JP4233702B2

JP4233702B2 - Carbon sputtering equipment

Info

Publication number: JP4233702B2
Application number: JP24919099A
Authority: JP
Inventors: 智池田; 裕明川村; 道夫石川
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: JP2001073115A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーボン系のターゲットを使用して基板にカーボン薄膜を形成するスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の薄膜を形成する装置として、図１に示すような真空ポンプにより真空排気された真空処理室ａ内に、基板ｂと、カソードｃ上に取り付けたカーボンの板状のターゲットｄとを対向させて設け、該カソードｃに電力を投入して室壁などの適当なアノードとの間でプラズマ放電を発生させ、該プラズマ中で生成するイオンを該ターゲットｄに入射させてこれをスパッタし、該基板ｂにカーボンの薄膜（ＤＬＣ：ダイヤモンドライクカーボン）を形成するものが知られている。該ターゲットｄ以外がスパッタされることを防止するためにその周囲をステンレス製のアースシールドｅで覆い、スパッタされた粒子が拡散しないように前方周囲をステンレス製の筒型の防着板ｆで囲んでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したカーボンスパッタリング装置では、長時間スパッタリングを続けていると、ターゲットｄの表面にノジュール（ブリスタ）が発生し、そのために異常放電を生じたり成膜速度が低下するなどの弊害をもたらす不都合があった。
【０００４】
本発明は、ノジュールの発生を抑制してカーボンのスパッタリングに伴う異常放電や成膜速度の低下を防止し、長時間のカーボンスパッタリングを可能にすることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、真空処理室内に基板と対向させたカソード上にカーボン又はカーボンとシリコンの複合材のターゲットを設け、該ターゲットの周囲をアースシールドで覆うと共に該ターゲットの前方周囲を防着板で囲み、該ターゲットの前方に発生するプラズマにより該ターゲットをスパッタして該基板にカーボン薄膜を形成する装置に於いて、防着板を外板とその内側に沿わせた多孔金属板とで構成し、該アースシールド及び防着板の開口縁部及び屈曲部を曲率半径０．３ｍｍ以上の丸形に形成すると共に該アースシールド及び防着板に表面凹凸を有するコーティング層を形成することにより、上記の目的を達成するようにした。該コーティング層は溶射法で形成したアルミニウム層で形成してもよい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図２に基づき説明すると、同図の符号１は真空ポンプにより真空排気された真空処理室、２は該真空処理室１内に固定の或いは移動自在の基板保持装置に保持して設けられた基板を示し、該基板１と対向して設けたマグネトロンカソードなどのカソード３上に板状のカーボン又はカーボンとシリコンの複合材（ＳｉＣ_X）のターゲット４をボンディングして設けた。該ターゲット４の周囲は、ターゲット４以外のスパッタを防止するためのステンレス製の環状のアースシールド５で覆い、該基板１以外の方向へスパッタ粒子が拡散することを防止するために該ターゲット４の前方周囲をステンレス製の筒型の防着板６で覆った。該防着板６は外板６ａとその内側に沿わせた多孔金属板６ｂとで構成し、その間にチムニー１６を形成させた。
【０００７】
こうした構成は従来のものと同様で、該カソード３に例えばＤＣ電源から負電圧を印加してアース電位の室壁との間で放電させ、そのプラズマを該ターゲット４の前方へ該カソード３の磁界により収束させると、該プラズマ中で発生したイオンがターゲット４へ入射してこれをスパッタし、スパッタされたカーボン粒子が基板２の表面に薄膜状に付着するが、スパッタ時間が長時間に達すると該ターゲット４上にノジュール（ブリスタ）が発生して前記した不都合を生ずるようになる。このノジュールが発生する原因は、スパッタされたカーボン粒子の一部がアースシールド５や防着板６にも付着してカーボン膜を形成し、このカーボン膜は絶縁性があるために帯電し、少しでもこのカーボン膜が遊離するとそこに電荷が集中して流れ込んで異常放電を生じ、異常放電のためにカーボン膜が剥離してターゲット４方向へ飛び、これが基になってノジュールが形成されてしまうことが分かった。
【０００８】
本発明では、この解明された原因を除くため、該アースシールド５、防着板６を構成する外板６ａ及び多孔金属板６ｂの各開口縁部７、８及び屈曲部９、１０を角部のない丸形１３、１４に形成すると共にこれらアースシールド５、防着板６の外板６ａ及び多孔金属板６ｂにアルミニウム、アルミ合金、アルミナ等の表面の凹凸の大きなコーティング層１１、１２を溶射法により形成した。各開口縁部７、８は、図２の部分拡大図に見られるように、丸味を持たせて削り、屈曲部９、１０は湾曲させて成形するようにし、これらの丸形は曲率半径０．３ｍｍ以上の曲率とすることが好ましい。この丸形に形成することで、そこに付着するカーボン膜のストレスが小さくなり、更にカーボン膜の付着性が良いアルミニウム等のコーティング層が形成されているため、その付着面から容易に剥離しないようになる。そのため異常放電が少なくなってターゲット４の表面に付着するカーボン膜も少なくなり、ターゲット４上のノジュールの発生も少なくなるので、ノジュールによるスパッタ面積の減少も殆どなく、成膜速度の低下も殆どなくなる。
【０００９】
図２に示す構成のカーボンスパッタ装置に於いて、アルミ溶射処理をアースシールド及び防着板に施し、ＤＣマグネトロンスパッタ法により長時間のスパッタリングを行い、異常放電の回数を測定した結果は図３の曲線Ａの如くであり、曲線Ｂで示した図１に示す従来の開口部及び屈曲部が角形ものよりも大幅にその回数が減少した。また、この長時間のスパッタリングを終えたときのターゲット表面の状態は、図４（ａ）で示す如くで、ノジュールＣは僅かにしか発生していない。図４（ｂ）は比較のための図１の従来のもののターゲットの表面状態で、大量のノジュールの発生が見られる。尚、この場合、カーボンターゲット４には２Ｗ／ｃｍ²の電力を投入し、成膜ガスにはアルゴンガスを使用し、真空処理室１内の圧力を２．７×１０^-1Ｐａとした。
【００１０】
以上の実施例では、基板２が上方でターゲット４を下方に配置したが、その逆に配置しても良く、基板２及びターゲット４を垂直に配置しても良い。
【００１１】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、カーボン又はカーボンとシリコンの複合材のターゲットの周囲をアースシールドで覆い、その前方周囲を防着板で囲んだカーボンスパッタ装置において、該アースシールド及び防着板の開口縁部及び屈曲部を丸形に形成し且つこれらにアルミニウム溶射層等の表面凹凸の大きいコーティング層を形成したので、ノジュールの発生が抑制されカーボンのスパッタリングに伴う異常放電や成膜速度の低下が防止され、長時間に亘るカーボンスパッタを行え、生産性が向上する等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のカーボンスパッタ装置の截断側面図
【図２】本発明の実施の形態を示す截断側面図
【図３】異常放電回数の測定図
【図４】ターゲットの表面状態図
【符号の説明】
１真空処理室、２基板、３カソード、４ターゲット、５アースシールド、６防着板、７・８開口縁部、９・１０屈曲部、１１・１２コーティング層、１３・１４丸形、[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sputtering apparatus for forming a carbon thin film on a substrate using a carbon-based target.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an apparatus for forming this type of thin film, a substrate b, a carbon plate-like target d mounted on a cathode c, a vacuum processing chamber a evacuated by a vacuum pump as shown in FIG. Are provided facing each other, power is applied to the cathode c to generate a plasma discharge with an appropriate anode such as a chamber wall, and ions generated in the plasma are incident on the target d and sputtered. Further, it is known that a carbon thin film (DLC: diamond-like carbon) is formed on the substrate b. In order to prevent other than the target d from being sputtered, its periphery is covered with a stainless steel earth shield e, and the front periphery is surrounded by a stainless steel cylindrical shield plate f so that the sputtered particles do not diffuse. It is out.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described carbon sputtering apparatus, if sputtering is continued for a long time, nodules (blisters) are generated on the surface of the target d, which causes inconveniences such as abnormal discharge and a decrease in film formation rate. It was.
