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KR20140025550A - 진공 성막 장치 - Google Patents

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KR20140025550A
KR20140025550A KR1020137034821A KR20137034821A KR20140025550A KR 20140025550 A KR20140025550 A KR 20140025550A KR 1020137034821 A KR1020137034821 A KR 1020137034821A KR 20137034821 A KR20137034821 A KR 20137034821A KR 20140025550 A KR20140025550 A KR 20140025550A
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KR
South Korea
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rotating
group
film
power supply
rotation
Prior art date
Application number
KR1020137034821A
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English (en)
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KR101578280B1 (ko
Inventor
히로시 다마가키
준지 하가
Original Assignee
가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Publication date
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Priority claimed from JP2011184819A external-priority patent/JP5634962B2/ja
Application filed by 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 filed Critical 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Publication of KR20140025550A publication Critical patent/KR20140025550A/ko
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Abstract

본 발명의 진공 성막 장치는, 기재에 피막을 형성하는 진공 성막 장치이며, 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내를 진공 배기하는 진공 배기 수단과, 자전한 상태에서 성막 대상인 상기 기재를 보유 지지하는 복수의 자전 보유 지지부와, 상기 복수의 자전 보유 지지부를 각 자전 보유 지지부의 회전축과 평행한 공전축 주위로 공전시키는 공전 기구를 구비하고, 상기 복수의 자전 보유 지지부는 복수의 군으로 나누어지고, 군마다 다른 전위가 되도록 전력이 각 자전 보유 지지부에 공급된다. 예를 들어, 각 군이, 마이너스의 전극이 되어 글로우 방전 플라즈마 생성에 주체적인 역할을 하는 작용극으로서 동작하는 상태와, 그 대향 전극으로서 동작하는 상태를, 시간적으로 교대로 반복한다.

Description

진공 성막 장치 {VACUUM FILM FORMATION DEVICE}
본 발명은, 진공 상태에 있어서 다수의 기재에 전압이 인가됨으로써 기재의 표면에 박막이 형성되는 진공 성막 방법[예를 들어, 이온 플레이팅(AIP법을 포함함), 스퍼터링법, 플라즈마 CVD법, 이들 조합을 포함함]이 실현되는 진공 성막 장치에 관한 것이다.
1980년대 이후, 절삭 공구의 수명 향상을 목적으로 하여, TiN이나 TiAlN 등의 경질 피막이 AIP(Arc Ion Plating)법, 또는 스퍼터링법 등의 진공 성막 방법에 의해 기재에 형성되어 있다. 또한, 최근에는 표면의 내(耐)마모성 및 내시징성의 향상을 목적으로 하여, CrN이나 DLC(Diamond-Like-Carbon) 등의 내마모성 코팅이 피스톤 링 및 자동차의 엔진 부품 등의 금속의 기계 부품에 활발히 행해지고 있다.
이러한 진공 성막을 행하는 장치는, 한번에 다량의 기재(부품)를 균일하게 처리하는 것을 목적으로 하여, 기재를 회전하는 테이블 위에(필요에 따라서 지그 등을 사용하여) 탑재(보유 지지)하고, 플라즈마 발생 또는 막질 조정을 목적으로 한 전압을 각 기재에 인가하면서 피막을 형성한다.
예를 들어, 특허 문헌 1은 플라즈마 발생부와, 다중 커스프 자계 발생부와, 보유 지지 회전부를 구비하는 성막 장치를 개시하고 있다. 플라즈마 발생부는, 성막 대상이 되는 기재를 배치하는 진공 챔버 내에 플라즈마를 발생시킨다. 다중 커스프 자계 발생부는, 플라즈마 발생부에 의해 발생시킨 플라즈마를 기재 주변의 공간(가두는 공간)에 가두는 멀티커스프 자계를 형성한다. 보유 지지 회전부는, 기재를 보유 지지하는 동시에 가두는 공간의 중심 근방을 중심축으로 하여 회전한다. 이 성막 장치에서는, 모든 기재가 당해 기재를 적재하는 테이블을 통하여 전원의 한쪽 전극에 접속되어 바이어스 전압을 부가하고 있다. 이들 기재는, 전원의 다른 쪽 전극에 접속됨으로써 접지 전위의 진공 챔버를 대향 전극으로 하여 글로우 방전을 발생시키고, 이에 의해 플라즈마를 생성한다. 그리고 원료 가스가, 이 플라즈마에 의해 분해되어 기재 표면 위에 피막이 형성된다.
또한, 특허 문헌 2는, 플라즈마 CVD법에 의해 피처리물(기재)의 표면에 피막을 형성하는 플라즈마 CVD 장치를 개시하고 있다. 이 플라즈마 CVD 장치는, 진공 챔버와, 플라즈마 발생부와, 반사부와, 원료 가스 도입부를 구비한다. 진공 챔버의 내부에는, 상기 피처리물이 배치된다. 플라즈마 발생부는, 진공 챔버 내에 플라즈마를 발생시킨다. 반사부는, 진공 챔버 내에 있어서 플라즈마 발생부와 대향하도록 설치되고, 이 플라즈마 발생부를 향해 플라즈마를 반사시킨다. 이 반사부의 플라즈마를 반사시키는 부분은, 금속으로 된 울에 의해 형성되어 있다. 원료 가스 도입부는, 진공 챔버 내에 피막의 재료가 되는 원료 가스를 도입한다. 이 플라즈마 CVD 장치에서는, 피처리물(피막이 형성되는 대상물)은 DC 전원에 접속되어 바이어스 전압을 부가하고 있다. 그리고 플라즈마 건에 의해 진공 챔버의 중앙부에 발생하게 된 플라즈마가 원료 가스를 분해하고, 이때, 바이어스 전압이 이 플라즈마의 주위를 둘러싸는 피처리물에 인가됨으로써, 피막이 형성된다.
또한, 특허 문헌 3은, 진공 챔버와, 공전 테이블과, 기재 홀더와, 스퍼터 증발원과, 바이어스 전원을 구비한 물리적 증착 장치를 개시하고 있다. 이들 공전 테이블과, 복수의 기재 홀더와, 스퍼터 증발원은 진공 챔버 내에 배치되어 있다. 공전 테이블은, 기재 홀더가 배치되는 설치면의 중앙에 있어서 당해 설치면과 직교하는 회전축을 회전 중심으로 하여 회전 가능하다. 복수의 기재 홀더는, 상기 회전축을 둘러싸도록 공전 테이블의 설치면 위에 배치되어 있다. 각 기재 홀더는, 자전 가능하게 상기 적재면 위에 각각 설치되어, 기재를 보유 지지한다. 스퍼터 증발원은, 상기 기재 홀더에 대향하는 위치에 배치된다. 바이어스 전원은, 상기 각 기재 홀더에 각각 접속되어 있다. 이 바이어스 전원은, 상기 각 기재 홀더에 마이너스의 펄스 형상의 바이어스 전압을 각각 인가 가능하다. 이에 의해, 각 기재 홀더에 보유 지지되는 기재에는, 동일한 전압이 인가된다. 또한, 특허 문헌 1은, 기재 홀더에 대향하는 위치에 아크 증발원이 배치되는 구성도 개시하고 있다. 바이어스 전원은 1대이며, 각 기재 홀더에 동일 전압을 인가한다.
또한, 특허 문헌 4는, AIP 장치를 개시한다. 이 AIP 장치에서는, AIP법의 원통 형상 아크 증발원이 원통 형상의 챔버 내의 중심에(챔버의 중심축을 따라) 놓이고, 회전 테이블에 탑재된 복수의 기재가 이 원통 형상 아크 증발원을 주위 방향으로 둘러싸도록 배치되어 있다. 이 AIP 장치는, 원통 형상 아크 증발원에 있어서 생성된 증기가 챔버의 중심으로부터 직경 방향 외측을 향해 공급되도록 구성되어 있다. 원통 형상 아크 증발원은, 아크 전원의 마이너스극에 접속되고, 그 표면에 아크 스폿을 생성하여 피막원 재료를 증발시킨다. 아크 증발원은, 쌍이 되어서 동작하는 양극을 필요로 한다. 이로 인해, 이 AIP 장치에 있어서는, 회전 테이블에 탑재된 기재가 원통 형상 아크 증발원을 그 주위 방향으로 둘러싸고 있으므로, 유효하게 동작하는 양극으로서, (1) 원통 형상 아크 증발원의 주변에 복수의 막대 형상의 양극, 또는 (2) 원통 형상 아크 증발원의 양단부 부근에 링 형상의 양극이 배치된다.
상술한 특허 문헌 1에 개시된 성막 장치에 있어서는 이하의 문제가 있다.
특허 문헌 1에 개시된 성막 장치에서는, 피막은 성막 대상인 기재 이외의 부분, 예를 들어 진공 챔버 내벽 등에도 부착된다. 진공 챔버의 내벽은, 기재와 같이 매회 교환되는 것은 아니다. 이로 인해, 진공 챔버측에 퇴적되는 절연 피막은, 성막 처리가 계속될수록, 두껍게 퇴적된다. 그리고 이 퇴적된 피막의 막 두께가 증대함에 따라, 진공 챔버 내벽의 전기적인 저항이 증대되고, 이 내벽을 한쪽 전극으로 하여 발생하는 플라즈마의 생성이 불안정해지거나, 조업 조건이 최적인 조건으로부터 벗어나는 경우가 있다.
또한, 특허 문헌 2에 개시된 플라즈마 CVD 장치는, 플라즈마 건에 의해 플라즈마가 생성되는 기구를 가지고, 진공 챔버 내에 있어서 자전하면서 공전하는 기재에는 펄스 형상의 바이어스 전압을 인가한다. 이와 같이 기재에 인가되는 전압이 펄스 형상이면, 기재 표면에 형성되는 절연성의 피막 챠지업이 방지되어, 안정적인 성막이 가능하게 된다. 그러나 기재에 인가되는 전압이 펄스 형상이라도, 절연 피막이 플라즈마 건의 주변, 반사부 및 접지된 진공 챔버의 내벽면에 퇴적된다. 이로 인해, 당해 플라즈마 CVD 장치에서는, 특허 문헌 1에 기재된 성막 장치와 마찬가지로, 성막 처리가 계속될수록 절연성 피막이 두껍게 퇴적되고, 이에 의해, 진공 챔버 내에 생성되는 플라즈마가 불안정해지기 쉽다. 이로 인해, 기재 이외의 장치 구성 부재도 교환, 및 빈번한 청소를 행할 필요가 있다.
또한, 특허 문헌 1에 기재된 성막 장치에서도 특허 문헌 2에 기재된 플라즈마 CVD 장치에서도, 기재 이외의 부분에 퇴적된 피막은, 막 두께가 두꺼워짐에 따라 박리되어 비산하기 쉬워져, 피막 결함의 원인도 된다. 이로 인해, 이들 성막 장치 및 플라즈마 CVD 장치에 있어서는, 정기적인 청소 등이 필요해진다. 이 정기적인 청소가 필요해진다는 문제는, CVD 피막이 도전성 피막의 경우에도 발생한다.
또한, 특허 문헌 3에 개시된 물리적 증착 장치에서는, 공전 테이블 위의 각 기재 홀더에 보유 지지되는 기재에는, 모두 동일한 전압이 인가되어 성막이 행해진다. 이로 인해, 1회의 처리에서는, 공전 테이블 위의 각 기재 홀더에 보유 지지되는 기재는, 동일 조건으로 피복된다. 처리되는 모든 기재에 대하여 동일한 막질이 요구되는 경우이며, 또한 모든 기재 홀더에 동일한 양의 기재가 보유 지지(탑재)될 경우에는, 이러한 조업에서 전혀 문제가 없다. 그러나 최근에는, 다품종의 소(小) 로트 생산의 요구가 높아지고 있으므로, 동일 조건에 있어서 피복 처리하는 수량이 감소되고 있다. 이로 인해, 상기 물리적 증착 장치의 진공 챔버 내에 기재가 가득 탑재되어 성막 처리되는 기회가 줄어, 생산성이 저하되고 있다.
