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JP6935897B2 - Reaction film forming apparatus and forming method by magnetron sputtering method - Google Patents
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JP6935897B2 - Reaction film forming apparatus and forming method by magnetron sputtering method - Google Patents

Reaction film forming apparatus and forming method by magnetron sputtering method Download PDF

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Description

本発明は、マグネトロンスパッタ法による反応膜の形成装置および形成方法に関する。 The present invention relates to a reaction membrane forming apparatus and a forming method by a magnetron sputtering method.

本発明の発明者は、先に、特願2015−193124にて提案されているアーク放電を用いたマグネトロンスパッタ法、言わばアーク放電型マグネトロンスパッタ法、による成膜装置および成膜方法を発明した。この従来技術によれば、真空槽の内部に被処理物が収容される。真空槽内には、マグネトロンカソードが設けられている。このマグネトロンカソードは、ターゲットと、このターゲットの被スパッタ面の近傍に磁界を発生させる磁界発生手段と、を有している。そして、このマグネトロンカソードは、ターゲットの被スパッタ面が被処理物の被処理面と対向するように設けられている。この真空槽内に、プラズマの発生に供される放電用ガスが導入される。併せて、真空槽を陽極とし、マグネトロンカソードを陰極として、これら両者にスパッタ電力が供給される。すると、放電用ガスの粒子が放電して、真空槽内にプラズマが発生する。ここで、ターゲットの被スパッタ面の近傍には上述の如く磁界が発生しているので、この磁界の作用を受けてプラズマ中の電子(2次電子)が螺旋運動(サイクロイド運動またはトロコイド運動)する。これにより、当該被スパッタ面の近傍におけるプラズマの密度が向上する。このプラズマの放電態様は、高電圧小電流のグロー放電である。そして、このプラズマ中のイオンがターゲットの被スパッタ面に衝突することによって、当該被スパッタ面からターゲットの粒子が叩き出される。この叩き出されたスパッタ粒子は、被処理物の被処理面に向かって飛翔して、当該被処理面に付着し、堆積する。この結果、被処理物の被処理面にスパッタ粒子を成分として含む被膜が形成される。さらに、ターゲットの被スパッタ面と被処理物の被処理面との間に、フィラメントが設けられている。このフィラメントは、熱電子放出量電力の供給を受けることで加熱されて、熱電子を放出する。併せて、真空槽を陽極とし、フィラメントを陰極として、これら両者に放電用電力が供給される。これにより、フィラメントから放出された熱電子が加速され、この加速された熱電子が放電用ガスの粒子と衝突する頻度が増大して、当該フィラメントの周囲に低電圧高電流のアーク放電が誘起される。 The inventor of the present invention has previously invented a film forming apparatus and a film forming method by a magnetron sputtering method using an arc discharge, so to speak, an arc discharge type magnetron sputtering method, which is proposed in Japanese Patent Application No. 2015-193124. According to this conventional technique, the object to be processed is housed inside the vacuum chamber. A magnetron cathode is provided in the vacuum chamber. The magnetron cathode has a target and a magnetic field generating means for generating a magnetic field in the vicinity of the surface to be sputtered of the target. The magnetron cathode is provided so that the surface to be sputtered of the target faces the surface to be processed of the object to be processed. A discharge gas used to generate plasma is introduced into this vacuum chamber. At the same time, the vacuum chamber serves as an anode and the magnetron cathode serves as a cathode, and sputtering power is supplied to both of them. Then, the particles of the discharge gas are discharged, and plasma is generated in the vacuum chamber. Here, since a magnetic field is generated in the vicinity of the surface to be sputtered of the target as described above, the electrons (secondary electrons) in the plasma undergo spiral motion (cycloid motion or trochoidal motion) under the action of this magnetic field. .. As a result, the density of plasma in the vicinity of the surface to be sputtered is improved. The discharge mode of this plasma is a high voltage and small current glow discharge. Then, the ions in the plasma collide with the surface to be sputtered of the target, so that the particles of the target are ejected from the surface to be sputtered. The sputtered particles that are knocked out fly toward the surface to be treated, adhere to the surface to be treated, and are deposited. As a result, a film containing sputtered particles as a component is formed on the surface to be treated of the object to be treated. Further, a filament is provided between the surface to be sputtered of the target and the surface to be processed of the object to be processed. The thermionic emission amount The filament is heated by being supplied with electric power to emit thermionic electrons. At the same time, the vacuum chamber serves as an anode and the filament serves as a cathode, and electric power for discharge is supplied to both of them. As a result, the thermions emitted from the filament are accelerated, the frequency of the accelerated thermions colliding with the particles of the discharge gas increases, and a low-voltage, high-current arc discharge is induced around the filament. NS.

即ち、この従来技術によれば、グロー放電によるプラズマに加えて、アーク放電による極めて高密度なプラズマが、ターゲットの被スパッタ面と被処理物の被処理面との間に発生する。このため、ターゲットの被スパッタ面から叩き出されたスパッタ粒子は、被処理物の被処理面に向かって飛翔する途中で、このアーク放電による極めて高密度なプラズマ中を通過する。これにより、スパッタ粒子が活性化され、さらにはイオン化されて、少なくとも中性の状態よりは高いエネルギを持つようになる。そして、この高いエネルギを持つスパッタ粒子が被処理物の被処理面に付着して堆積することで、当該被処理面に高硬度かつ緻密な被膜が形成される。 That is, according to this conventional technique, in addition to the plasma generated by glow discharge, extremely high-density plasma generated by arc discharge is generated between the surface to be sputtered of the target and the surface to be processed of the object to be processed. Therefore, the sputtered particles ejected from the surface to be sputtered of the target pass through the extremely high-density plasma due to this arc discharge while flying toward the surface to be processed of the object to be processed. This activates the sputtered particles and further ionizes them so that they have at least higher energy than in the neutral state. Then, the sputtered particles having high energy adhere to and deposit on the surface to be treated, so that a highly hard and dense film is formed on the surface to be treated.

なお、この従来技術によれば、反応膜(化合物膜)を形成することもできる。この場合、反応膜の材料となる反応性ガス、換言すればスパッタ粒子と反応する性質を持つ当該反応性ガスが、真空槽内に導入される。すると、この反応性ガスは、プラズマによって分解され、イオン化される。そして、このイオン化された反応性ガスの粒子と、イオン化されたスパッタ粒子とが、互いに反応して、これらの粒子を成分とする反応膜が被処理物の被処理面に形成される。このような反応膜の形成においては、真空槽を陽極とし、被処理物を陰極として、これら両者にバイアス電力が供給されるのが、望ましい。このバイアス電力が供給されることによって、イオン化されたスパッタ粒子とイオン化された反応性ガスの粒子とが被処理物の被処理面に向かって加速されて、当該被処理面に形成される反応膜のさらなる高硬度化が図られる。 According to this conventional technique, a reaction membrane (compound membrane) can also be formed. In this case, the reactive gas that is the material of the reaction membrane, in other words, the reactive gas that has the property of reacting with the sputtered particles, is introduced into the vacuum chamber. The reactive gas is then decomposed and ionized by the plasma. Then, the particles of the ionized reactive gas and the ionized sputter particles react with each other, and a reaction film containing these particles as a component is formed on the surface to be treated. In the formation of such a reaction film, it is desirable that the vacuum chamber serves as an anode and the object to be treated serves as a cathode, and bias power is supplied to both of them. By supplying this bias power, the ionized sputter particles and the ionized reactive gas particles are accelerated toward the surface to be processed, and the reaction film formed on the surface to be processed is formed. Further increase in hardness is achieved.