[0004]
An object of the present invention is to suppress the generation of nodules to prevent abnormal discharge and a decrease in film formation rate due to carbon sputtering, and to enable carbon sputtering for a long time.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, a target made of carbon or a composite material of carbon and silicon is provided on a cathode facing a substrate in a vacuum processing chamber, the periphery of the target is covered with an earth shield, and the front periphery of the target is surrounded by a deposition plate. In the apparatus for forming a carbon thin film on the substrate by sputtering the target with plasma generated in front of the target, the deposition plate is composed of an outer plate and a porous metal plate along the inner side, By forming the opening edge and the bent portion of the earth shield and the protection plate into a round shape having a curvature radius of 0.3 mm or more and forming a coating layer having surface irregularities on the earth shield and the protection plate, The goal was achieved. The coating layer may be formed of an aluminum layer formed by thermal spraying.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2. In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a vacuum processing chamber evacuated by a vacuum pump, and 2 denotes a substrate holding device fixed or movable in the vacuum processing chamber 1. A substrate provided by holding is shown, and a plate-like carbon or a carbon-silicon composite material (SiC _x ) target 4 is provided on a cathode 3 such as a magnetron cathode provided facing the substrate 1. It was. The periphery of the target 4 is covered with an annular earth shield 5 made of stainless steel for preventing spattering other than the target 4, and the sputtered particles are prevented from diffusing in directions other than the substrate 1. The front periphery was covered with a stainless steel cylindrical shield plate 6. The deposition preventing plate 6 was composed of an outer plate 6a and a porous metal plate 6b along the inside, and a chimney 16 was formed between them.
[0007]
Such a configuration is the same as that of the prior art. For example, a negative voltage is applied to the cathode 3 from a DC power source to discharge it between the chamber walls of the ground potential, and the plasma is transferred to the front of the target 4 in the magnetic field of the cathode 3. When ions are converged by the above, ions generated in the plasma are incident on the target 4 and sputtered, and the sputtered carbon particles adhere to the surface of the substrate 2 in a thin film shape. Nodules (blisters) are generated on the target 4 to cause the above-mentioned disadvantages. The nodule is generated because a part of the sputtered carbon particles adheres to the earth shield 5 and the adhesion preventing plate 6 to form a carbon film, and the carbon film is electrically charged due to its insulating property. However, when the carbon film is released, the electric charge concentrates and flows into the carbon film, causing abnormal discharge. The carbon film peels off due to the abnormal discharge and jumps toward the target 4, and nodules are formed based on this. I understood.
[0008]