또한, 특허 문헌 4에 개시된 AIP 장치에서는, 상기 (1)의 양극은 원통 형상 아크 증발원으로부터의 증기를 포착하여 당해 증기가 기재를 향하는 것을 방해하여, 성막 속도의 저하 즉 생산성의 저하를 일으킨다. 또한, 포착된 증기는 양극에 퇴적되고, 이 퇴적된 증기(피막원 재료)가 박리되어 떨어져 피막 결함의 원인이 된다. 이로 인해, 상기 (1)의 양극이 사용된 AIP 장치에서는, 양극의 청소를 빈번히 행해야만 하므로, 생산성의 저하를 일으킨다. 또한, 상기 (2)의 양극은, 상기 (1)의 양극과 같이 증기를 포착하는 일은 없지만, 원통 형상 아크 증발원의 길이 치수가 큰 경우에, 아크 방전의 아크 스폿의 위치 제어가 어려워 실용적이라고는 할 수 없다. 이로 인해, 실제 장치에서는 상기 (1)의 양극이 사용되고, 이에 의해, 생산성의 저하가 일어나고 있었다.
일본 특허 출원 공개 제2007-308758호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-169563호 공보 일본 특허 출원 공개 제2004-323883호 공보 일본 특허 출원 공개 평6-340968호 공보
본 발명의 목적은, 장시간에 걸쳐 사용해도 안정된 성막 조건을 유지할 수 있는 동시에, 기재 이외의 부분에 피막이 퇴적되기 어려우며, 성막 조건이 다른 경우에도 성막이 다수의 기재에 대하여 한번에 또한 균일하게 행해지는 진공 성막 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 면에 의하면, 기재에 피막을 형성하는 진공 성막 장치이며, 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내를 진공 배기하는 진공 배기 수단과, 복수의 회전축이 서로 평행해지도록 설정되고, 또한 각 회전축에 있어서 당해 회전축을 회전 중심으로 하여 자전하면서 성막 대상인 상기 기재를 보유 지지 가능한 복수의 자전 보유 지지부와, 상기 복수의 자전 보유 지지부를 각 자전 보유 지지부의 회전축과 평행한 공전축 주위로 공전시키는 공전 기구를 구비한다. 그리고 상기 복수의 자전 보유 지지부는 복수의 군으로 나누어지고, 군마다 상기 자전 보유 지지부가 다른 전위가 되도록 전력이 각 자전 보유 지지부에 공급되는 것이 가능하게 구성된다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 진공 성막 장치(플라즈마 CVD 장치)의 사시도이다.
도 2는 도 1의 진공 성막 장치의 전원 접속예를 도시하는 도면이다.
도 3은 자전 보유 지지부에의 기재의 설치예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 진공 성막 장치에 있어서의 회전 구동부 근방의 단면 모식도이다.
도 5는 공전 테이블에 있어서의 자전 보유 지지부의 배치를 도시하는 도면이다.
도 6은 제2 실시 형태에 관한 진공 성막 장치(아크 증발원을 탑재한 AIP 장치)의 사시도이다.
도 7은 도 6의 진공 성막 장치의 전원 접속예를 도시하는 도면이다.
도 8은 제3 실시 형태에 관한 진공 성막 장치(원통 형상 아크 증발원을 탑재한 AIP 장치)의 전원 접속예를 도시하는 도면이다.
도 9는 도 8의 진공 성막 장치에 있어서의 전원 접속의 타이밍 차트이다.
이하, 본 발명에 관한 진공 성막 장치의 실시 형태를, 도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 다른 실시 형태라도 동일한 부품에는 동일한 부호가 부여되어 있다. 그들의 명칭 및 기능도 동일하다. 따라서, 그들에 관한 상세한 설명은 반복하지 않는다.
<제1 실시 형태>
[전체 구성]
도 1은, 본 발명의 진공 성막 장치의 일례인 플라즈마 CVD 장치(100)의 전체 구성을 나타내고 있다. 도 2는, 플라즈마 CVD 장치(100)의 전원 접속예이다.
이 플라즈마 CVD 장치(100)는 진공 챔버(2)와, 진공 배기부(3)와, 복수의 자전 보유 지지부(4)를 갖고 있다. 진공 배기부(3)는 진공 챔버(2) 내를 진공 배기한다. 각 자전 보유 지지부(4)는 성막 대상인 기재(W)를 보유 지지한다. 또한, 각 자전 보유 지지부(4)는 기재(W)를 보유 지지한 상태 그대로 자전한다. 이들 복수의 자전 보유 지지부(4)는 각 자전 보유 지지부(4)의 회전축이 서로 평행해지도록, 공전 테이블(5)에 배치되어 있다. 이 플라즈마 CVD 장치(100)는 공전 기구(8)를 구비하고 있다. 이 공전 기구(8)는 복수의 자전 보유 지지부(4)가 설치된 공전 테이블(5)을 각 자전 보유 지지부(4)의 회전축[자전축(P)]과 평행한 회전축[공전축(Q)] 주위로 공전시킨다. 이러한 공전 기구(8)에 의해, 기재(W)는 자전과 공전을 동시에 행하면서 균일하게 성막된다. 이러한 기구는, 총칭하여 자공전 기구, 유성 회전 기구, 또는 2(two)-fold rotation 기구라고 불리는 경우가 있다.
또한, 본 발명에 있어서「자전 보유 지지부(4)가 자전하는」이란, 자전 보유 지지부(4)를 관통하는 자전축(P) 주위로 자전 보유 지지부(4)가 회전하는(스핀하는) 것을 말한다. 또한,「자전 보유 지지부(4)가 공전하는」이란, 자전 보유 지지부(4)가 자기 자신으로부터 떨어진 공전축(Q) 주위로 회전하는 것, 바꿔 말하면 자전 보유 지지부(4)가 공전축(Q)의 주위를 주회하는 것을 말한다.
상술한 플라즈마 CVD 장치(100)의 구성을 더욱 상세하게 설명한다.
진공 챔버(2)는 그 내부를 외부에 대하여 기밀하게 하는 것이 가능한 구성의 하우징이다. 진공 챔버(2)의 측방에는, 진공 펌프(3)(진공 배기부)가 설치되어 있다. 진공 펌프(3)는 진공 챔버(2) 내에 있는 기체를 외부로 배기하여 진공 챔버(2) 내를 저압 상태(진공 또는 대략 진공 상태)로 한다. 이 진공 펌프(3)는 진공 챔버(2) 내를 진공 상태까지 감압 가능하다. 그리고 복수의 기재(W)가 자전 보유 지지부(4)에 각각 보유 지지된 상태에서 진공 챔버(2)의 내부에 수용되어 있다.
제1 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치(100)에 있어서 성막되는 기재(W)는, 균일한 성막을 가능하게 하기 위해, 상하로 긴 원기둥 형상 공간 내에 배치된다.
예를 들어, 기재(W)가 도 3의 (a)에 도시한 바와 같은 피스톤 링인 경우에는, 도 3의 (a)와 같이, 각 기재(W)는, 대략 원통 형상이 되도록 적층된 상태에서 자전 보유 지지부(4)에 설치된다. 각 기재(W)가 적층되었을 때에 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 주위 방향의 일부가 결락되어(개구되어) 완전한 원통이 안될 경우, 개구된 부분이 커버(11)에 의해 덮어진다. 이에 의해, 균일한 성막이 가능하게 된다.
또한, 성막 대상인 기재(W)가 도 3의 (b)에 도시한 바와 같은 소형 부재(예를 들어 작은 피스톤 핀)의 경우, 복수의 원판(12)이 상하 방향으로 간격을 두고 다단으로 적층된 설치 지그(13)가 준비되고, 각 기재(W)가 각각의 원판(12)에 배치된다. 이 설치 지그(13)는 상기 원기둥 형상 공간 내에 수용되도록 구성된다. 도 3의 (b)에 도시한 바와 같은 기재 탑재 형태는, 기재(W)가 드릴이나 엔드밀과 같은 축 형상 공구에도 적용 가능하다. 더욱 바람직하게는, 1개 1개의 기재(W)가 설치 지그(13)에 탑재된 상태에서 개별로 회전하도록 당해 설치 지그(13)가 구성되어도 된다.
또한, 기재(W)가 상기 이외의 형상물일 경우에는, 설치 지그와 당해 설치 지그에 탑재된 기재(W)가 상기 원기둥 형상 공간 내에 수용되도록, 설치 지그가 적절히 제작된다.
자전 보유 지지부(4)는, 예를 들어 그 상면이 수평하게 되어 있는 원형의 적재대이다. 자전 보유 지지부(4)는 상하 방향으로 연장되는 회전축[자전축(P)] 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 자전 보유 지지부(4)는 상면 또는 당해 자전 보유 지지부(4)의 상방에 배치된 기재(W)를 회전축[자전축(P)] 주위로 회전시키면서 보유 지지할 수 있다. 자전 보유 지지부(4)는 급전 가능하게 구성되고, 공급된 전압은 자전 보유 지지부(4)를 통하여 각 기재(W)에 인가된다.
도 1에 도시한 플라즈마 CVD 장치(100)의 경우, 자전 보유 지지부(4)는 6개 배치되어 있다. 이들 6개의 자전 보유 지지부(4)는 평면에서 보아 하나의 원 위에 배열되도록 공전 테이블(5)의 상면에 배치되어 있다. 이 6개의 자전 보유 지지부(4)는 A군과 B군으로 나누어져 있다.
공전 테이블(5)의 중심축[공전축(Q)]은 상하 방향으로 연장된다. 그리고 공전 테이블(5)은 공전축(Q) 주위로 회전한다. 상술한 바와 같이 복수(6개)의 자전 보유 지지부(4)는 공전 테이블(5)의 상면에 있어서, 공전축(Q)을 중심으로 하는 원주 위에 간격을 두고 배열되어 있다. 상세하게는, 복수의 자전 보유 지지부(4)는 공전 테이블(5)의 상면에 있어서, 공전 테이블(5)의 공전축(Q)으로부터의 거리(반경)가 동등하고, 또한 공전축(Q) 주위(주위 방향)에 등간격으로 배열되도록 배치되어 있다. 공전 테이블(5)을 공전축(Q) 주위로 회전시키는 공전 기구(8)가 공전 테이블(5)의 하측에 설치되어 있다.
공전 기구(8)는 축부(14)와 회전 구동부(15)를 갖고 있다. 축부(14)는 공전 테이블(5)의 하면으로부터 공전축(Q)을 따라 하방으로 연장되어 있다. 회전 구동부(15)는 축부(14)를 회전 구동시킨다. 이러한 공전 기구(8)가 공전 테이블(5)을 공전축(Q) 주위로 회전시키면, 기재(W)를 보유 지지한 자전 보유 지지부(4)가 공전축(Q) 주위로 회전(공전)한다. 이 공전과 동시에 자전 보유 지지부(4)가 그 축심[자전축(P)] 주위로 회전하는 구성이므로, 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)가 자전 보유 지지부(4)와 함께 자전축(P) 주위로 회전한다.
이러한 기구에 의해, 기재(W)는 진공 챔버(2) 내에서, 각 자전 보유 지지부(4)에 의해 자전축(P)을 중심으로 회전하면서 공전 테이블(5)에 의해 공전축(Q) 주위를 자전 보유 지지부(4)와 함께 회전한 상태(자전하면서 공전한 상태)로 성막된다.
