 preferentially adhere to the anode electrode blades 18b and 19b. Then, by rotating the anode electrodes 18 and 19 at a predetermined interval, it is possible to play a role of preventing the shield 8 from being deposited within a range where film deposition does not become a problem.

尚、上記実施の形態において、アノード電極18,19は、複数の翼18b,19bを備える構成のものについて説明したが、アノード電極18,19への膜堆積量が問題とならないように、アノード電極18,19のカソード電極2側を退避自在にできる構造であれば、特にその形状について制限するものではない。従って、円筒形状、多角柱形状等とすることもできる。また、アノード電極18,19は、常時回転してもよいし、所定の間隔をおいて回転と停止を繰り返すようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the anode electrodes 18 and 19 have been described as having a plurality of blades 18b and 19b. However, the anode electrodes 18 and 19 have a structure in which the amount of deposited film on the anode electrodes 18 and 19 is not a problem. The shape is not particularly limited as long as the cathode electrode 2 side of 18 and 19 can be retracted. Accordingly, a cylindrical shape, a polygonal column shape, or the like can be used. Further, the anode electrodes 18 and 19 may be constantly rotated, or may be repeatedly rotated and stopped at a predetermined interval.

また、上記図1に示す実施の形態では、真空槽1内にカソード電極2を1台配置した例について示したものであるが、真空槽1内に、図2に示されるように、複数の各カソード電極2,2を配置する場合には、各カソード電極2,2の外周方向に沿って、複数のアノード電極18,19,20を配置すればよい。尚、図示されるものでは、隣接するカソード電極2,2間に、1本のアノード電極19を設けて、各カソード電極2,2の共用のものとして構造を簡素化している。
尚、上記図1及び図2に示す実施の形態では、カソード電極2の外周の一方向に沿って、アノード電極18,19,20を配置するようにしたが、カソード電極2の配置する方向は、必ずしも一方向に限られず、例えば、カソード電極2が長方形状であれば、各辺に沿って4本のアノード電極を配置するようにしてもよい。また、一方向へのアノード電極の軸支方法についても、特に制限するものではなく、アノード電極を一方向に複数の軸に分割して配置してもよい。
Further, in the embodiment shown in FIG. 1, the example in which one cathode electrode 2 is arranged in the vacuum chamber 1 is shown. However, as shown in FIG. When the cathode electrodes 2 and 2 are arranged, a plurality of anode electrodes 18, 19 and 20 may be arranged along the outer peripheral direction of the cathode electrodes 2 and 2. In the illustrated example, a single anode electrode 19 is provided between the adjacent cathode electrodes 2 and 2, and the structure is simplified so that the cathode electrodes 2 and 2 are shared.
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the anode electrodes 18, 19, and 20 are arranged along one direction on the outer periphery of the cathode electrode 2. For example, if the cathode electrode 2 is rectangular, four anode electrodes may be arranged along each side. Further, the method of axially supporting the anode electrode in one direction is not particularly limited, and the anode electrode may be divided into a plurality of axes in one direction.

また、上記図1に示す実施の形態では、防着板9を設けたものを説明したが、防着板9と同様に真空層1内壁や真空層1内の部品表面への防着のために、基板4への成膜や搬送に支障のない位置に、回転自在に構成された柱状体を軸支して配置することも可能であり、また、装置の構造に応じて複数の回転自在に構成された柱状体を軸支して配置することも可能である。   Further, in the embodiment shown in FIG. 1 described above, the case where the adhesion preventing plate 9 is provided has been described, but for the purpose of adhesion to the inner wall of the vacuum layer 1 and the surface of the components in the vacuum layer 1 as with the adhesion preventing plate 9. In addition, it is possible to pivotally arrange a columnar body configured to be rotatable at a position where there is no hindrance to film formation or conveyance on the substrate 4, and a plurality of rotations are possible depending on the structure of the apparatus. It is also possible to arrange the columnar bodies configured as described above by pivotally supporting them.