ところで、この従来技術において、ターゲットの被スパッタ面を観測すると、スパッタされ難い非エロージョン領域にも反応膜が形成され、言わば不本意な被膜が形成される。そして、この不本意膜は、被処理物の被処理面に形成される言わば本意的な反応膜と同様、成膜時間が長くなるに連れて成長する。ところが、この不本意膜は、或る程度にまで成長すると、自身の内部応力によって非エロージョン領域から微粉末状に剥離する。そして、この剥離した微粉末がエロージョン領域に落下して、これがスパッタされると、このスパッタによって飛散(スプラッシュ)した粒子、言わばスプラッシュ粒子が、被処理物の被処理面に付着し、厳密には当該被処理面に形成された反応膜の表面に付着する。この結果、当該反応膜の表面が粗化されてしまう、という不都合が生じる。因みに、成膜時間が比較的に短い場合には、換言すれば形成しようとする反応膜の膜厚が例えば1μm以下程度である場合には、このような不都合は生じない。一方、成膜時間が比較的に長い場合に、例えば形成しようとする反応膜の膜厚が3μmを超えるような場合に、当該不都合が生じる。 By the way, in this conventional technique, when the surface to be sputtered of the target is observed, a reaction film is formed even in a non-erosion region where it is difficult to sputter, so to speak, an undesired film is formed. Then, this unwilling film grows as the film formation time becomes longer, similar to the so-called intentional reaction film formed on the surface to be treated of the object to be treated. However, when this unwilling film grows to a certain extent, it peels off from the non-erosion region in the form of a fine powder due to its own internal stress. Then, when the exfoliated fine powder falls into the erosion region and is sputtered, the particles scattered (splashed) by this sputtering, so to speak, the splash particles adhere to the surface to be treated, strictly speaking. It adheres to the surface of the reaction film formed on the surface to be treated. As a result, there is a disadvantage that the surface of the reaction membrane is roughened. Incidentally, when the film formation time is relatively short, in other words, when the film thickness of the reaction film to be formed is, for example, about 1 μm or less, such an inconvenience does not occur. On the other hand, when the film formation time is relatively long, for example, when the film thickness of the reaction film to be formed exceeds 3 μm, the inconvenience occurs.

即ち、従来技術では、膜厚が大きくても表面が滑らかな反応膜を形成することができない、という問題がある。この問題は、アーク放電型マグネトロンスパッタ法に限らず、グロー放電のみを用いた言わば一般的なマグネトロンスパッタ法においても、同様に発生する。なお、反応膜ではなく、例えば金属単体の被膜を形成する場合には、上述のような不本意膜は形成されず、つまり当該問題は発生しない。 That is, in the prior art, there is a problem that a reaction film having a smooth surface cannot be formed even if the film thickness is large. This problem is not limited to the arc discharge type magnetron sputtering method, but also occurs in a so-called general magnetron sputtering method using only glow discharge. When forming a film of a single metal, for example, instead of a reaction film, the above-mentioned unwilling film is not formed, that is, the problem does not occur.

そこで、本発明は、膜厚が大きくて、しかも、表面が滑らかな、反応膜を形成することができる、マグネトロンスパッタ法による当該反応膜の形成装置および形成方法を提供することを、目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an apparatus and a method for forming a reaction film by a magnetron sputtering method, which can form a reaction film having a large film thickness and a smooth surface. ..

この目的を達成するために、本発明は、マグネトロンスパッタ法による反応膜の形成装置に係る第1の発明と、当該マグネトロンスパッタ法による反応膜の形成方法に係る第2の発明と、を含む。 In order to achieve this object, the present invention includes a first invention relating to a reaction membrane forming apparatus by a magnetron sputtering method and a second invention relating to a reaction membrane forming method by the magnetron sputtering method.

まず、第1発明は、上述の如くマグネトロンスパッタ法による反応膜の形成装置に係るものであり、内部に被処理物が収容される真空槽を、備えている。真空槽内には、マグネトロンカソードが、設けられている。このマグネトロンカソードは、ターゲットと、このターゲットの被スパッタ面の近傍に磁界を発生させる磁界発生手段と、を有している。そして、マグネトロンカソードは、ターゲットの被スパッタ面が被処理物の被処理面と対向するように設けられている。さらに、プラズマの発生に供される放電用ガスと、被処理物の被処理面に形成される反応膜の材料となる反応性ガスと、を真空槽の内部に導入するガス導入手段が、設けられている。加えて、真空槽を陽極とし、マグネトロンカソードを陰極として、これら両者にスパッタ電力を供給するスパッタ電力供給手段が、設けられている。このスパッタ電力が供給されると、放電用ガスの粒子が放電して、真空槽の内部にプラズマが発生する。特に、ターゲットの被スパッタ面の近傍には磁界が発生しているので、この磁界の作用を受けてプラズマ中の電子が螺旋運動する。これにより、当該被スパッタ面の近傍におけるプラズマの密度が向上する。このプラズマの放電態様は、グロー放電である。そして、このプラズマ中のイオンがターゲットの被スパッタ面に衝突することによって、当該被スパッタ面からターゲットの粒子が叩き出される。この叩き出されたスパッタ粒子は、被処理物の被処理面に向かって飛翔する。併せて、反応性ガスの粒子がプラズマによって分解される。この分解された反応性ガスの粒子である反応性粒子は、被処理物の被処理面に向かって飛翔するスパッタ粒子と反応して、当該被処理物の被処理面に付着し、堆積する。この結果、被処理物の被処理面にスパッタ粒子と反応性粒子とを成分として含む反応膜が形成される。その上で、本第1発明は、シャッタ手段と、シャッタ制御手段と、をさらに備えている。このうちのシャッタ手段は、ターゲットの被スパッタ面と被処理物の被処理面との間に設けられている。このシャッタ手段は、ターゲットの被スパッタ面を被処理物の被処理面に向けて露出させる開状態と、ターゲットの被スパッタ面を被処理物の被処理面から遮蔽する閉状態と、に遷移可能である。そして、シャッタ制御手段は、(反応膜の形成時に)シャッタ手段が開状態と閉状態とに交互に遷移するように、当該シャッタ手段を制御する。これに加えて、ガス導入手段は、シャッタ手段が閉状態にあるときに、真空槽の内部への反応性ガスの導入を停止する。 First, the first invention relates to an apparatus for forming a reaction film by a magnetron sputtering method as described above, and includes a vacuum chamber in which an object to be processed is housed. A magnetron cathode is provided in the vacuum chamber. The magnetron cathode has a target and a magnetic field generating means for generating a magnetic field in the vicinity of the surface to be sputtered of the target. The magnetron cathode is provided so that the surface to be sputtered of the target faces the surface to be processed of the object to be processed. Further, a gas introducing means for introducing the discharge gas used for generating plasma and the reactive gas used as the material of the reaction film formed on the surface to be processed of the object to be processed into the inside of the vacuum chamber is provided. Has been done. In addition, a sputtering power supply means for supplying sputtering power to both of the vacuum tank as an anode and the magnetron cathode as a cathode is provided. When this sputtering power is supplied, the particles of the discharge gas are discharged, and plasma is generated inside the vacuum chamber. In particular, since a magnetic field is generated near the surface to be sputtered of the target, the electrons in the plasma spirally move under the action of this magnetic field. As a result, the density of plasma in the vicinity of the surface to be sputtered is improved. The discharge mode of this plasma is glow discharge. Then, the ions in the plasma collide with the surface to be sputtered of the target, so that the particles of the target are ejected from the surface to be sputtered. The sputtered particles that are knocked out fly toward the surface to be processed of the object to be processed. At the same time, the particles of the reactive gas are decomposed by the plasma. The reactive particles, which are the particles of the decomposed reactive gas, react with the sputtered particles flying toward the surface to be treated of the object to be treated, and adhere to and deposit on the surface to be treated of the object to be treated. As a result, a reaction film containing sputtered particles and reactive particles as components is formed on the surface to be treated of the object to be treated. On top of that, the first invention further includes a shutter means and a shutter control means. Of these, the shutter means is provided between the surface to be sputtered of the target and the surface to be processed of the object to be processed. This shutter means can transition between an open state in which the surface to be sputtered of the target is exposed toward the surface to be processed of the object to be processed and a closed state in which the surface to be sputtered of the target is shielded from the surface to be processed of the object to be processed. Is. Then, the shutter control means controls the shutter means so that the shutter means alternately transitions between the open state and the closed state (when the reaction film is formed). In addition to this, the gas introducing means stops the introduction of the reactive gas into the inside of the vacuum chamber when the shutter means is in the closed state.