또한, 각 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)는, 자전 보유 지지부(4)의 회전에 의한 위상이 고려되고, 또한 인접하는 기재(W)의 크기가 조정되는 등에 의해, 상기 자전하면서 공전한 상태일 때에 서로 기계 간섭하지 않도록 설치된다.
또한, 플라즈마 CVD 장치(100)는 가스 공급부(9)와, 플라즈마 발생 전원(10)을 구비하고 있다. 이 플라즈마 CVD 장치(100)는 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)에 플라즈마 CVD법을 이용하여 피막을 형성한다. 가스 공급부(9)는 진공 챔버(2) 내에 원료 가스를 포함하는 프로세스 가스를 공급한다. 플라즈마 발생 전원(10)은 교류 전원이다. 이 플라즈마 발생 전원(10)은 A, B 2군의 자전 보유 지지부(4)가 그 양극에 접속되어[상세하게는, A군의 자전 보유 지지부(4)가 당해 플라즈마 발생 전원(10)의 한쪽 극에 접속되는 동시에 B군의 자전 보유 지지부(4)가 당해 플라즈마 발생 전원(10)의 다른 쪽 극에 접속되어], 진공 챔버(2) 내에 공급된 프로세스 가스에 플라즈마를 발생시킨다.
가스 공급부(9)는 봄베(16)를 갖고, CVD 피막의 형성에 필요한 원료 가스 및 성막을 어시스트하는 어시스트 가스를 봄베(16)로부터 소정량만큼 진공 챔버(2) 내에 공급한다.
DLC(다이아몬드 라이크 카본, 비정질 카본막) 등의 카본계의 CVD 피막이 성막될 경우, 프로세스 가스는, 예를 들어 탄화수소(아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 에탄, 벤젠, 톨루엔 등)를 함유하는 원료 가스에, 불활성 가스(아르곤, 헬륨 등)를 어시스트 가스로서 첨가한 것이다. 또한, 실리콘 화합물계의 CVD 피막(SiOx막, SiOC막, SiNx막, SiCN막)이 성막될 경우, 프로세스 가스는, 예를 들어 실리콘계 유기 화합물(모노실란, TMS, TEOS, HMDSO 등) 또는 실란 등의 실리콘을 함유하는 원료 가스에, 산소 등의 반응 가스를 첨가하고, 나아가 아르곤 등의 불활성 가스를 어시스트 가스로서 첨가한 것이다. 또한, 플라즈마 CVD 장치(100)는 CVD 피막으로서, 상술한 것 이외에, TiOx막, AlOx막, AlN막 등을 성막할 수 있다.
또한, 소량의 첨가 원료 가스가 주된 원료 가스에 혼합되는 경우도 있다. 예를 들어, DLC 피막이 형성될 때에, 실리콘계 유기 화합물 가스가 주된 원료 가스인 탄화수소에 소량 첨가됨으로써, DLC 중에 Si를 함유하는 피막이 형성된다. 또는, DLC 피막이 형성될 때에, 금속을 함유하는 원료 가스[예로서, TiPP(티타늄이소프로폭시드) 또는 TDMAT(테트라디메틸아미노티타늄)]가 주된 원료 가스인 탄화수소에 소량 첨가됨으로써, DLC 중에 금속(예에서는 티타늄)을 함유하는 피막이 형성된다.
또한, 이들 원료 가스, 반응 가스 및 어시스트 가스는, 몇 종류의 가스를 적절히 조합시켜도 된다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 다른 피막 공급원(6)(스퍼터원, 아크 증발원 등)이 진공 챔버(2) 내에 설치되어도 된다.
또한, 진공 챔버(2) 내에는, 가열 히터(17)가 적절히 배치되어도 된다. 이 가열 히터(17)는 기재(W)의 온도를 제어함으로써 당해 기재(W)에 성막되는 피막의 막질을 조정한다.
이하, 회전 기구 및 급전 기구에 대하여 상세하게 설명한다.
[급전 기구 및 회전 기구]
플라즈마 발생 전원(10)은 진공 챔버(2) 내에 프로세스 가스가 공급된 상태에서 글로우 방전을 발생시킴으로써 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마 발생 전원(10)은 교류 전력을 공급한다. 이 플라즈마 발생 전원(10)이 공급하는 전력은, 정현파의 파형을 따라서 전류와 전압이 플러스 마이너스로 변화되는 교류의 전력이라도 되고, 또한 펄스 형상의 파형을 따라서 플러스 마이너스로 교체되는 구형파의 교류 전력이라도 된다. 또한, 이 교류 전력으로서, 연속된 동일 극성의 펄스군이 교대로 나타내는 것 또는 정현파의 교류 전력에 구형파를 중첩한 것이 사용되어도 된다. 또한, 실제 플라즈마 발생 중의 교류 전력의 전압, 전류 파형은 플라즈마 생성의 영향에 의해 변형되는 경우가 있다. 또한, 플라즈마가 발생하면 교류 전압의 제로 레벨이 시프트하므로, 접지 전위에 대한 각 전극의 전위가 측정되면, 인가 전압의 80-95%가 마이너스측 전극에 가해지고, 인가 전압의 5-20%가 플러스측 전극에 가해지는 것이 관찰된다. 플라즈마 발생 시의 마이너스측 전극은, 플라즈마 중의 양이온을 끌어들이는 동시에, 상기 양이온의 충격에 의해 전자를 방출하여 플라즈마에 공급한다. 이와 같이, 마이너스측 전극은 글로우 방전 플라즈마 생성에 주체적인 역할을 하는 작용극이 된다. 플러스측 전극은, 플라즈마 중의 전자를 끌어들이는 상태에 있고, 글로우 방전 플라즈마 생성을 위한 대향 전극이 된다.
플라즈마 발생 전원(10)으로부터 공급되는 교류 전력의 주파수는, 바람직하게는 1kHz 내지 1MHz이다. 교류 전력의 주파수가 1kHz 미만에서는, 피막의 챠지 업이 일어나기 쉽다. 또한, 교류 전력의 주파수가 1MHz를 초과하면, 자전하면서 공전한 상태의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)에 전력을 전달하는 기구가 어렵다. 또한 전원의 입수성 등을 고려하면, 교류 전력의 주파수가 10kHz 내지 400kHz의 범위인 것이 보다 바람직하다. 또한, 플라즈마 발생 전원(10)으로부터 공급되는 교류 전력은, 바람직하게는 전압의 파고값으로 글로우 방전의 유지에 필요한 300 내지 3000V이다. 또한, 플라즈마 발생 전원(10)으로부터 공급되는 교류 전력은, 기재(W)의 표면적에 의해 변동되지만, 단위 면적당의 전력에 있어서 0.05 내지 5W/㎠ 정도의 전력 밀도인 것이 바람직하다.
이러한 주파수, 전압, 전력(전력 밀도)의 교류 전력이 진공 챔버(2) 내에 배치된 한 쌍의 전극 사이에 공급되면, 글로우 방전이 상기 전극 사이에 발생하고, 플라즈마가 생성된다. 그리고 진공 챔버(2) 내에 공급된 프로세스 가스가 이 플라즈마에 의해 분해되면, 분해된 원료 가스 등의 성분이 전극 표면에 퇴적됨으로써, CVD 피막이 성막된다. 즉, 한 쌍의 전극 중 어느 하나에 기재(W)가 사용되면, CVD 피막이 기재(W)의 표면에 성막된다.
그런데, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 CVD 장치(100)에 있어서, 복수의 자전 보유 지지부(4)의 반수가, 플라즈마 발생 전원(10)의 한쪽 전극에 접속되어, 제1 군(18)을 구성한다. 또한, 복수의 자전 보유 지지부(4)의 나머지 반수가, 플라즈마 발생 전원(10)의 다른 쪽 전극에 접속되어, 제2 군(19)을 구성한다. 즉, 제1 군(18)의 자전 보유 지지부(4)와, 제2 군(19)의 자전 보유 지지부(4)가 서로 다른 극성이 된다. 이로 인해, 제1 군(18)의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)와, 제2 군(19)의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W) 사이에 플라즈마가 생성된다.
상세하게는, 자전 보유 지지부(4)가 공전 테이블(5)에 6개 배치되어 있는 상태에 있어서, 도 2의「A」로 나타내는 제1 군(18)의 자전 보유 지지부(4)는 3개이며, 또한 도 2의「B」로 나타내는 제2 군(19)의 자전 보유 지지부(4)도 3개이다. 즉, 본 실시 형태에서는, 제1 군(18)의 자전 보유 지지부(4)의 수와 제2 군(19)의 자전 보유 지지부(4)의 수는 동일수이다.
이들 자전 보유 지지부(4)에 대해서는, 제1 군(18)의 자전 보유 지지부(4)의 양 옆에 제2 군(19)의 자전 보유 지지부(4)가 각각 설치되고, 이들 제2 군(19)의 자전 보유 지지부(4)의 또 옆에 제1 군(18)에 속하는 다른 자전 보유 지지부(4)가 설치되어 있다. 즉, 제1 군(18)의 자전 보유 지지부(4)와 제2 군(19)의 자전 보유 지지부(4)는, 공전 테이블(5)의 공전축(Q) 주위로 1개씩 교대로 배열되어 있다.
그리고 제1 군(18)에 속하는 3개의 자전 보유 지지부(4)는, 모두 플라즈마 발생 전원(10) 중 한쪽 전극에 접속되어 있다. 또한 제2 군(19)에 속하는 3개의 자전 보유 지지부(4)는, 모두 플라즈마 발생 전원(10)의 다른 쪽 전극에 접속되어 있다. 즉, 전압 인가 중은, 제1 군(18)의 자전 보유 지지부(4)와, 제2 군(19)의 자전 보유 지지부(4)는 항상 반대의 극성으로 되어 있다.
도 4는, 플라즈마 CVD 장치(100)의 회전 구동부(15) 근방 단면의 모식도이다.
이 플라즈마 CVD 장치(100)의 공전 테이블(5)은 진공 챔버(2)의 저면측에 설치되어 있다. 상세하게는, 공전 테이블(5)은 공전 베어링(155)과 회전축 시일(156)을 통하여 회전(공전) 가능하게 진공 챔버(2)에 설치되어 있다. 또한, 공전 테이블(5)은 회전(공전) 시라도 진공 챔버(2) 내의 진공을 보유 지지 가능하게 당해 진공 챔버(2)에 설치되어 있다. 그리고 공전 테이블(5)은, 드라이브 기어(153)(또는 풀리) 등의 기구에 의해, 공전축(Q)을 회전축으로 하여 공전한다. 또한, 공전 테이블(5)은 축부(152)(14)와 일체적으로 형성되어 있다.
복수(본 실시 형태에서는 6개)의 자전축부(164)가 자전 베어링(161)을 통하여 공전 테이블(5)에 설치되어 있다. 각 자전축부(164)는 자전축(P)을 회전축으로 하여 자전 가능하게 자전 보유 지지부(4)를 각각 지지한다. 자전축부(164)가 기어(160)를 갖고, 이 기어(160)가 고정 기어(154)와 맞물린다. 이에 의해, 공전 테이블(5)의 회전(공전)에 의해 자전축부(164)가 공전축(Q) 주위로 공전하면, 고정 기어(154)와 기어(160)의 맞물림에 의해, 자전축부(164)가 자전축(P) 주위로 자전한다. 자전축부(164)의 자전에 의해, 자전 보유 지지부(4)가 자전축(P)을 회전축으로 하여 자전한다. 또한, 고정 기어(154)는 도 4에 있어서는, 자전축부(164)의 내측[공전축(Q)측]에 설치되어 있지만, 외측에 설치되어도 된다.