次に、図3を参照して、本発明の他の実施の形態のプラズマCVD処理を行う成膜装置について説明する。
図示される成膜装置は、真空槽21の天井に絶縁部材22を介してカソード電極23が設けられており、カソード電極23の外周にはシールド24が立設されている。カソード電極23は、給電部材25、整合器26を介して高周波電源27に接続されている。
カソード電極23と対向する側には、ヒーター28が内蔵された基板ホルダー29が設けられ、この基板ホルダー29上に基板30が固定される。
また、真空槽21には、原料ガスを導入するためのガス導入管33が接続されており、このガス導入管33から導入された原料ガスが反応した後のガスは、同様に真空槽21に開閉弁34を介して接続される真空ポンプ35により外部へ排気されるように構成されている。
Next, with reference to FIG. 3, a film forming apparatus for performing plasma CVD processing according to another embodiment of the present invention will be described.
In the illustrated film forming apparatus, a cathode electrode 23 is provided on the ceiling of the vacuum chamber 21 via an insulating member 22, and a shield 24 is erected on the outer periphery of the cathode electrode 23. The cathode electrode 23 is connected to a high frequency power source 27 via a power supply member 25 and a matching unit 26.
A substrate holder 29 with a built-in heater 28 is provided on the side facing the cathode electrode 23, and the substrate 30 is fixed on the substrate holder 29.
In addition, a gas introduction pipe 33 for introducing a source gas is connected to the vacuum chamber 21, and the gas after the reaction of the source gas introduced from the gas introduction pipe 33 reacts with the vacuum chamber 21. The vacuum pump 35 connected via the on-off valve 34 is configured to be exhausted to the outside.

本実施の形態では、シールド24の両端部の下方近傍に、カソード電極23の表面に対して平行に軸支され、回転自在に構成されたアノード電極31,32を配置し、これらアノード電極31,32は、接地電位又は正電位を印加することができるようになっている。尚、アノード電極31,32は、図1で説明したアノード電極18,19と同様に、回転軸31a,32aの周りに複数のアノード電極翼31b,32bを立設して構成され、図示しない駆動機構によって回転することができるように構成されている。   In the present embodiment, anode electrodes 31 and 32 that are pivotally supported in parallel with the surface of the cathode electrode 23 and configured to be rotatable are arranged near the lower portions of both ends of the shield 24. 32 can apply a ground potential or a positive potential. The anode electrodes 31 and 32 are configured by a plurality of anode electrode blades 31b and 32b being erected around the rotation shafts 31a and 32a in the same manner as the anode electrodes 18 and 19 described in FIG. It can be rotated by a mechanism.

上記構成において、ガス導入管33から原料ガスを導入して、高周波電力をカソード電極23より投入し、基板30を背後からヒーター28によって加熱し、電極23,31,32間の放電中の反応により、基板30に薄膜が形成されることになる。
その際、アノード電極31,32を上記図1及び図2で説明した防着板9の代わりとして機能し、特に問題となるシールド24への膜堆積量を低減することができる。
In the above configuration, the raw material gas is introduced from the gas introduction pipe 33, high frequency power is supplied from the cathode electrode 23, the substrate 30 is heated from behind by the heater 28, and the reaction between the electrodes 23, 31, and 32 is caused by the reaction during discharge. A thin film is formed on the substrate 30.
At this time, the anode electrodes 31 and 32 function as a substitute for the deposition preventing plate 9 described with reference to FIGS. 1 and 2, and the amount of film deposition on the shield 24 that is particularly problematic can be reduced.

尚、本実施の形態におけるアノード電極31,32も、先の実施の形態で説明したように、円筒形状、多角柱形状等としても同様な効果が得られる。また、アノード電極翼31a,32aは、常時回転してもよいし、所定の間隔をおいて回転と停止を繰り返すようにしてもよい。
図3の装置において、電極内部に原料ガスが導入され、基板に対面する電極表面に多孔を設けて原料ガスが基板に向かって吹き出すようにした形態としてもよいことはいうまでもない。
It should be noted that the anode electrodes 31 and 32 in the present embodiment can obtain the same effect even when they are formed in a cylindrical shape, a polygonal column shape, or the like, as described in the previous embodiment. In addition, the anode electrode blades 31a and 32a may be constantly rotated, or may be repeatedly rotated and stopped at a predetermined interval.
In the apparatus of FIG. 3, it is needless to say that the source gas is introduced into the electrode, the electrode surface facing the substrate is perforated, and the source gas is blown out toward the substrate.