即ち、本第1発明によれば、シャッタ手段が開状態となることによってターゲットの被スパッタ面が被処理物の被処理面に向かって露出される言わば第1の状態と、当該シャッタ手段が閉状態となることによってターゲットの被スパッタ面が被処理物の被処理面から遮蔽される言わば第2の状態と、が交互に繰り返される。ここで、第1状態(シャッタ手段が開状態)にあるときには、ターゲットの被スパッタ面が被処理物の被処理面に向かって露出されているので、当該被処理物の被処理面に反応膜が形成される。また、ターゲットの被スパッタ面に非エロージョン領域がある場合には、当該非エロージョン領域にも、反応膜が形成され、言わば不本意な被膜が形成される。この不本意膜は、上述の従来技術におけるのと同様、成膜時間が長くなるに連れて成長し、ひいては被処理物の被処理面に形成される言わば本意的な反応膜の表面を粗化する要因となる。一方、第2状態(シャッタ手段が閉状態)にあるときには、ターゲットの被スパッタ面が被処理物の被処理面から遮蔽される。併せて、真空槽内への反応性ガスの導入が停止される。これにより、反応膜を形成するための成膜処理が中断される。ただし、真空槽内への放電ガスの導入は継続されており、また、スパッタ電力の供給も継続されているので、プラズマ中のイオンは、引き続きターゲットの被スパッタ面に衝突し、つまり非エロージョン領域を含む当該被スパッタ面をスパッタする。これにより、非エロージョン領域に形成された不本意膜が除去され、つまり当該非エロージョン領域を含む被スパッタ面が洗浄される。このとき、ターゲットの被スパッタ面はシャッタ手段によって被処理物の被処理面から遮蔽されているので、当該被スパッタ面の非エロージョン領域から除去された不本意膜の粒子が被処理物の被処理面に付着して、厳密には当該被処理面に形成された反応膜の表面に付着して、当該反応膜の表面が粗化されてしまうようなことはない。これらの第1状態と第2状態とが交互に繰り返されることによって、非エロージョン領域に形成される不本意膜に起因する反応膜の表面の粗化が抑制されつつ、長時間にわたる成膜処理の実施が可能となり、つまり膜厚の大きい当該反応膜の形成が可能となる。この結果、膜厚が大きくて、しかも、表面が滑らかな、反応膜を形成することができる。 That is, according to the first invention, when the shutter means is opened, the surface to be sputtered of the target is exposed toward the surface to be processed, so to speak, and the shutter means is closed. The second state, in which the surface to be sputtered of the target is shielded from the surface to be processed by the object to be processed, is alternately repeated. Here, when the target is in the first state (the shutter means is open), the surface to be sputtered of the target is exposed toward the surface to be processed, so that the reaction film is exposed on the surface to be processed. Is formed. Further, when the target surface to be sputtered has a non-erosion region, a reaction film is formed in the non-erosion region as well, so to speak, an undesired film is formed. This unwilling film grows as the film formation time becomes longer, and eventually roughens the surface of the reaction film formed on the surface to be treated, so to speak, as in the above-mentioned prior art. It becomes a factor to do. On the other hand, when in the second state (the shutter means is closed), the surface to be sputtered of the target is shielded from the surface to be processed of the object to be processed. At the same time, the introduction of the reactive gas into the vacuum chamber is stopped. As a result, the film forming process for forming the reaction film is interrupted. However, since the introduction of the discharge gas into the vacuum chamber is continued and the supply of the sputtering power is also continued, the ions in the plasma continue to collide with the sputtered surface of the target, that is, the non-erosion region. The surface to be sputtered including the above is sputtered. As a result, the unwilling film formed in the non-erosion region is removed, that is, the surface to be sputtered including the non-erosion region is washed. At this time, since the surface to be sputtered of the target is shielded from the surface to be processed by the object to be processed by the shutter means, the particles of the unwilling film removed from the non-erosion region of the surface to be sputtered are to be processed. Strictly speaking, it does not adhere to the surface and, strictly speaking, adhere to the surface of the reaction membrane formed on the surface to be treated, so that the surface of the reaction membrane is not roughened. By alternately repeating these first and second states, roughening of the surface of the reaction film caused by the unwilling film formed in the non-erosion region is suppressed, and the film formation process for a long time is performed. This can be carried out, that is, the reaction membrane having a large film thickness can be formed. As a result, it is possible to form a reaction film having a large film thickness and a smooth surface.

さらに、本第1発明は、フィラメントと、放電用電力供給手段とが、設けられる。フィラメントは、ターゲットの被スパッタ面と被処理物の被処理面との間におけるシャッタ手段よりも当該ターゲットの被スパッタ面に近い位置に設けられる。そして、このフィラメントは、熱電子放出用電力の供給を受けることで加熱されて熱電子を放出する。一方、放電用電力供給手段は、真空槽を陽極とし、フィラメントを陰極として、これら両者に放電用電力を供給する。これにより、フィラメントから放出された熱電子が加速され、この加速された熱電子が放電用ガス(および反応性ガス)の粒子と衝突する頻度が増大して、当該フィラメントの周囲にアーク放電が誘起される。 Further, in the first invention, a filament and a power supply means for discharging are provided. The filament is provided at a position closer to the surface to be sputtered of the target than the shutter means between the surface to be sputtered of the target and the surface to be processed of the object to be processed. Then, this filament is heated by receiving the supply of thermionic emission electric power to emit thermionic electrons. On the other hand, the discharge power supply means uses a vacuum chamber as an anode and a filament as a cathode to supply power for discharge to both of them. This accelerates the thermions emitted from the filament, increasing the frequency with which the accelerated thermions collide with the particles of the discharge gas (and reactive gas), inducing an arc discharge around the filament. Will be done.