기재(W)를 직접 보유 지지(탑재)하기 위한 자전 테이블(162)(도면에서는 원판 형상)이, 절연물(163)을 통하여 자전축부(164)의 상부에 설치되어 있다. 플라즈마 발생 전원(10)으로부터의 교류 전력이 브러시(158)를 통하여 자전 테이블(162)에 공급된다. 또한, 공전 테이블(5)과 브러시(158)는, 절연 부재(159)에 의해 절연되어 있다. 자전 테이블(162)끼리의 공전 테이블(5)을 통한 전기적 접속은 없다.
전압 피드 스루(157)가 공전 테이블(5)의 중앙부에 설치되어 있다. 전압 피드 스루(157)는, 공전 테이블(5)의 하방으로부터 공급된 교류 전력을, 진공 챔버(2) 내의 진공을 유지하고 또한 공전 테이블(5)의 하측과 상측의 전기적 절연도 유지한 상태에서, 공전 테이블(5)의 상방에 공급한다. 공급된 교류 전력은, 배선에 의해 브러시(158)에 공급된다. 이 교류 전력은, 브러시(158)로부터 자전 테이블(162)로 공급되고, 이어서 자전 테이블(162)로부터 기재(W)로 공급된다. 이러한 경로를 지나, 교류 전력이 기재(W)에 공급된다.
각 자전 테이블(162)에 교류 전력을 공급하는 브러시(158)는 공전 테이블(5)에 설치된 자전 보유 지지부(4)의 수와 동일한 수만큼 존재한다. 상술한 바와 같이, 군마다 다른 극성이 반대가 되는 교류 전력이 공급된다. 따라서, 전압 피드 스루(157)는, 상기 군의 수와 동일한 수의 전극을 갖는다. 전압 피드 스루(157)는, 플라즈마 발생 전원(10)으로부터 슬립 링(151)을 통하여, 플라즈마 발생 전원(10)에 대하여 회전 가능한 상태에서 교류 전력을 공급된다.
또한, 각 자전 보유 지지부(4)가 상기와 같은 극성이 되도록, 브러시 기구가 공전 테이블(5)의 축부(152) 및 자전 보유 지지부(4)의 자전축부(164)에 각각 설치되고, 각각의 극성 전압이 이 브러시 기구를 통하여 인가된다. 자전축부(164)는 자전 베어링(161)을 통하여 회전 가능하게 공전 테이블(5)에 보유 지지되어 있지만, 이 자전 베어링(161)을 통하여 전압이 인가되도록 구성되어도 된다.
[성막 방법]
이상과 같은 플라즈마 CVD 장치(100)를 사용한 성막 처리에 대하여 설명한다. 이 플라즈마 CVD 장치(100)에서는, 진공 챔버(2) 내에 배치된 공전 테이블(5) 위에 있어서, 자전 보유 지지부(4)가 공전축(Q)을 중심으로 한 원주 위에 60°간격으로 6개 배치되어 있다.
우선, 기재(W)가 각 자전 보유 지지부(4)에 세트되고, 진공 챔버(2) 내가 고진공 상태가 될 때까지 배기된다. 이어서, 필요에 따라, Ar 등의 불활성 가스, H2, 또는 O2 등의 가스가 가스 공급부(9)로부터 진공 챔버(2) 내에 공급되고, 플라즈마 발생 전원(10)이 전력을 공급하여 표면 정화를 위한 글로우 방전을 기재(W) 사이에 발생시켜도 된다(이온 봄바드 처리). 또한, 상술한 가열 히터(17)가 사용되고, 자전하면서 공전하는 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)에 대한 예비 가열이 행해져도 된다. 또한, 진공 챔버(2) 내에 다른 피막 공급원(6)(스퍼터원, 아크 증발원 등)이 설치된 경우에는, 이들 피막 공급원이, 플라즈마 CVD에 의한 피막과 기재 사이에 위치하는 중간층을 형성해도 된다.
이 후, 가스 공급부(9)가 프로세스 가스를 진공 챔버(2) 내에 공급하고, 진공 챔버(2) 내는 성막에 적합한 0.1 내지 1000Pa의 압력으로 유지된다.
성막에 있어서는, 플라즈마 발생 전원(10)이 교류 전력을 공급함으로써, 제1 군(18)의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)와 제2 군(19)의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W) 사이에 글로우 방전이 발생하고, 이에 의해, 성막에 필요한 플라즈마가 다른 군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W) 사이에 발생한다.
성막 시의 적합한 압력은, 성막하려고 하는 CVD 피막(프로세스 가스 또는 반응성 가스)의 종류에 따라 다르다. 본 실시 형태에서는, 0.1Pa 내지 1000Pa 정도의 압력이 바람직하다. 진공 챔버(2) 내의 압력이 0.1Pa 내지 1000Pa 정도가 됨으로써, 안정된 글로우 방전이 발생하고, 양호한 성막 속도의 성막이 행해진다. 또한, 기체 중에서의 반응에 수반하는 파우더의 생성을 억제하는 관점에서는, 성막 시의 압력은, 바람직하게는 100Pa 이하다.
또한, 플라즈마 발생 전원(10)으로부터 공급되는 교류 전력의 전압은, 글로우 방전 유지에 필요한 300V 내지 3000V 사이(양극 간 전압의 파고값)이다. 또한, 플라즈마 발생 전원(10)으로부터 공급되는 교류의 전력은, 바람직하게는 단위 면적당의 전력으로 환산하면 0.05 내지 5W/㎠ 정도다.
이와 같이 플라즈마 발생 전원(10)으로부터 공급되는 교류의 전압 및 전력이 조정된 다음, 자전하면서 공전하는 자전 보유 지지부(4)에 기재(W)가 보유 지지됨으로써, 공전축(Q)의 주위 방향에 인접하는 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)[근접하는 기재(W)] 사이에 안정된 글로우 방전이 발생한다. 이에 의해, 균일한 막 두께의 CVD 피막이 기재(W)의 표면에 형성된다.
성막 처리가 끝나면, 플라즈마 발생 전원(10)의 출력과, 프로세스 가스의 도입이 정지되어, 성막이 종료된다. 기재(W)의 온도가 높은 경우, 필요에 따라 기재(W)의 온도가 저하될 때까지 기다리고, 그 후, 진공 챔버(2) 내가 대기에 개방되고, 기재(W)가 자전 보유 지지부(4)로부터 제거된다. 이와 같이 하면, 표면에 CVD 피막이 형성된 기재(W)가 얻어진다.
상술한 바와 같이, 서로가 역극성으로 된 제1 군(18)의 자전 보유 지지부(4)와 제2 군(19)의 자전 보유 지지부(4)가 주위 방향에 교대로 배치되면, 주위 방향에 인접하는 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지되는 기재(W) 사이에 반드시 전위차가 발생한다. 이에 의해, 양자 사이에 글로우 방전이 발생한다. 그리고 플라즈마 발생 전원(10)으로부터 공급되는 전력의 플러스 마이너스가 교체되면, 주위 방향에 인접하는 자전 보유 지지부(4)의 극성도 교체되고, 계속해서 양자 사이에 글로우 방전이 발생한다. 따라서, 당해 플라즈마 CVD 장치(100)에서는, 다수의 기재(W)에 대하여 한번에 또한 균일하게 성막이 행해진다.
즉, 제1 군(18)의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)가 작용극으로서 작용하여 이 기재(W)에 CVD 피막이 성막되어 있을 때에, 제2 군(19)의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)가 대향 전극(반대극)이 된다. 그리고 플라즈마 발생 전원(10)으로부터 공급되는 전력의 플러스 마이너스가 교체되면, 제2 군(19)의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)가 작용극이 되고, 제1 군(18)의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)가 대향 전극이 된다.
[효과]
이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 CVD 장치(100)에서는, 기재(W)가 글로우 방전을 발생시키기 위한 대향 전극으로서도 기능하므로, 공전 테이블(5) 및 진공 챔버(2)의 하우징은, 글로우 방전을 발생시키기 위한 대향 전극으로 되지 않는다. 그로 인해, 이들 공전 테이블(5) 및 진공 챔버(2) 등의 부재는, 플라즈마 생성을 위한 글로우 방전 발생용 전극으로서 작용하지 않는다. 따라서, 플라즈마 CVD 장치(100)가 장시간 운전되어, 가령 절연 피막이 공전 테이블(5) 및 진공 챔버(2) 등의 부재에 두껍게 퇴적되었다고 해도, 플라즈마가 불안정화되지 않는다. 그 결과, 플라즈마 CVD 장치(100)는 막질 및 두께에 편차가 없는 CVD 피막을 안정적으로 생산할 수 있다. 또한, 공전 테이블(5) 및 진공 챔버(2) 등의 부재는, 글로우 방전을 발생시키기 위한 전극으로서 작용하고 있지 않으므로, 원료 가스를 분해하는 플라즈마에 노출되지 않는다. 이로 인해, 종래의 성막 장치에 비해 이들 부재[공전 테이블(5) 및 진공 챔버(2) 등]에는 피막이 퇴적되기 어렵다. 그 결과, 피막의 두꺼운 퇴적이 원인이 되는 플레이크의 비산도 일어나기 어렵고, 피막 결함도 발생하기 어렵다. 또한, 금속 함유의 DLC로 대표되는 피막은, 피막 자신이 약간 도전성을 나타내지만, 이 경우도 진공 챔버(2)의 하우징 등에 퇴적하기 어렵다. 이로 인해, 플레이크의 비산이 일어나기 어렵고, 피막 결함이 발생하기 어렵다. 또한, 금속 함유 DLC와 같은 일정한 도전성의 피막이 기재에 형성되는 경우에도, 플라즈마가 약한 챔버부에 막질이 나쁜 절연성의 피막이 형성되는 경우가 있다. 이러한 경우, 플라즈마의 불안정화 방지 효과가 나타난다.
상술한 제1 실시 형태에 관해서는, 가장 적합한 실시 형태를 예로 들어 설명이 행해졌다. 기술의 본질적인 요소는, 공전 테이블(5) 위의 각 자전 보유 지지부(4)에 배치된 기재(W)가 군으로 나누어지고, 각 군이, 글로우 방전 플라즈마를 생성할 때에 당해 플라즈마 생성에 주체적으로 기능하는 마이너스 전위의 작용극으로서 작용하는 기간과, 그 대향 전극으로서 작용하는 기간을 교대로 반복하는 점에 있다. 이에 의해, 진공 챔버 등의 부재가 플라즈마 생성에 관여하는 역할로부터 개방되어, 가령 그들이 절연막으로 덮였다고 해도 플라즈마가 불안정해지는 등의 악영향이 억제된다.
이러한 시점으로부터 보면, 제1 실시 형태의 범위는, 1대의 플라즈마 발생 전원(10)의 양극에 접속된, 2군의 자전 보유 지지부(4)를 갖는 상기 플라즈마 CVD 장치(100)에 한정되지 않는다. 예를 들어, 자전 보유 지지부(4)가 3군으로 분할되어, 각 군의 자전 보유 지지부(4)가 마이너스 전위의 글로우 방전 플라즈마 생성의 작용극으로서 작용하는 기간과, 그 대향 전극으로서 작용하는 기간과, 플라즈마를 발생시키는 전원 회로로부터 분리되어 플라즈마 생성에 기여하지 않는 기간을 순서대로 또한 서로 다른 기간이 되도록, 각각 반복해도 된다. 또는, 예를 들어 자전 보유 지지부가 3군으로 분할된다. 그리고 각 군의 자전 보유 지지부(4)는 마이너스 전위의 글로우 방전 플라즈마 생성의 작용극으로서 작용하는 시간적 비율을 2/3, 그 대향 전극으로서 작용하는 시간적 비율을 1/3로 하여, 이것을 각 군의 자전 보유 지지부(4)가 각각 반복해도 된다. 또한, 예를 들어 자전 보유 지지부(4)가 3군으로 분할되어, 각 군의 자전 보유 지지부(4)에 3상 교류의 전력이 더해져도 된다.