上記した実施の形態では、基板を移動させながら成膜を行う構成について説明したが、本発明は、カソード電極の対面に静止して成膜を行う構成であっても適用することができる。
また、上記した実施の形態に使用することができる電源については、直流電流や、高周波電源で代表される交流電源を用いることができる。
In the above-described embodiment, the structure in which film formation is performed while moving the substrate has been described. However, the present invention can also be applied to a structure in which film formation is performed stationary on the opposite side of the cathode electrode.
As a power source that can be used in the above-described embodiment, a direct current or an alternating current power source represented by a high frequency power source can be used.

次に、上記図1で説明した成膜装置の具体的な実施例について説明する。
本実施例において、アノード電極18,19は、各回転軸18a,19aの周方向に放射状に60°間隔で、それぞれアノード電極翼18b,19bを6枚ずつ立設することにより構成した。尚、ターゲット3は、炭素から構成し、バッキングプレート6にメタルボンディングにより固定した。
そして、H2添加量を10%となるように、ガス導入管13からArガスを供給するとともに、ガス導入管12からH2ガスを供給し、真空槽1内の圧力を0.2Paに維持するように真空ポンプ11でガスを排気しながら、ターゲット3に5W/cm2の電力密度のDC電力により放電を行った。尚、前記H2流量は、次式に基づいて算出した。
2添加量=100×(H2流量)/(H2流量+Ar流量)
Next, a specific example of the film forming apparatus described in FIG. 1 will be described.
In this embodiment, the anode electrodes 18 and 19 are configured by standing up to six anode electrode blades 18b and 19b at 60 ° intervals radially in the circumferential direction of the rotary shafts 18a and 19a. The target 3 was made of carbon and fixed to the backing plate 6 by metal bonding.
Then, Ar gas is supplied from the gas introduction pipe 13 and H 2 gas is supplied from the gas introduction pipe 12 so that the H 2 addition amount becomes 10%, and the pressure in the vacuum chamber 1 is maintained at 0.2 Pa. The target 3 was discharged with DC power having a power density of 5 W / cm 2 while exhausting the gas with the vacuum pump 11. The H 2 flow rate was calculated based on the following equation.
H 2 addition amount = 100 × (H 2 flow rate) / (H 2 flow rate + Ar flow rate)