この構成によれば、上述のグロー放電によるプラズマに加えて、アーク放電による極めて高密度なプラズマが、ターゲットの被スパッタ面と被処理物の被処理面との間に発生する。従って、上述の第1状態にあるとき、つまり成膜処理が行われるとき、ターゲットの被スパッタ面から叩き出されたスパッタ粒子は、被処理物の被処理面に向かって飛翔する途中で、このアーク放電による極めて高密度なプラズマ中を通過する。これにより、スパッタ粒子が活性化され、さらにはイオン化されて、少なくとも中性の状態よりは高いエネルギを持つようになる。併せて、反応性ガスの粒子もまた、より効率的に分解され、イオン化される。この結果、被処理物の被処理面に形成される反応膜の高硬度化および緻密化が図られる。なお、フィラメントは、シャッタ手段よりもターゲットの被スパッタ面に近い位置に設けられているので、上述の第2状態にあるときにも、つまり非エロージョン領域に形成された不本意膜を除去するべく当該非エロージョン領域を含む被スパッタ面を洗浄するための処理が行われるときにも、アーク放電による極めて高密度なプラズマの作用が及ぶ。即ち、アーク放電による極めて高密度なプラズマの作用によって、ターゲットの被スパッタ面を洗浄するための処理が効率的に行われる。 According to this configuration, in addition to the plasma generated by the glow discharge described above, an extremely high-density plasma generated by the arc discharge is generated between the surface to be sputtered of the target and the surface to be processed of the object to be processed. Therefore, in the above-mentioned first state, that is, when the film forming process is performed, the sputtered particles ejected from the surface to be sputtered of the target are in the process of flying toward the surface to be processed of the object to be processed. It passes through extremely high-density plasma generated by arc discharge. This activates the sputtered particles and further ionizes them so that they have at least higher energy than in the neutral state. At the same time, the particles of the reactive gas are also more efficiently decomposed and ionized. As a result, the hardness and densification of the reaction film formed on the surface to be treated of the object to be treated are achieved. Since the filament is provided at a position closer to the surface to be sputtered of the target than the shutter means, in order to remove the unwilling film formed in the non-erosion region even in the above-mentioned second state. Even when the process for cleaning the surface to be sputtered including the non-erosion region is performed, the action of extremely high-density plasma due to the arc discharge extends. That is, the process for cleaning the surface to be sputtered of the target is efficiently performed by the action of extremely high-density plasma due to the arc discharge.

また、本第1発明は、マグネトロンカソードとして、磁界発生手段の位置が固定された磁界固定型のものが採用される構成に、好適である。 Further, the present invention is suitable for a configuration in which a magnetron cathode having a fixed magnetic field in which the position of the magnetic field generating means is fixed is adopted.

即ち、ここで言う不本意膜は、上述の如くターゲットの被スパッタ面の非エロージョン領域に形成される。この非エロージョン領域は、基本的に、磁界発生手段が固定された、つまり当該磁界発生手段の位置が動かない、磁界固定型のマグネトロンカソードにおいて生じる。従って、本第1発明は、磁界固定型のマグネトロンカソードが採用される構成に、極めて好適である。 That is, the unwilling film referred to here is formed in the non-erosion region of the surface to be sputtered of the target as described above. This non-erosion region basically occurs in a magnetic field fixed magnetron cathode in which the magnetic field generating means is fixed, that is, the position of the magnetic field generating means does not move. Therefore, the first invention is extremely suitable for a configuration in which a magnetic field fixed magnetron cathode is adopted.

さらに、本第1発明においては、第1状態にあるときの期間に対する第2状態にあるときの期間の比率が、0.05〜0.5とされる。 Further, in the first invention, the ratio of the period in the second state to the period in the first state is 0.05 to 0.5.

この比率については、例えばこれが過大であると、つまり第2状態にあるときの期間が過度に長いと、ターゲットの被スパッタ面を洗浄するための処理が必要以上に行われることになり、生産性が低下する。一方、この比率が過小であると、つまり第2状態にあるときの期間が過度に短いと、ターゲットの被スパッタ面を洗浄するための処理が十分に行われず、つまり上述の不本意膜が十分に除去されない虞がある。これらのことから、第1状態にあるときの期間に対する第2状態にあるときの期間の比率は、0.05〜0.5とされ、望ましくは例えば0.1〜0.3とされる。なお、第1状態にあるときの期間そのものは、スパッタ電力やターゲットの種類(素材)等の諸条件に応じて適宜に定められる。第2条体にあるときの期間そのものについても、同様である。 Regarding this ratio, for example, if it is excessive, that is, if the period in the second state is excessively long, the process for cleaning the surface to be sputtered of the target will be performed more than necessary, and the productivity will be increased. Decreases. On the other hand, if this ratio is too small, that is, if the period in the second state is excessively short, the treatment for cleaning the surface to be sputtered of the target is not sufficiently performed, that is, the above-mentioned unwilling film is sufficient. May not be removed. From these facts, the ratio of the period in the second state to the period in the first state is 0.05 to 0.5, preferably 0.1 to 0.3, for example. The period itself in the first state is appropriately determined according to various conditions such as the sputter power and the type (material) of the target. Article 2 The same applies to the period itself when it is in the body.

さらに、第2状態にあるときのスパッタ電力は、第1状態にあるときの当該スパッタ電力よりも大きいのが、望ましい。 Further, it is desirable that the sputtering power in the second state is larger than the sputtering power in the first state.

即ち、第1状態にあるときのスパッタ電力は、諸条件に応じて適宜に定められる。一方、第2状態にあるときのスパッタ電力は、ターゲットの被スパッタ面を効率的に洗浄しつつ、当該第2状態にあるときの期間を短縮し、ひいては生産性の向上を図る、という観点から、可能な限り大きいのが、望ましい。ゆえに、第2状態にあるときのスパッタ電力は、第1状態にあるときの当該スパッタ電力よりも大きいのが、望ましい。 That is, the sputtering power in the first state is appropriately determined according to various conditions. On the other hand, the sputtering power in the second state is from the viewpoint of efficiently cleaning the surface to be sputtered of the target, shortening the period in the second state, and improving productivity. , It is desirable to be as large as possible. Therefore, it is desirable that the sputtering power in the second state is larger than the sputtering power in the first state.

また、反応性ガスの種類およびターゲットの種類によっては、当該反応性ガスは、放電用ガスとして兼用されてもよい。具体的には、第1状態にあるときに、真空槽内への放電用ガスの導入が停止されてもよく、詳しくは当該放電用ガスとしての希ガスの導入が停止されてもよい。つまりはそうなるように、ガス導入手段が構成されてもよい。この場合、第1状態にあるときには、反応性ガスは、放電用ガスとしても機能し、つまり当該放電用ガスとして兼用される。併せて、当該反応性ガスは、ターゲットの被スパッタ面をスパッタするスパッタガスとしても機能する。 Further, depending on the type of the reactive gas and the type of the target, the reactive gas may also be used as the discharge gas. Specifically, when in the first state, the introduction of the discharge gas into the vacuum chamber may be stopped, and more specifically, the introduction of the rare gas as the discharge gas may be stopped. That is, the gas introduction means may be configured to do so. In this case, when in the first state, the reactive gas also functions as a discharge gas, that is, is also used as the discharge gas. At the same time, the reactive gas also functions as a sputtering gas that sputters the surface to be sputtered of the target.

このように反応性ガスが放電用ガスとして兼用されることによって、放電用ガスの消費が抑えられ、ひいては反応膜を形成するためのコストの低減が図られる。 By using the reactive gas as the discharge gas in this way, the consumption of the discharge gas can be suppressed, and the cost for forming the reaction film can be reduced.