또한, 본 실시 형태의 플라즈마 CVD 성막 장치(100)에서는, 6개의 자전 보유 지지부(4)가 공전 테이블(5) 위에 배치되어 있었다. 그러나 공전 테이블(5) 위에 있어서의 자전 보유 지지부(4)의 수 및 자전 보유 지지부(4)의 배열 방법에는, 다양한 패턴이 있다.
예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, 자전 보유 지지부(4)의 총 수가 6개(도 5의 중간단)인 경우뿐만 아니라, 4개인 경우(도 5의 상단), 또는 8개인 경우(도 5의 하단) 등을 생각할 수 있다.
그 경우에도, 자전 보유 지지부(4)가 제1 군(18)에 속하는 것 (A)와, 제2 군(19)에 속하는 것 (B)로 나누어지고, (A)의 자전 보유 지지부(4)와 (B)의 자전 보유 지지부(4)가 공전축(Q) 주위에 1개 간격으로(교대로) 배열되면 된다. 이에 의해, 플라즈마가 주위 방향에 인접하는 기재(W) 사이에 발생하고, CVD 피막이 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)에 안정된 조건으로 성막된다(도 5의 좌측란을 참조).
또한, 도 5의 우측란에 나타낸 바와 같이, 제1 군(18)의 자전 보유 지지부(4)와 제2 군(19)의 자전 보유 지지부(4)가 공전축(Q) 주위에 2개씩 교대로 배열해도 된다. 이 배치라도, 공전축(Q)을 중심으로 하여 매우 대칭성이 좋은 플라즈마가 형성된다. 이에 의해, 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)에 안정된 조건으로 CVD 피막이 성막된다.
또한, 본 발명은 상기 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 나아가, 실시 형태의 조합도 가능하고, 발명의 본질을 변경하지 않는 범위에서 각 부재의 형상, 구조, 재질, 조합 등을 적절히 변경 가능하다. 또한, 금회 개시된 실시 형태에 있어서, 명시적으로 개시되어 있지 않은 사항, 예를 들어 운전 조건이나 조업 조건, 각종 파라미터, 구성물의 치수, 중량, 체적 등은, 당업자가 통상 실시하는 범위를 일탈하는 것이 아닌, 통상의 당업자라면 쉽게 상정하는 것이 가능한 사항을 채용하고 있다.
<제2 실시 형태>
[전체 구성]
이하, 본 발명의 진공 성막 장치의 일례인 AIP(Arc Ion Plating) 장치에 대하여 도 6을 참조하면서 설명한다. 또한, 도 3의 (a) 내지 도 4가 이용된 설명은, 제1 실시 형태와 동일하므로, 여기서는 반복하지 않는다. 또한, AIP 장치(101)의 전체 구성은, 자전 보유 지지부(4)의 수를 제외하고 도 1과 같다.
AIP 장치(101)는 진공 챔버(2) 내에 배치되는 증발원(6)(여기에서는 아크 증발원 : 도 7 참조)과, 각 자전 보유 지지부(4)가 서로 다른 전위가 되도록 각 자전 보유 지지부(4)에 각각 바이어스 전압을 공급(인가)하는 것이 가능한 복수의 출력을 갖는 전원 유닛(10A)을 구비한다. 이 AIP 장치(101)는 각 자전 보유 지지부(4)에 제1 실시 형태와 마찬가지의 형태로 보유 지지된 기재(W)에 AIP법을 이용하여 피막을 형성한다.
본 실시 형태의 AIP 장치(101)에 있어서는, 복수의 자전 보유 지지부(4)가 각각 다른 전위가 되도록, 바이어스 전압이 각 자전 보유 지지부(4)에 공급된다. 이와 같이, 본 실시 형태의 AIP 장치(101)는 자전 보유 지지부(4)마다 공급되는 바이어스 전압을 변경함으로써, 자전 보유 지지부(4)마다 성막 조건을 변경 가능하다.
상세하게는, 자전 보유 지지부(4)가 공전 테이블(5)에 4개 배치되어 있는 상태에 있어서, 도 6의「A」,「B」,「C」,「D」로 나타내는 각 자전 보유 지지부(4)는 전원 유닛(10A)의 4개의 출력 전극에 접속되어 있다. 이 전원 유닛(10A)은, 각 자전 보유 지지부(4)가 서로 다른 전위가 되도록 각 자전 보유 지지부(4)에 바이어스 전압을 공급 가능하다.
또한, 본 실시 형태의 AIP 장치(101)에서는, 각 자전 보유 지지부(4)가 다른 전위가 되도록 바이어스 전압이 각 자전 보유 지지부(4)에 각각 공급된다. 이로 인해, 브러시 기구가 각 자전 보유 지지부(4)의 자전축(P)에 각각 설치되고, 바이어스 전압이 이 브러시 기구를 통하여 각 자전 보유 지지부(4)에 각각 인가된다. 자전축(P)은, 베어링 기구를 통하여 회전 가능하게 공전 테이블(5)에 보유 지지되어 있지만, 이 베어링 기구를 통하여 전압이 인가되도록 구성되어도 된다.
여기서,「각 자전 보유 지지부(4)가 다른 전위가 되는」이란, 자전 보유 지지부(4)마다 다른 전위가 되는 것뿐만 아니라, 자전 보유 지지부(4)를 몇 개의 군[예를 들어 2군, 3군]으로 나눈 경우에 군마다 다른 전위가 되는 것을 포함한다. 즉, 각 군은, 1개의 자전 보유 지지부(4)에 의해 구성되는 경우에 한정되지 않고, 복수의 자전 보유 지지부(4)에 의해 구성되는 경우도 포함한다. 예를 들어, 도 6의「A」,「B」,「C」,「D」로 나타내는 자전 보유 지지부(4)가 자전 보유 지지부(4)마다 다른 바이어스 전압을 공급 가능한 전원 유닛(10A)에 접속되면, 각 자전 보유 지지부(4)가 다른 전위가 된다. 또한, 도 6의「A」,「B」,「C」,「D」로 나타내는 자전 보유 지지부(4)가「A」와「C」로 1개의 군(제1 군)이 되고,「B」와「D」로 1개의 군(제2 군)이 된 경우, 각 자전 보유 지지부(4)가 제1 군과 제2 군에 다른 2개의 바이어스 전압을 공급 가능한 전원 유닛(10A)의 한쪽 전극에 접속되면, 제1 군의 자전 보유 지지부(4)와 제2 군의 자전 보유 지지부(4)가 다른 전위가 된다. 또한, 공전 테이블(5) 위의 자전 보유 지지부(4)의 수는, 후술하는 바와 같이, 6개나 8개라도 된다. 또한, 자전 보유 지지부(4)는 3개 이상의 군으로 나누어져도 된다. 또한, 4개의 자전 보유 지지부(4)가 각각 다른 전위가 되도록, 자전 보유 지지부(4)마다 다른 바이어스 전압이 인가되어도 된다.
바이어스 전원으로부터 자전 보유 지지부(4)에 공급되는 전압은, 마이너스의 정전압인 경우가 많다. 그러나 상기 전압은, 시간적으로 전압의 값을 변화시키거나, 교류이거나, 간헐적으로 플러스 전압을 포함하는 펄스 형상의 파형이거나 해도 된다.
또한, 전원 유닛(10A)은, 상술한 구성에 한정되지 않는다. 본 실시 형태에서는, 자전 보유 지지부(4)의 수 또는 군의 수에 상당하는 수의 바이어스 전원이 설치되고, 각 바이어스 전원의 한쪽 전극이 대응하는 자전 보유 지지부(4)에 각각 접속되어 있다. 이 경우, 각 바이어스 전원의 다른 쪽 전극은, 각각 접지되어 있다. 예를 들어, 도 7에 도시한 바와 같이, 전원 유닛(10B)은 공전 테이블(5)에 탑재된 자전 보유 지지부(4)의 수(도 7에 있어서는 4개)와 동등한 수의 바이어스 전원(10B1 내지 10B4)을 구비한다. 바이어스 전원(10B1 내지 10B4)의 한쪽 극이, 4극의 슬립 링(151)의 고정측 브러시 홀더 (A) 내지 (D)에 접속된다. 바이어스 전원(10B1 내지 10B4)의 다른 쪽 전극은, 각각 접지된다.
이에 의해, 바이어스 전원(10B1)에 의한 바이어스 전압이, 도 6 및 도 7에 있어서「A」가 부기된 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)에 인가된다. 또한, 바이어스 전원(10B2)에 의한 바이어스 전압이,「B」가 부기된 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)에 인가된다. 또한, 바이어스 전원(10B3)에 의한 바이어스 전압이,「C」가 부기된 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)에 인가된다. 또한, 바이어스 전원(10B4)에 의한 바이어스 전압이,「D」가 부기된 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)에 인가된다. 여기서, 전원 유닛(10B)은, 공전 테이블(5)에 탑재된 자전 보유 지지부(4)의 수 또는 자전 보유 지지부(4)를 2 이상의 군으로 나눈 경우의 상기 군의 수와 다름없는 수의 바이어스 전원을 구비하는 구성에 한정되지 않는다. 전원 유닛에 있어서, 바이어스 전원은, 자전 보유 지지부(4)마다 또는 군마다 다른 전력이 공급 가능하면, 1대라도 된다.
또한, 도 7에는, 아크 증발원(6)이 피막 공급원으로서 기재되어 있다. 또한, AIP 장치(101)에 있어서, 히터에 의해 기재(W)를 가열 가능한 구성, 또는 진공 챔버(2) 내에 프로세스 가스를 도입 가능한 구성이 바람직하다. 또한, 아크 증발원(6) 대신에, 스퍼터 증발원 또는 도가니형 증발원이 피막 공급원이라도 된다. 또한, 각 자전 보유 지지부(4)가 자전하면서 공전하는 기구에 있어서, 각 회전축[각 자전축(P) 및 공전축(Q)]이 연직 방향으로 연장되어 있는데, 각 회전축이 연장되는 방향에 한정은 없다. 예를 들어, 상기 기구는, 각 회전축이 수평 방향으로 연장되도록 구성되어도 된다.
[성막 처리]
이 AIP 장치(101)에서는, 자전 보유 지지부(4)마다 다른 전위가 되도록, 바이어스 전압이 각 자전 보유 지지부(4)에 대하여 각각 공급된다. 이로 인해, AIP 장치(101)에서는, 성막 프로세스에 있어서, 자전 보유 지지부(4)마다 다른 바이어스 전압이 인가된 상태에서 성막 처리가 행해진다. 이와 같이, AIP 장치(101)는 성막 프로세스에 있어서, 자전 보유 지지부(4)마다 다른 바이어스 전압을 인가 가능하다. 이에 의해, AIP 장치(101)에서는, 바이어스 전압이 다른 자전 보유 지지부(4)마다, 기재(W)에 형성된 피막의 막질이 다르다. 예를 들어, AIP법에 의한 TiN, TiAlN 등의 경질 피막 형성에 있어서, 자전 보유 지지부(4) 단위로, 높은 마이너스의 바이어스 전압(일례로서, -150V 내지 300V)과 낮은 마이너스의 바이어스 전압(일례로서, -10V 내지 -100V)이 인가됨으로써, 다른 응력 레벨을 갖는 피막이, 1회의 성막 처리에 의해 형성 가능하게 된다.