アノード電極翼18b,19bがシールド8に近接する状態で放電を開始し、放電を持続したまま、以後20時間経過する毎に、アノード電極翼18b,19bを60°ずつ回転させ、逐次アノード電極翼18b,19bがシールド8に近接する状態となるようにして、120時間にわたる異常放電発生数の経時変化を計測した。その結果を図4に示す。尚、同図中、横軸は放電時間、縦軸は異常放電の積算回数である。
尚、図4には、本実施例と比較するために比較例として、実施例の成膜装置からアノード電極18,19を除去した構成の成膜装置を使用して、実施例と同条件で異常放電発生数の経時変化を測定した結果も示した。
図4から、比較例では、異常放電の積算回数が約200回となっているのに対して、実施例では、異常放電の積算回数が50余回と極めて少なかった。尚、比較例の成膜装置では、アーク放電が発生して電源が遮断され、放電が停止するという事態が生じたが、本実施例の成膜装置では、そのようなことはなかった。
このように、実施例の成膜装置は、20時間に1回のペースでアノード電極18,19を60°ずつ回転させて、アノード電極翼18b,19bの炭素膜が形成されていない面を、カソード電極2から最短距離の位置に逐次移動させることにより、シールド8への膜堆積量及びアノード電極翼18b,19bへの膜堆積量を、異常放電が誘発されにくいレベルに抑制することができることがわかった。
The discharge is started in a state where the anode electrode blades 18b and 19b are close to the shield 8, and the anode electrode blades 18b and 19b are rotated by 60 ° every time 20 hours thereafter with the discharge being continued. The time-dependent change in the number of occurrences of abnormal discharge over 120 hours was measured so that 18b and 19b were close to the shield 8. The result is shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the discharge time, and the vertical axis represents the cumulative number of abnormal discharges.
In FIG. 4, as a comparative example for comparison with the present example, a film forming apparatus having a configuration in which the anode electrodes 18 and 19 are removed from the film forming apparatus of the example is used. The results of measuring the time-dependent change in the number of abnormal discharges are also shown.
From FIG. 4, in the comparative example, the cumulative number of abnormal discharges was about 200, whereas in the example, the cumulative number of abnormal discharges was as small as 50 or more. In the film forming apparatus of the comparative example, arc discharge occurred, the power supply was shut off, and the discharge stopped. However, the film forming apparatus of this example did not have such a situation.
Thus, in the film forming apparatus of the example, the anode electrodes 18 and 19 are rotated by 60 ° at a rate of once every 20 hours, and the surfaces of the anode electrode blades 18b and 19b on which the carbon film is not formed are By sequentially moving to the position of the shortest distance from the cathode electrode 2, the amount of film deposition on the shield 8 and the amount of film deposition on the anode electrode blades 18b and 19b can be suppressed to a level at which abnormal discharge is unlikely to be induced. all right.

次に、上記連続放電後のターゲット3の表面の状態を図5に示す。
同図(a)に示すように、実施例の成膜装置で使用したターゲット3の表面には、ノジュールcはわずかにしか発生していなかった。これに対して、比較例の成膜装置で使用したターゲット3の表面には、多量のノジュールc'の発生が見られた。面積計算すると、実施例のノジュールcの総面積は、21mm2であるのに対して、比較例のノジュールc'の総面積は、116mm2であった。
Next, the state of the surface of the target 3 after the continuous discharge is shown in FIG.
As shown in FIG. 5A, nodules c were generated only slightly on the surface of the target 3 used in the film forming apparatus of the example. On the other hand, a large amount of nodules c ′ was observed on the surface of the target 3 used in the film forming apparatus of the comparative example. When the area was calculated, the total area of the nodules c of the example was 21 mm 2 , whereas the total area of the nodules c ′ of the comparative example was 116 mm 2 .

尚、本実施例では、ターゲット3として炭素を使用したが、Si、B等の他の元素若しくはこれらを含む炭素化合物、In、Sn、Zn若しくはこれらを主成分とする酸化物、又は、これらの合金の酸化物等を利用することができる。
また、成膜時に導入されるガスとして、H2を使用したが、He、Ne、Xe、N2若しくは炭化水素ガス類も利用することができる。
In this example, carbon was used as the target 3, but other elements such as Si and B, carbon compounds containing these, In, Sn, Zn, oxides containing these as main components, or these An alloy oxide or the like can be used.
Further, although H 2 is used as a gas to be introduced at the time of film formation, He, Ne, Xe, N 2 or hydrocarbon gases can also be used.

本発明は、スパッタリング装置(RFスパッタリング装置、ACスパッタリング装置、ECRスパッタリング装置)やプラズマCVD装置等の電圧を印加して成膜を行う装置に利用することができる。   The present invention can be used for an apparatus for forming a film by applying a voltage, such as a sputtering apparatus (RF sputtering apparatus, AC sputtering apparatus, ECR sputtering apparatus) or a plasma CVD apparatus.