次に、第2発明は、上述の如くマグネトロンスパッタ法による反応膜の形成方法に係るものであり、ガス導入過程と、スパッタ電力供給過程と、を備えている。このうちのガス供給過程では、被処理物が収容されると共にマグネトロンカソードが設けられた真空槽の内部に、プラズマの発生に供される放電用ガスと、当該被処理物の被処理面に形成される反応膜の材料となる反応性ガスと、が導入される。そして、スパッタ電力供給過程では、真空槽を陽極とし、マグネトロンカソードを陰極として、これら両者にスパッタ電力が供給される。これにより、放電用ガスが放電して、真空槽の内部にプラズマが発生する。ここで、マグネトロンカソードは、ターゲットと、このターゲットの被スパッタ面の近傍に磁界を発生させる磁界発生手段と、を有している。このターゲットの被スパッタ面の近傍に発生している磁界の作用を受けて、プラズマ中の電子が螺旋運動する。これにより、ターゲットの被スパッタ面の近傍におけるプラズマの密度が向上する。このプラズマの放電態様は、グロー放電である。そして、このプラズマ中のイオンがターゲットの被スパッタ面に衝突することによって、当該被スパッタ面からターゲットの粒子が叩き出される。また、マグネトロンカソードは、ターゲットの被スパッタ面が被処理物の被処理面と対向するように設けられている。従って、ターゲットの被スパッタ面から叩き出されたスパッタ粒子は、被処理物の被処理面に向かって飛翔する。併せて、反応性ガスの粒子がプラズマによって分解される。この分解された反応性ガスの粒子である反応性粒子は、被処理物の被処理面に向かって飛翔するスパッタ粒子と反応して、当該被処理物の被処理面に付着し、堆積する。この結果、被処理物の被処理面にスパッタ粒子と反応性粒子とを成分として含む反応膜が形成される。その上で、本第2発明は、シャッタ制御過程を、さらに備えている。このシャッタ制御過程では、ターゲットの被スパッタ面と被処理物の被処理面との間に設けられているシャッタ手段が制御される。具体的には、シャッタ手段は、ターゲットの被スパッタ面を被処理物の被処理面に向けて露出させる開状態と、当該ターゲットの被スパッタ面を被処理物の被処理面から遮蔽する閉状態と、に遷移可能とされている。そして、シャッタ制御過程では、(反応膜の形成時に)このシャッタ手段が開状態と閉状態とに交互に遷移するように、当該シャッタ手段を制御する。これに加えて、シャッタ手段が閉状態にあるときに、ガス導入過程では、真空槽の内部への反応性ガスの導入を停止すると共に放電用ガスの導入を継続し、かつ上スパッタ電力供給過程では、スパッタ電力の供給を継続する。さらに、本第2の発明は、上記被スパッタ面と上記被処理面との間における上記シャッタ手段よりも上記被スパッタ面に近い位置に設けられたフィラメントが熱電子放出用電力の供給を受けることで加熱されて熱電子を放出する熱電子放出過程と、上記真空槽を陽極とし上記フィラメントを陰極としてこれら両者に放電用電力を供給することによって上記熱電子を加速させて該フィラメントの周囲にアーク放電を誘起させる放電用電力供給過程とを、備えている。 Next, the second invention relates to a method for forming a reaction film by a magnetron sputtering method as described above, and includes a gas introduction process and a sputtering power supply process. In the gas supply process, the discharge gas used to generate plasma and the surface to be treated are formed inside the vacuum chamber in which the object to be processed is accommodated and the magnetron cathode is provided. A reactive gas, which is a material for the reaction membrane, is introduced. Then, in the sputtering power supply process, the vacuum chamber serves as an anode and the magnetron cathode serves as a cathode, and the sputtering power is supplied to both of them. As a result, the discharge gas is discharged, and plasma is generated inside the vacuum chamber. Here, the magnetron cathode has a target and a magnetic field generating means for generating a magnetic field in the vicinity of the surface to be sputtered of the target. The electrons in the plasma spirally move under the action of the magnetic field generated near the surface to be sputtered of the target. As a result, the density of plasma in the vicinity of the surface to be sputtered of the target is improved. The discharge mode of this plasma is glow discharge. Then, the ions in the plasma collide with the surface to be sputtered of the target, so that the particles of the target are ejected from the surface to be sputtered. Further, the magnetron cathode is provided so that the surface to be sputtered of the target faces the surface to be processed of the object to be processed. Therefore, the sputtered particles ejected from the surface to be sputtered of the target fly toward the surface to be processed of the object to be processed. At the same time, the particles of the reactive gas are decomposed by the plasma. The reactive particles, which are the particles of the decomposed reactive gas, react with the sputtered particles flying toward the surface to be treated of the object to be treated, and adhere to and deposit on the surface to be treated of the object to be treated. As a result, a reaction film containing sputtered particles and reactive particles as components is formed on the surface to be treated of the object to be treated. On top of that, the second invention further includes a shutter control process. In this shutter control process, the shutter means provided between the surface to be sputtered of the target and the surface to be processed of the object to be processed is controlled. Specifically, the shutter means has an open state in which the surface to be sputtered of the target is exposed toward the surface to be processed of the object to be processed and a closed state in which the surface to be sputtered of the target is shielded from the surface to be processed of the object to be processed. And, it is possible to transition to. Then, in the shutter control process, the shutter means is controlled so that the shutter means alternately transitions between the open state and the closed state (when the reaction film is formed). In addition to this, when the shutter means is in the closed state, in the gas introduction process, the introduction of the reactive gas into the inside of the vacuum chamber is stopped, the introduction of the discharge gas is continued, and the upper sputtering power supply process is performed. Then, the supply of the sputter power will be continued. Further, in the second invention, the filament provided between the surface to be sputtered and the surface to be processed closer to the surface to be sputtered than the shutter means receives the supply of thermionic emission power. The thermionic emission process, which is heated in It includes a discharge power supply process that induces discharge.

即ち、本第2発明は、いわゆる物の発明としての第1発明に対応する方法の発明である。従って、本第2発明によれば、第1発明と同様の作用が奏される。 That is, the second invention is an invention of a method corresponding to the first invention as a so-called invention of a product. Therefore, according to the second invention, the same operation as that of the first invention is exhibited.

上述したように、本発明によれば、膜厚が大きくて、しかも、表面が滑らかな、反応膜を形成することができる。このことは、金型,工具,摺動部品等の長寿命化や相手攻撃性の低減に大きく貢献する。 As described above, according to the present invention, it is possible to form a reaction film having a large film thickness and a smooth surface. This greatly contributes to extending the life of molds, tools, sliding parts, etc. and reducing the aggression against opponents.

本発明の一実施形態に係るアーク放電型マグネトロンスパッタ装置の概略構成を示す図解図である。It is a schematic diagram which shows the schematic structure of the arc discharge type magnetron sputtering apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 同マグネトロンスパッタ装置の内部を上方から見た図解図である。It is a schematic diagram which looked at the inside of the magnetron sputtering apparatus from above. 同実施形態におけるマグネトロンカソードの概略構成を示す図解図である。It is a schematic diagram which shows the schematic structure of the magnetron cathode in the same embodiment. 同実施形態におけるマグネトロンカソードとフィラメントとの相互の位置関係を示す図解図である。It is a schematic diagram which shows the mutual positional relationship between a magnetron cathode and a filament in the same embodiment. 同実施形態において比較対象としての従来技術における不都合を再現したときのマグネトロンカソードの状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state of the magnetron cathode at the time of reproducing the inconvenience in the prior art as a comparison object in the same embodiment. 同実施形態におけるコントローラによる制御要領を示す図解図である。It is a schematic diagram which shows the control procedure by a controller in the same embodiment. 従来技術における同制御要領を示す図解図である。It is a schematic diagram which shows the control procedure in the prior art. 同実施形態における反応膜の性状を従来技術におけるものと比較して示す一覧である。This is a list showing the properties of the reaction membrane in the same embodiment in comparison with those in the prior art. 同実施形態における反応膜の顕微鏡による観察画像を従来技術におけるものと比較して示す図である。It is a figure which shows the observation image by the microscope of the reaction membrane in the same embodiment in comparison with what in the prior art. 図6とは異なる要領を示す図解図である。It is a schematic diagram which shows the procedure different from FIG.