또한, AIP 장치(101)에서는, 성막 프로세스에 있어서, 자전 보유 지지부(4)마다 다른 바이어스 전압이 인가 가능하므로, 자전 보유 지지부(4)마다 다른 입열 조건이 얻어진다. 예를 들어, AIP 장치(101)에서는, AIP법에 의한 TiN, TiAlN 등의 경질 피막 형성에 있어서, 높은 마이너스의 바이어스 전압이 상대적으로 열용량이 큰 기재(W)를 보유 지지한 자전 보유 지지부(4)에 인가되는 동시에, 낮은 마이너스의 바이어스 전압이 상대적으로 열용량이 작은 기재(W)를 보유 지지한 자전 보유 지지부(4)에 인가된다. 이에 의해, AIP 장치(101)에서는, 열용량이 다른 기재(W)가 공전 테이블(5) 위에 혼재되어 탑재되어 있음에도, 동일(1회)한 성막 처리에 의해 균일한 온도에서의 처리를 행하는 것이 가능하게 된다.
나아가, 성막에 앞서 행해지는 이온 봄바드 처리(아크 증발원으로부터 금속 이온을 조사하면서 마이너스의 고전압을 가하여 표면을 청정화하는 처리)에 있어서, 다른 바이어스 전압이 각 자전 보유 지지부(4)에 인가됨으로써, 다른 이온 봄바드 처리 시의 입열 조건이 바이어스 전압이 다른 자전 보유 지지부(4)마다 얻어진다. 예를 들어, AIP 장치(101)에서는, AIP법에 의한 TiN, TiAlN 등의 경질 피막 형성에 있어서, 높은 마이너스의 바이어스 전압이, 온도가 상승하기 어려운 기재(W)를 보유 지지한 자전 보유 지지부(4)에 인가된다. 또한, 낮은 마이너스의 바이어스 전압이, 온도 상승에 의해 기재의 연화가 발생하기 쉬운 소직경의 하이스 드릴을 탑재(보유 지지)한 자전 보유 지지부(4)에 인가된다. 이에 의해, 동일(1회)한 이온 봄바드 처리에 의해 과열되기 쉬운 기재의 과열을 방지하면서 직경이 굵은 공구에 충분한 봄바드 효과가 있는 처리가 행해진다.
이상과 같이, 어떠한 경우에도, 종래 기술의 장치에서는, 처리를 복수회로 나누어 행해지고 있었지만, 본 실시 형태에 관한 AIP 장치(101)에서는, 처리가 1회만이라도 된다.
[진공 성막 방법]
이상과 같은 AIP 장치(101)가 사용된 성막 방법 전체의 프로세스는, 이하와 같게 된다. 또한, 상술한 바와 같이 이 AIP 장치(101)는 피막 공급원으로서의 아크 증발원(6)을 구비한다.
(1) 기재(W) 세트 내지 진공 배기
우선, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같은 AIP 장치(101)를 사용하여, AIP법에 의해 피막을 실제로 성막하는 경우를 고려한다. 이 AIP 장치(101)에서는, 진공 챔버(2) 내에 배치된 공전 테이블(5) 위에 있어서, 자전 보유 지지부(4)가 공전축(Q)을 중심으로 한 원주 위에 90°간격으로 4개 배치되어 있다.
우선, 기재(W)가 자전 보유 지지부(4)에 설치된다. 이 기재(W)는, 자전 보유 지지부(4) 위에 고정되어도 되고, 또한 설치 지그(13)에 의해 자전 보유 지지부(4) 위에 적재되어도 된다.
이와 같이 하여 기재(W)가 준비되면, 진공 챔버(2) 내가 고진공 상태가 될 때까지 진공 펌프(3)[진공 배기부(3)]가 배기된다.
(2) 가열(선택적인 공정)
필요에 따라서, 기재(W)의 예비 가열이, 진공 챔버(2) 내의 복사 가열 기구(히터)에 의해 행해진다. 이때, AIP 장치(101)는 공전축(Q)을 회전축으로 하여 각 자전 보유 지지부(4)를 공전시키는 동시에, 자전축(P)을 회전축으로 하여 각 자전 보유 지지부(4)를 자전시킨다.
(3) 이온 봄바드 처리
AIP 장치(101)에 탑재되어 있는 피막 공급원은, 아크 증발원(6)이다. AIP 장치(101)는 이 아크 증발원(6)에 아크 방전을 발생시키는 동시에, 기재(W)에 수백V 내지 1500V의 마이너스인 바이어스 전압을 가함으로써 기재(W)의 표면 청정화 처리를 행한다. 이때, AIP 장치(101)는 공전축(Q)을 회전축으로 하여 각 자전 보유 지지부(4)를 공전시키는 동시에, 자전축(P)을 회전축으로 하여 각 자전 보유 지지부(4)를 자전시킨다.
AIP 장치(101)는 이온 봄바드 처리에 있어서, 각 자전 보유 지지부(4)가 다른 전위가 되도록 자전 보유 지지부(4)마다 다른 바이어스 전압을 인가 가능하다. 또한, AIP 장치(101)는 청정화의 정도 및 온도 상승의 정도를 자전 보유 지지부(4)마다 조정 가능하다. 이로 인해, AIP 장치(101)에서는, 이온 봄바드 처리에 대해 다른 처리 조건이 요구되는 기재(W)가 혼재된 경우에, 각각에 적합한 조건이 되도록 이온 봄바드 처리를 행하는 것이 가능하다.
(4) 성막
AIP 장치(101)는 아크 증발원(6)에 있어서 아크 방전을 발생시킨다. 그리고 AIP 장치(101)는 반응 가스(질소 등)를 진공 챔버(2) 내로 도입하면서, 기재(W)에 수십 V로부터 300V 범위의 마이너스인 바이어스 전압을 가하면서 피막 형성을 행한다. 이때, AIP 장치(101)는 공전축(Q)을 회전축으로 하여 각 자전 보유 지지부(4)를 공전시키는 동시에, 자전축(P)을 회전축으로 하여 각 자전 보유 지지부(4)를 자전시킨다.
AIP 장치(101)는 이 성막 처리에 있어서, 각 자전 보유 지지부(4)가 다른 전위가 되도록 자전 보유 지지부(4)마다 다른 바이어스 전압을 인가 가능하다. 이 AIP 장치(101)는 바이어스 전압의 자전 보유 지지부(4)로의 인가 조건을 변경함으로써, 당해 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)에 형성되는 피막의 막질 및 기재(W)의 온도를 자전 보유 지지부(4)마다 조정 가능하다. 이로 인해, AIP 장치(101)에서는, 다른 처리 조건이 요구되는 기재가 혼재된 경우에도, 각각에 적합한 조건이 되는 성막 처리를 행할 수 있다. 또한, 처리 조건을 탐색하는 공정에 있어서는, 1회의 성막 처리에 있어서 다양한 조건의 피막이 형성 가능하므로, 처리 조건을 탐색하기 위해 필요한 시간을 단축할 수 있다.
[효과]
이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 AIP 장치(101)에 의하면, 자전 보유 지지부(4)마다, 또는 2 이상의 군으로 자전 보유 지지부(4)가 나누어진 경우의 군마다 인가하는 바이어스 전압을 다르게 할 수 있다. 이로 인해, AIP 장치(101)에 의하면, 다른 응력 레벨을 갖는 피막을, 동일(1회)한 처리에 의해, 형성할 수 있다. 또한, AIP 장치(101)에 의하면, 열용량이 다른 기재(W)가 혼재된 상태에서 이들 기재(W)를 처리할 때에, 균일한 온도의 처리를, 동일(1회)한 처리에 의해 행할 수 있다. 또한, AIP 장치(101)에 의하면, 과열되기 쉬운 기재(W)의 과열을 방지하면서, 온도가 상승하기 어려운 기재(W)에 충분한 봄바드 효과가 있는 이온 봄바드 처리를, 동일(1회)한 처리에 의해 행할 수 있다. 종래 기술의 장치에서는 처리를 복수회로 나누어 행할 필요가 있었으므로, 본 실시 형태의 AIP 장치(101)에서는, 종래 기술의 장치와 비교해서 대폭으로 효율이 향상된다.
<제3 실시 형태>
이하, 본 발명의 진공 성막 장치의 일례인 AIP 장치(102)에 대하여 설명한다. 또한, 도 3의 (a) 내지 도 4가 이용된 설명은, 제1 실시 형태와 동일하므로, 여기서는 반복하지 않는다. 또한, AIP 장치(102)의 전체 구성은, 자전 보유 지지부(4)의 수를 제외하고 도 1과 같다.
[전체 구성]
도 8의 (a) 및 도 8의 (b)는 AIP 장치(102)의 전원 접속예를 나타낸다. 이 AIP 장치(102)는 원통 형상 아크 증발원(61)을 구비한다. 또한, AIP 장치(102)에서는, 8개의 자전 보유 지지부(4)가 공전 테이블(5) 위에 탑재되어 있다. 이들 8개의 자전 보유 지지부(4)는 A군과 B군으로 나누어져 있다. 원통 형상 아크 증발원(61)은 8개의 자전 보유 지지부(4)로 주위를 둘러싸이도록 진공 챔버(2)의 중심에 설치되어 있다.
또한, 진공 챔버(2)는 그 내부가 진공이 될 때까지 진공 배기부[진공 펌프(3)]에 의해 배기 가능하다. 원통 형상 아크 증발원(61)은 진공 챔버(2)의 중앙부에 설치되어 있다. 또한, AIP 장치(102)에서는, 성막을 실시하는 프로세스에 의해, 히터(도시하지 않음)에 의한 가열 및 프로세스 가스 도입(도시하지 않음)이 가능하다.
이 AIP 장치(102)에 있어서는, 전원 유닛(10C)이 기재(W)에 급전한다. 전원 유닛(10C)은, 아크 전원(10C1)과, 바이어스 전원(10C2)과, 전환 스위치(10C3)를 구비한다. 도 8의 (b)에 나타내는「A」는, 도 8의 (a)에 나타내는「A」가 부기된 4개의 자전 보유 지지부(4)를 나타낸다. 또한, 도 8의 (b)에 나타내는「B」는, 도 8의 (a)에 나타내는「B」가 부기된 4개의 자전 보유 지지부(4)를 나타낸다.
이 AIP 장치(102)에서는, A군의 자전 보유 지지부(4) 및 B군의 자전 보유 지지부(4)는 전환 스위치(10C3)에 의해, 아크 전원(10C1)의 플러스극 또는 바이어스 전원(10C2)의 마이너스극에 접속된다. 이 전원 유닛(10C) 및 전환 스위치(10C3)에 대하여 설명한다.
전환 스위치(10C3)가 작동함으로써, A군의 각 자전 보유 지지부(4)가 아크 증발원(6)의 양극으로서 작동하는 전위가 되도록, 아크 전원(10C1)의 플러스극에 접속된 상태(아크 전원 접속 상태)가 되는 동시에, B군의 각 자전 보유 지지부(4)가 기재(W)에 입사하는 이온의 에너지를 제어하기 위한 전위가 되도록, 바이어스 전원(10C2)의 마이너스극에 접속된 상태(바이어스 전원 접속 상태)가 된다. 그리고 이 상태에서 소정 시간이 경과되면, A군의 각 자전 보유 지지부(4)가 아크 전원 접속 상태로부터 바이어스 전원 접속 상태로 전환되는 동시에 B군의 각 자전 보유 지지부(4)가 바이어스 전원 접속 상태로부터 아크 전원 접속 상태로 전환된다. 나아가 이 상태에서 소정 시간이 경과되면, A군의 각 자전 보유 지지부(4)가 바이어스 전원 접속 상태로부터 아크 전원 접속 상태로 전환되는 동시에 B군의 각 자전 보유 지지부(4)가 아크 전원 접속 상태로부터 바이어스 전원 접속 상태로 전환된다. 전환 스위치(10C3)가, 이 접속 상태의 전환을 반복한다.