本発明の一実施の形態の成膜装置の説明図Explanatory drawing of the film-forming apparatus of one embodiment of this invention 図1の成膜装置の変更例の説明図Explanatory drawing of the example of a change of the film-forming apparatus of FIG. 本発明の他の実施の形態の成膜装置の説明図Explanatory drawing of the film-forming apparatus of other embodiment of this invention 実施例の成膜装置において、連続放電させた際の異常放電発生数の経時変化を示すプロット(実施例、比較例)In the film-forming apparatus of an Example, the plot which shows a time-dependent change of the abnormal discharge generation number at the time of carrying out a continuous discharge (Example, comparative example) 実施例の成膜装置におけるターゲット表面のノジュールの状態を示す説明図((a)実施例(b)比較例)Explanatory drawing which shows the state of the nodule of the target surface in the film-forming apparatus of an Example ((a) Example (b) Comparative example)

符号の説明Explanation of symbols

1 真空槽
2 カソード電極
3 ターゲット
4 基板
5 絶縁体
6 バッキングプレート
7 磁石
8 シールド
9 防着板
10 仕切り弁
11 真空ポンプ
12 導入管
13 導入管
14 マスフローコントローラ
15 マスフローコントローラ
16 ガスボンベ
17 ガスボンベ
18 アノード電極
19 アノード電極
20 アノード電極
21 真空槽
22 絶縁部材
23 カソード電極
24 シールド
25 給電部材
26 整合器
27 高周波電源
28 ヒーター
29 基板ホルダー
30 基板
31 アノード電極
32 アノード電極
33 ガス導入管
34 開閉弁
35 真空ポンプ
36 電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Cathode electrode 3 Target 4 Board | substrate 5 Insulator 6 Backing plate 7 Magnet 8 Shield 9 Deposition plate 10 Gate valve 11 Vacuum pump 12 Introducing pipe 13 Introducing pipe 14 Mass flow controller 15 Mass flow controller 16 Gas cylinder 17 Gas cylinder 18 Anode electrode 19 Anode electrode 20 Anode electrode 21 Vacuum chamber 22 Insulating member 23 Cathode electrode 24 Shield 25 Power supply member 26 Matching device 27 High frequency power supply 28 Heater 29 Substrate holder 30 Substrate 31 Anode electrode 32 Anode electrode 33 Gas introduction pipe 34 Open / close valve 35 Vacuum pump 36 Power source

Claims (3)

負電位を有するカソード電極の対向側に位置する基板に、放電現象により成膜を行うための成膜装置であって、前記カソード電極の外周側に接地されたシールドを設け、前記カソード電極の外周側、且つ、前記基板側に、接地電位又は正電位を有するアノード電極として、回転自在に構成された少なくとも1本以上の柱状体を、前記カソード電極の外周方向に沿って軸支して配置し、前記アノード電極の外周面にアノード電極翼を立設したことを特徴とする成膜装置。 A film forming apparatus for forming a film by a discharge phenomenon on a substrate positioned on the opposite side of a cathode electrode having a negative potential, wherein a grounded shield is provided on the outer peripheral side of the cathode electrode, and the outer periphery of the cathode electrode is provided. And at least one columnar body that is configured to be rotatable as an anode electrode having a ground potential or a positive potential on the substrate side and on the substrate side. A film forming apparatus , wherein anode electrode blades are erected on the outer peripheral surface of the anode electrode . 前記カソード電極は、ターゲットを備えることができるように構成され、前記カソード電極の上面外縁部を覆うようにして防着板を設け、前記防着板と前記アノード電極との間に成膜用ガスを導入するためのガス導入管を設け、スパッタリング現象により前記基板に成膜することを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。 The cathode electrode is configured so as to be provided with a target, and a deposition plate is provided so as to cover an outer edge portion of the upper surface of the cathode electrode, and a film forming gas is provided between the deposition plate and the anode electrode. The film forming apparatus according to claim 1, wherein a gas introduction tube for introducing a gas is provided, and the film is formed on the substrate by a sputtering phenomenon. 前記成膜装置は、反応性ガスを導入するとともにプラズマCVD法により前記基板に成膜するように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein the film forming apparatus is configured to introduce a reactive gas and form a film on the substrate by a plasma CVD method.
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