本発明の一実施形態について、以下に詳しく説明する。 An embodiment of the present invention will be described in detail below.

図1および図2に示すように、本実施形態に係るアーク放電型マグネトロンスパッタ装置10は、中空の概略直方体状の真空槽12を備えている。この真空槽12は、当該直方体の1つの面に当たる部分を上面とし、当該上面と対向する別の1つの面に当たる部分を下面とし、それ以外の4つの面に当たる部分を側面とした状態で、設置されている。この真空槽12の内部は、その水平方向においては、1つの側面の長さ寸法が例えば1100mm程度とされている。そして、当該真空槽12の内部の高さ寸法は、例えば800mm程度とされている。なお、この真空槽12の形状および寸法は、飽くまでも一例であり、後述する被処理物100の大きさや個数等の諸状況に応じて適宜に定められる。また、真空槽12自体は、耐食性および耐熱性の高い金属製、例えばSUS304等のステンレス鋼製、であり、その壁部は、基準電位としての接地電位に接続されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the arc discharge type magnetron sputtering apparatus 10 according to the present embodiment includes a hollow substantially rectangular parallelepiped vacuum chamber 12. The vacuum chamber 12 is installed with a portion corresponding to one surface of the rectangular parallelepiped as an upper surface, a portion corresponding to another surface facing the upper surface as a lower surface, and a portion corresponding to the other four surfaces as a side surface. Has been done. In the horizontal direction of the inside of the vacuum chamber 12, the length dimension of one side surface is, for example, about 1100 mm. The height dimension inside the vacuum chamber 12 is, for example, about 800 mm. The shape and dimensions of the vacuum chamber 12 are examples, and are appropriately determined according to various conditions such as the size and number of objects to be processed, which will be described later. Further, the vacuum chamber 12 itself is made of a metal having high corrosion resistance and heat resistance, for example, stainless steel such as SUS304, and its wall portion is connected to a ground potential as a reference potential.

この真空槽12の壁部の適宜位置、例えば下面を成す壁部の中央から外れた位置(図1における左寄りの位置)には、排気口14が設けられている。そして、この排気口14には、真空槽12の外部において、図示しない排気管を介して図示しない排気手段としての真空ポンプが結合されている。なお、真空ポンプは、真空槽12内の圧力Pを制御する圧力制御手段としても機能する。加えて、排気管の途中には、図示しない自動圧力制御装置が設けられており、この自動圧力制御装置もまた、圧力制御手段として機能する。 An exhaust port 14 is provided at an appropriate position on the wall portion of the vacuum chamber 12, for example, at a position deviated from the center of the wall portion forming the lower surface (position on the left side in FIG. 1). A vacuum pump as an exhaust means (not shown) is coupled to the exhaust port 14 via an exhaust pipe (not shown) outside the vacuum tank 12. The vacuum pump also functions as a pressure control means for controlling the pressure P in the vacuum chamber 12. In addition, an automatic pressure control device (not shown) is provided in the middle of the exhaust pipe, and this automatic pressure control device also functions as a pressure control means.

さらに、真空槽12の側面を成す壁部の内側の適宜位置(図1および図2における右側の側壁部の適宜位置)に、当該真空槽12とは電気的に絶縁された状態で、マグネトロンカソード16が配置されている。図3を併せて参照して、このマグネトロンカソード16は、概略矩形平板状のターゲット162と、このターゲット162の一方主面である背面側に設けられた磁石ユニット164と、を有している。そして、磁石ユニット164は、磁界発生手段としての永久磁石166と、この永久磁石166を収容する筐体168と、を有している。さらに、永久磁石166は、ターゲット162の背面に密着しつつ当該ターゲット162の周縁に沿うように設けられた概略矩形枠状の一方磁極としての例えばN極166aと、このN極166aの内側においてターゲット162の背面に密着しつつ当該ターゲット162の長手方向に沿って延伸するように設けられた概略角棒状の他方磁極としてのS極166bと、を有している。なお、ターゲット162としては、例えば純度の高い(詳しくは99.99%以上の純度の)チタン(Ti)製のものが採用される。そして、このターゲット162の寸法は、例えばその長手方向(長さ寸法)が457mmであり、短手方向(幅寸法)が127mmであり、厚さ方向(厚さ寸法)が8mmである。また、永久磁石166のN極166aとS極166bとの間には、概略矩形溝状の間隙166cが設けられている。さらに、筐体168には、当該筐体168を含むマグネトロンカソード16全体を冷却するための図示しない冷却手段としての例えば水冷機構が付属されている。 Further, at an appropriate position inside the wall portion forming the side surface of the vacuum chamber 12 (appropriate position of the right side wall portion in FIGS. 1 and 2), the magnetron cathode is electrically insulated from the vacuum chamber 12. 16 are arranged. With reference to FIG. 3, the magnetron cathode 16 has a substantially rectangular flat plate-shaped target 162 and a magnet unit 164 provided on the back side, which is one main surface of the target 162. The magnet unit 164 has a permanent magnet 166 as a magnetic field generating means and a housing 168 for accommodating the permanent magnet 166. Further, the permanent magnet 166 has, for example, an N pole 166a as one magnetic pole having a substantially rectangular frame shape provided along the peripheral edge of the target 162 while being in close contact with the back surface of the target 162, and a target inside the N pole 166a. It has an S pole 166b as a substantially square bar-shaped other magnetic pole provided so as to extend along the longitudinal direction of the target 162 while being in close contact with the back surface of the 162. As the target 162, for example, a target made of titanium (Ti) having a high purity (specifically, a purity of 99.99% or more) is adopted. The dimensions of the target 162 are, for example, 457 mm in the longitudinal direction (length dimension), 127 mm in the lateral direction (width dimension), and 8 mm in the thickness direction (thickness dimension). Further, a substantially rectangular groove-shaped gap 166c is provided between the N pole 166a and the S pole 166b of the permanent magnet 166. Further, the housing 168 is provided with, for example, a water cooling mechanism as a cooling means (not shown) for cooling the entire magnetron cathode 16 including the housing 168.