[성막 처리]
이상과 같은 AIP 장치(102)가 사용된 성막 방법 전체의 프로세스 중에서, 제1 실시 형태와 다른 성막 처리에 대하여 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는, 성막 처리에 있어서의 전환 스위치(10C3)의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
시각 t(0)에 있어서, 전환 스위치(10C3)는, 스위치 A(1)을 접속하는 동시에 스위치 B(2)를 접속한다. 이때, 스위치 B(1) 및 스위치 A(2)는 차단되어 있다. 시각 t(0) 내지 시각 t(1)의 기간을 제1 상태로 한다. 일반적으로는, 시각 t(4N-4) 내지 시각 t(4N-3)의 기간이 제1 상태이다. 또한, N=1, 2, 3, …이다.
제1 상태에서는, A군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)는, 아크 전원(10C1)의 플러스극에 접속되어 있다. 이에 의해, A군의 기재(W)는, 아크 방전의 양극으로서 기능을 하고, 원통 형상 아크 증발원(61)과 A군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W) 사이에서 아크 방전이 발생한다. 또한, B군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)는, 바이어스 전원(10C2)의 마이너스극에 접속되어 있다. 이에 의해, 바이어스 전압이 B군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)에 인가된다. 이때, 각 자전 보유 지지부(4)가 기재(W)를 보유 지지한 상태에서 자전축(P) 주위로 자전하면서 공전축(Q)[원통 형상 아크 증발원(61)] 주위로 공전함으로써, A군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)와 B군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)가 원통 형상 아크 증발원(61)으로부터의 증기에 노출되어서 피막이 형성된다. 이때, A군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)에는, 바이어스 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서 피막이 형성되고, B군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)에는, 바이어스 전압이 인가된 상태에서 피막이 형성된다.
시각 t(1)에 있어서, 전환 스위치(10C3)는 스위치 B(2)를 차단하고, 스위치 B(1)을 접속한다. 이에 의해, B군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)가 아크 전원(10C1)의 플러스극에 접속된다. 그 후, 시각 t(2)에 있어서, 전환 스위치(10C3)는, 스위치 A(1)을 차단하고, 스위치 A(2)를 접속한다.
아크 방전의 안정성의 관점에서, 상술한 바와 같이, 스위치 A(1)이 접속되어 있는 기간과 스위치 B(1)이 접속되어 있는 기간이 약간 겹치는[시각 t(1) 내지 시각 t(2)의 기간] 것이 바람직하다.
시각 t(2) 내지 시각 t(3)의 기간을 제2 상태로 한다. 일반적으로는, 시각 t(4N-2) 내지 시각 t(4N-1)의 기간이 제2 상태이다. 또한, N=1, 2, 3, …이다.
제2 상태에서는, B군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)는, 아크 전원(10C1)의 플러스극에 접속되어 있다. 이에 의해, B군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)는, 아크 방전의 양극으로서 기능하고, 원통 형상 아크 증발원(61)과 B군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W) 사이에서 아크 방전이 발생한다. A군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)는, 바이어스 전원(10C2)의 마이너스극에 접속되어 있다. 이에 의해, 바이어스 전압이 A군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)에 인가된다. 이때, 각 자전 보유 지지부(4)가 기재(W)를 보유 지지한 상태에서 자전축(P) 주위로 자전하면서 공전축(Q)[원통 형상 아크 증발원(61)] 주위로 공전함으로써, A군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)와 B군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)가 원통 형상 아크 증발원(61)으로부터의 증기에 노출되어서 피막이 형성된다. 이때, B군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)에는, 바이어스 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서 피막이 형성되고, A군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)에는, 바이어스 전압이 인가된 상태에서 피막이 형성된다.
시각 t(3)에 있어서, 전환 스위치(10C3)는 스위치 A(2)를 차단하고, 스위치 A(1)을 접속한다. 이에 의해, A군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)가 아크 전원(10C1)의 플러스극에 접속된다. 그 후, 시각 t(4)에 있어서, 전환 스위치(10C3)는 스위치 B(1)을 차단하고, 스위치 B(2)를 접속한다. 아크 방전의 안정성 관점에서, 상술한 바와 같이, 스위치 A(1)이 접속되어 있는 기간과 스위치 B(1)이 접속되어 있는 기간이 약간 겹치는[시각 t(3) 내지 시각 t(4)의 기간] 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 공전 테이블(5) 위의 A군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W) 및 B군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W) 중 적어도 한쪽 군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)는, 아크 방전의 양극으로서 동작 가능한 전위가 되어 있다. 즉, AIP 장치(102)에서는, 어느 하나의 기재(W)가 항상 아크 방전의 양극으로서 기능한다. 이로 인해, AIP 장치(102)는 아크 방전을 위한 양극을 별도로 설치하지 않아도, 아크 방전을 안정적으로 유지 가능하다. 그리고 아크 방전이 발생하고 있는 기간, 바이어스 전압의 전위에 있는 기재(W)에서는, 바이어스 전압의 인가에 의해 막질이 제어된 상태에서의 피막 형성이 행해진다.
그런데, 양극의 전위에 있었던 기재(W), 즉 아크 방전의 양극으로서 동작 중인 기재(W) 위에는, 바이어스 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서 피막이 형성된다. 그러나 이 기재(W)는, 소정 주기로, 바이어스 전압이 인가된 상태가 되므로, 그 사이는 바이어스 전압에 의한 막질의 제어가 가능하게 된다. 그리고 인가되는 바이어스 전압은, 기재(W)가 아크 방전의 양극으로서 기능하는 전위가 되는 기간(시간)이 있는 것을 고려한 수준으로 설정된다. 이에 의해, 원하는 막질의 피막 형성이 행해진다.
막질의 관점에서는, 바이어스 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서 100㎚를 초과하는 성막이 행해지면, 당해 층의 취약함이 전체 막질에 현저하게 영향을 미친다고 생각되므로, 문제가 된다. 바람직하게는, 기재(W)가 아크 방전의 양극으로서 기능하는 전위인 동안(시간)에 계속적으로 성장한 피막의 두께가 10㎚ 이하이면 막질면의 우려는 적어진다. 또한, 막질의 관점에서는, 전환 시간은 빠를수록 바람직하다. 그러나 아크 전원으로부터 출력되는 대전류의 전환 용이성이라고 하는 점에서, 전환 주기가 1kHz를 초과하는 주파수에서는 문제가 있고, 실제적인 관점에서 100Hz 이하가 바람직하다.
이상에서, 성막 프로세스 중에, 기재에 100㎚의 피막이 형성되는데 필요한 시간(sec)을 t로 한 경우에, 전환 주기 T(sec)는 바람직하게는 t > T > 1msec을 만족시킨다.
이러한 주기가 반복해서 행해진다. 상술한 제1 상태와 제2 상태가 교대로 반복됨으로써, AIP법에 의한 피막 형성이 A군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W) 및 B군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)의 양쪽에 행해진다.
또한, 이상의 설명에서는, AIP법에 의한 피막 형성을 예로 들어 설명이 행해졌지만, 이 방법에 의한 피막 형성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 증발원으로서 스퍼터 증발원이 사용된 피막 형성이 행해져도 된다.
[효과]
종래의 성막 장치에서는, 복수의 자전 보유 지지부가 모두 동일 전위에 있다. 이로 인해, 막질 제어를 위해 바이어스 전압이 인가되는 경우에는, 원통 형상 아크 증발원의 주위에 배치된 양극이 필수적이게 된다. 이러한 양극이 존재하면, 원통 형상 아크 증발원으로부터의 증기가 양극에 부착됨으로써, 성막 속도가 저하되어 생산성이 손상되는 동시에, 양극에 퇴적된 피막이 박리되어 피막의 결함 등이 일어나게 되는 경우가 있었다. 이에 반해, 본 실시 형태의 AIP 장치(102)에서는, 이러한 문제도 발생하지 않는다. 상세하게는, 이하와 같다.
본 실시 형태의 AIP 장치(102)에서는, 공전 테이블(5) 위의 A군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W) 및 B군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W) 중 적어도 한쪽 군의 자전 보유 지지부(4)에 보유 지지된 기재(W)가, 아크 방전의 양극으로서 동작 가능한 전위가 되어 있다. 즉, AIP 장치(102)에서는, 어느 하나의 기재(W)가 항상 아크 방전의 양극으로서 기능한다. 이로 인해, AIP 장치(102)는 아크 방전을 위한 양극을 별도로 설치하지 않아도, 아크 방전을 안정적으로 유지 가능하다. 이와 같이, 본 실시 형태의 AIP 장치(102)에서는, 아크 방전용의 막대 형상의 양극이 원통 형상 아크 증발원(61)의 주위에 별도로 설치될 필요가 없으므로, 원통 형상 아크 증발원(61)으로부터의 증기(증발한 피막원 재료)가 기재(W)를 향할 때에 아크 방전용의 양극에 의해 방해되는 일이 없다. 또한, 아크 방전용 전극에 퇴적된 피막원 재료의 청소도 불필요해진다. 이로 인해, 본 실시 형태의 AIP 장치(102)는 상술한 종래의 성막 장치에 비해 생산성이 향상된다.
또한, 각 자전 보유 지지부(4)의 전위는, 반드시 아크 방전의 양극 전위와 바이어스 전위 사이에서 급격하게 변화될 필요는 없고, 플로팅 상태나 접지 상태를 경유해도 된다.
또한, 바이어스 전압은 반드시 일정할 필요는 없다. 특히, 전환 주기가 상대적으로 긴 경우, 전환의 주기보다도 충분히 빠른 주기의 펄스 형상의 전압이 인가되는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 자전 보유 지지부(4)가 2군으로 나누어져 있지만, 군의 수는 2개에 한정되지 않는다. 자전 보유 지지부(4)는 더 많은 군으로 나누어져도 된다. 이 경우, 적어도 하나의 군의 자전 보유 지지부(4)[또는 1개의 자전 보유 지지부(4)]가 어떠한 타이밍에서도 아크 방전의 양극으로서 작용하도록, AIP 장치가 구성된다.
[실시 형태의 개요]
이상의 실시 형태를 정리하면, 이하와 같다.
즉, 상기 실시 형태에 관한 진공 성막 장치에서는, 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내를 진공 배기하는 진공 배기 수단과, 복수의 회전축이 서로 평행해지도록 설정되고, 또한 각 회전축에 있어서 당해 회전축을 회전 중심으로 하여 자전하면서 성막 대상인 상기 기재를 보유 지지 가능한 복수의 자전 보유 지지부와, 상기 복수의 자전 보유 지지부를 각 자전 보유 지지부의 회전축과 평행한 공전축 주위로 공전시키는 공전 기구를 구비하고, 상기 복수의 자전 보유 지지부는 복수의 군으로 나누어지고, 군마다 상기 자전 보유 지지부가 다른 전위가 되도록 전력이 각 자전 보유 지지부에 공급되는 것이 가능하게 구성되는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 군마다 자전 보유 지지부가 다른 전위가 되도록 전력이 각 자전 보유 지지부에 공급된다. 이로 인해, 장시간에 걸쳐 사용해도, 안정된 성막이 유지되는 동시에 기재 이외의 부분에 피막이 퇴적되기 어려워, 생산성이 향상된다. 또한, 성막 조건이 다른 경우라도 성막이 다수의 기재에 대하여 한번에 또한 균일하게 행해지고, 이에 의해 생산성이 향상된다.