In the present invention, in order to eliminate the cause that has been elucidated, the opening edge portions 7 and 8 and the bent portions 9 and 10 of the outer plate 6a and the porous metal plate 6b constituting the earth shield 5 and the adhesion preventing plate 6 are formed into corner portions. The coating layers 11 and 12 having large irregularities on the surface of aluminum, aluminum alloy, alumina or the like are sprayed on the earth shield 5 and the outer plate 6a of the deposition preventing plate 6 and the porous metal plate 6b. Formed by the method. As shown in the partially enlarged view of FIG. 2, each of the opening edges 7 and 8 is rounded and sharpened, and the bent portions 9 and 10 are curved and formed. These round shapes have a radius of curvature of 0. It is preferable to have a curvature of 3 mm or more. By forming this round shape, the stress of the carbon film adhering to it is reduced, and furthermore, a coating layer such as aluminum with good adhesion of the carbon film is formed, so that it does not easily peel off from the adhesion surface become. Therefore, abnormal discharge is reduced, the carbon film adhering to the surface of the target 4 is also reduced, and the generation of nodules on the target 4 is reduced. Therefore, the sputter area is hardly reduced by the nodules, and the film forming speed is hardly lowered. .
[0009]
In the carbon sputtering apparatus having the configuration shown in FIG. 2, the aluminum spraying process was performed on the ground shield and the deposition plate, the sputtering was performed for a long time by the DC magnetron sputtering method, and the number of abnormal discharges was measured. As shown by the curve A, the number of times of the conventional opening and bent portion shown in FIG. Further, the state of the target surface when this long-time sputtering is completed is as shown in FIG. 4A, and nodules C are generated only slightly. FIG. 4B shows the surface state of the target of the conventional one shown in FIG. In this case, power of ² W / cm ² was applied to the carbon target 4, argon gas was used as the film forming gas, and the pressure in the vacuum processing chamber 1 was set to 2.7 × 10 ⁻¹ Pa.
[0010]
In the above embodiment, the substrate 2 is located above and the target 4 is located below. However, the substrate 2 and the target 4 may be arranged vertically.
[0011]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the carbon sputtering apparatus in which the periphery of the target of carbon or a composite material of carbon and silicon is covered with an earth shield and the front periphery thereof is surrounded by an adhesion prevention plate, the earth shield and the adhesion prevention plate Since the opening edge and the bent portion of the substrate were formed into a round shape and a coating layer having a large surface irregularity such as an aluminum sprayed layer was formed thereon, generation of nodules was suppressed, and abnormal discharge and film formation rate associated with carbon sputtering were suppressed. Reduction is prevented, carbon sputtering can be performed for a long time, and productivity is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cut side view of a conventional carbon sputtering apparatus. FIG. 2 is a cut side view showing an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a measurement diagram of the number of abnormal discharges. Explanation】
1 vacuum processing chamber, 2 substrate, 3 cathode, 4 target, 5 ground shield, 6 deposition plate, 7/8 opening edge, 9/10 bent portion, 11/12 coating layer, 13/14 round shape,

Claims

A target of carbon or a composite material of carbon and silicon is provided on a cathode opposed to a substrate in a vacuum processing chamber, and the periphery of the target is covered with an earth shield and the front periphery of the target is surrounded by a deposition plate. In an apparatus for forming a carbon thin film on the substrate by sputtering the target with plasma generated in the front, the deposition plate is composed of an outer plate and a porous metal plate along the inside, and the earth shield and A carbon sputtering apparatus characterized in that an opening edge portion and a bent portion of an adhesion preventing plate are formed in a round shape having a curvature radius of 0.3 mm or more, and a coating layer having surface irregularities is formed on the earth shield and the adhesion preventing plate.

The carbon sputtering apparatus according to claim 1, wherein the coating layer is an aluminum layer formed by a thermal spraying method.