このマグネトロンカソード16は、ターゲット162の他方主面(前面)である被スパッタ面を真空槽12の中心方向に向け、かつ、当該ターゲット162の長手方向が垂直方向に沿って延伸するように、配置されている。そして、このマグネトロンカソード16は、ターゲット162の被スパッタ面を除いてアースシールド18によって覆われており、換言すれば被スパッタ面を露出させた状態で当該アースシールド18によって覆われている。アースシールド18は、耐食性および耐熱性の高い金属製、例えばSUS304等のステンレス鋼製、である。そして、このアースシールド18は、マグネトロンカソード16とは電気的に絶縁されており、かつ、真空槽12と電気的に接続されている。なお、図示は省略するが、真空槽12の壁部のうちマグネトロンカソード16およびアースシールド18が設けられている部分については、ターゲット162の交換を含む当該マグネトロンカソード16およびアースシールド18のメンテナンス時の作業性等を考慮して、引き戸や開き戸の如く開閉可能とされるのが、望ましい。 The magnetron cathode 16 is arranged so that the surface to be sputtered, which is the other main surface (front surface) of the target 162, is directed toward the center of the vacuum chamber 12, and the longitudinal direction of the target 162 extends along the vertical direction. Has been done. The magnetron cathode 16 is covered with the earth shield 18 except for the surface to be sputtered of the target 162, in other words, the magnetron cathode 16 is covered with the earth shield 18 with the surface to be sputtered exposed. The earth shield 18 is made of a metal having high corrosion resistance and heat resistance, for example, a stainless steel such as SUS304. The earth shield 18 is electrically insulated from the magnetron cathode 16 and electrically connected to the vacuum chamber 12. Although not shown, the portion of the wall of the vacuum chamber 12 where the magnetron cathode 16 and the earth shield 18 are provided is used during maintenance of the magnetron cathode 16 and the earth shield 18 including replacement of the target 162. Considering workability, it is desirable that the door can be opened and closed like a sliding door or a hinged door.

また、図1に示すように、マグネトロンカソード16は、真空槽12の外部において、スパッタ電力供給手段としてのスパッタ電源装置20に接続されている。そして、当該マグネトロンカソード16は、このスパッタ電源装置20からスパッタ電力Esとして接地電位を基準とする負電位の直流電力の供給を受ける。言い換えれば、真空槽12を陽極とし、マグネトロンカソード16を陰極として、これら両者に直流のスパッタ電力Esが供給される。なお、このスパッタ電力Esの供給源であるスパッタ電源装置20は、当該スパッタ電力Esの電力値が一定となるように動作する定電力モードと、当該スパッタ電力Esの電圧成分である言わばスパッタ電圧(またはターゲット電圧とも言う。)Vsが一定となるように動作する定電圧モードと、当該スパッタ電力Esの電流成分である言わばスパッタ電流(またはターゲット電流とも言う。)Isが一定となるように動作する定電流モードと、の3つの動作モードを備えており、ここでは、定電力モードで動作するように設定されている。 Further, as shown in FIG. 1, the magnetron cathode 16 is connected to a sputtering power supply device 20 as a sputtering power supply means outside the vacuum chamber 12. Then, the magnetron cathode 16 is supplied with DC power having a negative potential based on the ground potential as the sputtering power Es from the sputtering power supply device 20. In other words, the vacuum chamber 12 is used as an anode and the magnetron cathode 16 is used as a cathode, and DC sputtering power Es is supplied to both of them. The sputter power supply device 20 that is a supply source of the sputter power Es has a constant power mode that operates so that the power value of the sputter power Es is constant, and a so-called sputter voltage that is a voltage component of the sputter power Es. Alternatively, it is also referred to as a target voltage.) A constant voltage mode that operates so that Vs is constant and a so-called sputtering current (also referred to as a target current) Is that is a current component of the sputtering power Es are operated so as to be constant. It has three operation modes, a constant current mode and a constant power mode, and is set to operate in the constant power mode here.

加えて、マグネトロンカソード16の前方、詳しくはターゲット162の被スパッタ面の前方に、熱電子放出手段としてのフィラメント22が設けられている。このフィラメント22は、例えば直径が約1mmの直線状の線状体であり、その素材としては、高融点金属、例えばタングステン(W)、が用いられている。ここで、図4を併せて参照して、とりわけ図4(a)を参照して、このフィラメント22は、これを水平方向におけるマグネトロンカソード16が配置されている方向とは反対側の方向から、例えば真空槽12の中心方向から、見たときに、ターゲット162の被スパッタ面の中央を垂直方向に沿って、つまり当該ターゲット162の長手方向に沿って、さらに換言すれば当該ターゲット162の被スパッタ面と平行を成して、延伸するように、設けられている。また、とりわけ図4(b)に示すように、このフィラメント22は、ターゲット162の被スパッタ面との間に所定の距離Dを置いている。この距離Dは、例えばこれが過度に小さいと、フィラメント22がターゲット162の被スパッタ面またはアースシールド18と接触する虞があり、甚だ不都合である。一方、当該距離Dが過度に大きいと、フィラメント22の周囲における上述の磁石ユニット164(永久磁石166)による磁界の作用が弱くなり、後述するアーク放電の誘起が困難になる。このようなことから、当該距離Dは、5mm〜50mmが適当であり、例えば25mmとされている。そして、フィラメント22の長さ寸法は、ターゲット162の長さ寸法と同等かそれ以上であり、厳密には当該ターゲット162の後述するエロージョン領域162aの長さ寸法と同等かそれ以上であり、例えば500mmである。加えて、図示は省略するが、フィラメント22の両端部またはいずれか一方の端部には、当該フィラメント22の直線状の状態を維持するべく当該フィラメント22に適当な張力を付与するための張力付与手段としての張力付与機構が設けられている。 In addition, a filament 22 as a thermionic emission means is provided in front of the magnetron cathode 16, specifically, in front of the surface to be sputtered of the target 162. The filament 22 is, for example, a linear linear body having a diameter of about 1 mm, and a refractory metal such as tungsten (W) is used as the material thereof. Here, with reference to FIG. 4 as well, particularly with reference to FIG. 4 (a), the filament 22 is viewed from a direction opposite to the direction in which the magnetron cathode 16 is arranged in the horizontal direction. For example, when viewed from the center of the vacuum chamber 12, the center of the surface to be sputtered of the target 162 is along the vertical direction, that is, along the longitudinal direction of the target 162, in other words, the target 162 is sputtered. It is provided so as to extend parallel to the surface. Further, as shown in FIG. 4B in particular, the filament 22 has a predetermined distance D from the surface to be sputtered of the target 162. If this distance D is excessively small, for example, the filament 22 may come into contact with the surface to be sputtered of the target 162 or the earth shield 18, which is extremely inconvenient. On the other hand, if the distance D is excessively large, the action of the magnetic field by the magnet unit 164 (permanent magnet 166) around the filament 22 becomes weak, and it becomes difficult to induce an arc discharge described later. Therefore, the distance D is preferably 5 mm to 50 mm, for example, 25 mm. The length dimension of the filament 22 is equal to or greater than the length dimension of the target 162, and strictly speaking, is equal to or greater than the length dimension of the erosion region 162a described later of the target 162, for example, 500 mm. Is. In addition, although not shown, tension is applied to both ends of the filament 22 or one end thereof to apply an appropriate tension to the filament 22 in order to maintain the linear state of the filament 22. A tension applying mechanism is provided as a means.

改めて図1を参照して、フィラメント22の両端部は、真空槽12の外部において、熱電子放出用電力供給手段としての例えば交流のカソード電源装置24に接続されている。そして、フィラメント22は、このカソード電源装置24から熱電子放出用電力としてのカソード電力Ecの供給を受けて2000℃以上に加熱されることで、熱電子を放出する。なお、カソード電源装置24は、交流のものに限らず、直流のものであってもよい。 With reference to FIG. 1 again, both ends of the filament 22 are connected to, for example, an alternating current cathode power supply device 24 as a thermionic emission power supply means outside the vacuum chamber 12. Then, the filament 22 is heated to 2000 ° C. or higher by receiving the cathode power Ec as the thermionic emission power from the cathode power supply device 24 to emit thermions. The cathode power supply device 24 is not limited to an AC one, but may be a DC one.