또한, 상기 진공 성막 장치는, 상기 자전 보유 지지부에 인가한 전압에 의해 상기 진공 챔버 내에 공급된 가스에 플라즈마를 발생시키는 것이며, 상기 각 자전 보유 지지부에 공급되는 전력이 군마다 전환됨으로써, 상기 각 군의 자전 보유 지지부가, 글로우 방전 플라즈마 생성에 주체적인 역할을 하는 작용극으로서 동작하는 마이너스의 전위를 갖는 상태와, 상기 작용극의 대향 전극으로서 동작하는 상태를, 교대로 반복해도 된다.
이러한 구성에 의하면, 공전 테이블 및 진공 챔버의 하우징은, 글로우 방전을 발생시키기 위한 대향 전극이 되지 않는다. 그로 인해, 이들 공전 테이블 및 진공 챔버 등의 부재는, 플라즈마 생성을 위한 글로우 방전 발생용 전극으로서 작용하지 않는다. 따라서, 플라즈마 CVD 장치가 장시간 운전되어, 가령 절연 피막이 공전 테이블 및 진공 챔버 등의 부재에 두껍게 퇴적되었다고 해도, 플라즈마가 불안정화되지 않는다. 그 결과, 플라즈마 CVD 장치는, 막질 및 두께에 편차가 없는 CVD 피막을 안정적으로 생산할 수 있다. 또한, 공전 테이블 및 진공 챔버 등의 부재는, 글로우 방전을 발생시키기 위한 전극으로서 작용하고 있지 않으므로, 원료 가스를 분해하는 플라즈마에 노출되지 않는다. 이로 인해, 종래의 성막 장치에 비해 이들 부재(공전 테이블 및 진공 챔버 등)에, 피막이 퇴적되기 어렵다. 그 결과, 피막의 두꺼운 퇴적이 원인이 되는 플레이크의 비산도 일어나기 어렵고, 피막 결함도 발생하기 어렵다.
또한, 상기 진공 성막 장치는, 각 군의 자전 보유 지지부에 전력을 공급하고, 상기 진공 챔버 내에 공급되는 원료 가스에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 전원을 구비하고, 상기 복수의 자전 보유 지지부는 상기 플라즈마 발생 전원의 한쪽 전극에 접속된 제1 군과, 상기 플라즈마 발생 전원의 다른 쪽 전극에 접속되는 제2 군 중 어느 하나로 나누어지고, 상기 제1 군과 상기 제2 군이 교대로 교체되도록 각 군의 자전 보유 지지부에 공급되는 전력이 전환되어도 된다.
이러한 구성에 의하면, 각 군의 자전 보유 지지부가, 글로우 방전 플라즈마를 생성할 때에 당해 플라즈마 생성에 주체적으로 기능하는 마이너스 전위의 작용극으로서 작용하는 기간과, 그 대향 전극으로서 작용하는 기간을 교대로 반복한다. 이에 의해, 진공 챔버 등의 부재가 플라즈마 생성에 관여하는 역할로부터 개방되어, 가령 그들이 절연막으로 덮였다고 해도 플라즈마가 불안정해지는 등의 악영향이 억제된다.
또한, 상기 공전 기구는, 상기 공전축 주위로 회전 가능하게 된 공전 테이블을 갖고, 상기 복수의 자전 보유 지지부는, 상기 공전 테이블에 있어서 상기 공전축을 중심으로 하는 원주 상에서 등간격으로 배열되도록 각각 배치되어 있다. 이 상태에서, 상기 제1 군에 속하는 자전 보유 지지부와 상기 제2 군에 속하는 자전 보유 지지부는 서로 동일수이며, 상기 원주 상에 있어서 1개씩 교대로 배열해도 된다. 이에 의해, 플라즈마가 주위 방향에 인접하는 기재 사이에 발생하고, CVD 피막이 자전 보유 지지부에 보유 지지된 기재에 안정된 조건으로 성막된다.
또한, 상기 제1 군에 속하는 자전 보유 지지부와 상기 제2 군에 속하는 자전 보유 지지부는, 서로 동일수이며, 상기 원주 상에 있어서 2개씩 교대로 배열해도 된다. 이 배치라도, 공전축을 중심으로 하여 매우 대칭성이 좋은 플라즈마가 형성된다. 이에 의해, 자전 보유 지지부에 보유 지지된 기재(W)에 안정된 조건으로 CVD 피막이 성막된다.
상기 진공 성막 장치가 바이어스 전원을 구비하고, 이 바이어스 전원이 상기 군마다 상기 자전 보유 지지부가 다른 전위가 되도록 각 자전 보유 지지부에 전력을 공급해도 된다.
또한, 상기 진공 성막 장치는 증발원과, 상기 증발원이 음극이 되도록 상기 증발원에 전력을 공급하는 증발원용 전원과, 상기 자전 보유 지지부가 보유 지지하는 기재에 바이어스 전압을 공급하는 바이어스 전원을 구비하고, 상기 복수의 자전 보유 지지부는, 적어도 2개의 군으로 나누어지고, 각 군의 자전 보유 지지부는 상기 증발원용 전원의 플러스극에 접속되는 상태와, 상기 바이어스 전원에 접속되는 상태를 교대로 반복하는 동시에, 적어도 하나의 군의 자전 보유 지지부가 상기 증발원의 양극으로서 작동해도 된다.
이러한 구성에 의하면, 공전 테이블 위의 복수의 군 중 적어도 한쪽 군의 자전 보유 지지부가 보유 지지하는 기재가, 증발원과의 사이에서 발생하는 아크 방전의 양극으로서 동작 가능한 전위가 되어 있다. 즉, 상기 구성에 의하면, 어느 하나의 기재가 항상 상기 아크 방전의 양극으로서 기능한다. 이로 인해, 당해 진공 성막 장치는, 상기 아크 방전을 위한 양극을 별도로 설치하지 않아도, 증발원 사이에서의 아크 방전을 안정적으로 유지 가능하다. 이와 같이, 상기 구성의 진공 성막 장치에서는, 아크 방전용의 막대 형상의 양극을 증발원의 주위에 별도 설치할 필요가 없으므로, 증발원으로부터의 증기(증발한 피막원 재료)가 기재를 향할 때에 아크 방전용의 양극에 의해 방해되는 일이 없다. 또한, 아크 방전용 양극에 퇴적된 피막원 재료의 청소도 불필요해진다. 이로 인해, 상기 구성의 진공 성막 장치는, 상술한 종래의 성막 장치에 비해 생산성이 향상된다.
이 경우, 하나의 군의 자전 보유 지지부와 상기 증발원용 전원의 플러스극이 접속된 상태에서 다른 군의 자전 보유 지지부와 상기 증발원용 전원의 플러스극이 접속되고, 그 후, 상기 하나의 군의 자전 보유 지지부와 상기 증발원용 전원의 플러스극과의 접속이 차단됨으로써, 상기 하나의 군의 자전 보유 지지부와 상기 다른 군의 자전 보유 지지부와의 양쪽에 상기 증발원용 전원의 플러스극으로부터 전력이 공급되는 시간이 마련되는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의하면, 전환 시에 아크 방전의 양극이 되는 전위의 기재가 존재하지 않는다고 하는 상태를 확실하게 회피할 수 있고, 이에 의해, 아크 방전이 안정된다.
본 발명은 진공 성막 장치를 제공한다.

Claims (9)

  1. 기재에 피막을 형성하는 진공 성막 장치이며,
    진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내를 진공 배기하는 진공 배기 수단과, 복수의 회전축이 서로 평행해지도록 설정되고, 또한 각 회전축에 있어서 당해 회전축을 회전 중심으로 하여 자전하면서 성막 대상인 상기 기재를 보유 지지 가능한 복수의 자전 보유 지지부와, 상기 복수의 자전 보유 지지부를 각 자전 보유 지지부의 회전축과 평행한 공전축 주위로 공전시키는 공전 기구를 구비하고,
    상기 복수의 자전 보유 지지부는 복수의 군으로 나누어지고, 군마다 상기 자전 보유 지지부가 다른 전위가 되도록 전력이 각 자전 보유 지지부에 공급되는 것이 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는, 진공 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 진공 성막 장치는, 상기 자전 보유 지지부에 인가한 전압에 의해 상기 진공 챔버 내에 공급된 가스에 플라즈마를 발생시키는 것이며, 상기 각 자전 보유 지지부에 공급되는 전력이 군마다 전환됨으로써, 상기 각 군의 자전 보유 지지부가, 글로우 방전 플라즈마 생성에 주체적인 역할을 하는 작용극으로서 동작하는 마이너스의 전위를 갖는 상태와, 상기 작용극의 대향 전극으로서 동작하는 상태를, 교대로 반복하는 것을 특징으로 하는, 진공 성막 장치.
  3. 제2항에 있어서, 각 군의 자전 보유 지지부에 전력을 공급하고, 상기 진공 챔버 내에 공급되는 원료 가스에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 전원을 구비하고,
    상기 복수의 자전 보유 지지부는, 상기 플라즈마 발생 전원의 한쪽 전극에 접속된 제1 군과, 상기 플라즈마 발생 전원의 다른 쪽 전극에 접속되는 제2 군 중 어느 하나로 나누어지고, 상기 제1 군과 상기 제2 군이 교대로 교체되도록 각 군의 자전 보유 지지부에 공급되는 전력이 전환되는 것을 특징으로 하는, 진공 성막 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 공전 기구는, 상기 공전축 주위로 회전 가능하게 된 공전 테이블을 갖고,
    상기 복수의 자전 보유 지지부는, 상기 공전 테이블에 있어서 상기 공전축을 중심으로 하는 원주 상에서 등간격으로 배열되도록 각각 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 진공 성막 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 군에 속하는 자전 보유 지지부와 상기 제2 군에 속하는 자전 보유 지지부는, 서로 동일수이며, 상기 원주 상에 있어서 1개씩 교대로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 진공 성막 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1 군에 속하는 자전 보유 지지부와 상기 제2 군에 속하는 자전 보유 지지부는, 서로 동일수이며, 상기 원주 상에 있어서 2개씩 교대로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 진공 성막 장치.
  7. 제1항에 있어서, 바이어스 전원을 구비하고, 이 바이어스 전원이 상기 군마다 상기 자전 보유 지지부가 다른 전위가 되도록 각 자전 보유 지지부에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는, 진공 성막 장치.
  8. 제1항에 있어서, 증발원과, 상기 증발원이 음극이 되도록 상기 증발원에 전력을 공급하는 증발원용 전원과, 상기 자전 보유 지지부가 보유 지지하는 기재에 바이어스 전압을 공급하는 바이어스 전원을 구비하고,
    상기 복수의 자전 보유 지지부는, 적어도 2개의 군으로 나누어지고,
    각 군의 자전 보유 지지부는, 상기 증발원용 전원의 플러스극에 접속되는 상태와, 상기 바이어스 전원에 접속되는 상태를 교대로 반복하는 동시에, 적어도 하나의 군의 자전 보유 지지부가 상기 증발원의 양극으로서 작동하는 것을 특징으로 하는, 진공 성막 장치.
  9. 제8항에 있어서, 하나의 군의 자전 보유 지지부와 상기 증발원용 전원의 플러스극이 접속된 상태에서 다른 군의 자전 보유 지지부와 상기 증발원용 전원의 플러스극이 접속되고, 그 후, 상기 하나의 군의 자전 보유 지지부와 상기 증발원용 전원의 플러스극과의 접속이 차단됨으로써, 상기 하나의 군의 자전 보유 지지부와 상기 다른 군의 자전 보유 지지부와의 양쪽에 상기 증발원용 전원의 플러스극으로부터 전력이 공급되는 시간이 마련되는 것을 특징으로 하는, 진공 성막 장치.
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