さらに、フィラメント22は、真空槽12の外部において、放電用電力供給手段としての放電用電源装置26に接続されている。そして、フィラメント22は、この放電用電源装置26から放電用電力Edとして接地電位を基準とする負電位の直流電力の供給を受ける。言い換えれば、真空槽12を陽極とし、フィラメント22を陰極として、これら両者に直流の放電用電力Edが供給される。なお、この放電用電力Edの供給源である放電用電源装置26は、上述のスパッタ電源装置20と同様、当該放電用電力Edの電力値が一定となるように動作する定電力モードと、当該放電用電力Edの電圧成分である言わば放電電圧Vdが一定となるように動作する定電圧モードと、当該放電用電力Edの電流成分である言わば放電電流Idが一定となるように動作する定電流モードと、の3つの動作モードを備えている。ただし、この放電用電源装置26は、定電圧モードで動作するように設定されている。 Further, the filament 22 is connected to a discharge power supply device 26 as a discharge power supply means outside the vacuum chamber 12. Then, the filament 22 receives a negative potential DC power with reference to the ground potential as the discharge power Ed from the discharge power supply device 26. In other words, the vacuum chamber 12 is used as an anode and the filament 22 is used as a cathode, and DC discharge power Ed is supplied to both of them. The discharge power supply device 26, which is the supply source of the discharge power Ed, has a constant power mode that operates so that the power value of the discharge power Ed is constant, and the same as the sputter power supply device 20 described above. A constant voltage mode that operates so that the discharge voltage Vd, which is a voltage component of the discharge power Ed, is constant, and a constant current that operates so that the discharge current Id, which is a current component of the discharge power Ed, is constant. It has three operation modes, a mode and. However, the discharge power supply device 26 is set to operate in the constant voltage mode.

そして、真空槽12内のフィラメント22が設けられている位置よりも内側に注目すると、当該真空槽12内には、複数の被処理物100,100,…が配置される。具体的には、真空槽12内の水平方向における略中央には、垂直方向に沿って延伸する中心軸Xaが設定されており、各被処理物100,100,…は、当該中心軸Xaを中心とする円の円周方向に沿って等間隔に配置されている。それぞれの被処理物100は、例えばドリル刃等のような細長い円柱状のものであり、垂直方向に沿って延伸するように、つまり真空槽12の中心軸Xaに沿う方向に延伸するように、保持手段としてのホルダ28によって保持されている。そして、それぞれのホルダ28は、ギア機構30を介して、円盤状の公転台32の周縁近傍に結合されている。この公転台32の中心は、真空槽12の中心軸Xa上に位置しており、当該公転台32の中心には、真空槽12の中心軸Xaに沿って延伸する回転軸34の一方端が固定されている。そして、回転軸34の他方端は、真空槽12の外部において、回転駆動手段としてのモータ36のシャフト36aに結合されている。 Then, paying attention to the inside of the position where the filament 22 is provided in the vacuum chamber 12, a plurality of objects to be processed 100, 100, ... Are arranged in the vacuum chamber 12. Specifically, a central axis Xa extending along the vertical direction is set at substantially the center of the vacuum chamber 12 in the horizontal direction, and the objects to be processed 100, 100, ... Have the central axis Xa. They are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the central circle. Each object to be processed 100 is an elongated cylindrical object such as a drill blade, and extends along the vertical direction, that is, extends along the central axis Xa of the vacuum chamber 12. It is held by a holder 28 as a holding means. Each holder 28 is coupled to the vicinity of the peripheral edge of the disk-shaped revolution table 32 via the gear mechanism 30. The center of the revolution table 32 is located on the central axis Xa of the vacuum chamber 12, and at the center of the revolution table 32, one end of the rotation shaft 34 extending along the central axis Xa of the vacuum tank 12 is located. It is fixed. The other end of the rotary shaft 34 is coupled to the shaft 36a of the motor 36 as a rotary drive means outside the vacuum chamber 12.

即ち、モータ36が駆動して、当該モータ36のシャフト36aが例えば図1に矢印200で示す方向に回転すると、公転台32が同方向に回転し、つまり図2においても矢印200で示す方向に回転する。これに伴って、それぞれの被処理物100が真空槽12の中心軸Xaを中心として回転し、言わば公転する。併せて、それぞれのギア機構30による回転駆動力伝達作用によって、それぞれのホルダ28が、自身を通る垂直軸Xbを中心として例えば図1および図2のそれぞれに矢印202で示す方向に回転する。そして、このホルダ28自身の回転に伴って、当該ホルダ28によって保持されている被処理物100もまた、同じ方向に回転し、言わば自転する。なお、被処理物100の公転経路の直径(PCD;Pitch Circle Diameter)は、例えば約600mmである。そして、この被処理物100の公転速度(公転台32の回転速度)は、例えば0.5rpm〜1rpmである。これに対して、被処理物100の自転速度(垂直軸Xbを中心とするホルダ28自身の回転速度)は、例えば30rpm〜60rpmであり、つまり公転速度の60倍である。なお、図1および図2においては、12個の被処理物100,100,…(ホルダ28,28,…およびギア機構30,30,…)が設けられているが、この個数は一例であり、これ以外の個数であってもよい。 That is, when the motor 36 is driven and the shaft 36a of the motor 36 rotates in the direction indicated by the arrow 200 in FIG. 1, the revolution table 32 rotates in the same direction, that is, in the direction indicated by the arrow 200 in FIG. Rotate. Along with this, each object to be processed 100 rotates around the central axis Xa of the vacuum chamber 12, and revolves, so to speak. At the same time, due to the rotational driving force transmission action of each gear mechanism 30, each holder 28 rotates about the vertical axis Xb passing through itself in the direction indicated by the arrow 202, for example, in FIGS. 1 and 2, respectively. Then, as the holder 28 itself rotates, the object to be processed 100 held by the holder 28 also rotates in the same direction, so to speak, rotates on its axis. The diameter of the revolution path (PCD; Pitch Circle Diameter) of the object to be processed 100 is, for example, about 600 mm. The revolution speed of the object 100 to be processed (rotation speed of the revolution table 32) is, for example, 0.5 rpm to 1 rpm. On the other hand, the rotation speed of the object to be processed 100 (the rotation speed of the holder 28 itself about the vertical axis Xb) is, for example, 30 rpm to 60 rpm, that is, 60 times the revolution speed. In addition, in FIGS. 1 and 2, 12 objects to be processed 100, 100, ... (Holders 28, 28, ... And gear mechanisms 30, 30, ...) are provided, but this number is an example. , Other numbers may be used.

併せて、それぞれの被処理物100には、ホルダ28,ギア機構30,公転台32および回転軸34を介して、真空槽12の外部にあるバイアス電力供給手段としての基板バイアス電源装置38から基板バイアス電力Ebが供給される。この基板バイアス電力Ebは、その電圧成分である言わば基板バイアス電圧Vbの値が、接地電位を基準とする正電位のハイレベル値と、当該接地電位を基準とする負電位のローレベル値と、に交互に遷移する、いわゆるバイポーラパルス電力である。この基板バイアス電圧Vbのハイレベル値は、一定であり、例えば接地電位を基準として+37Vである。一方、基板バイアス電圧Vbのローレベル値は、任意に調整可能とされており、このローレベル値によって、当該基板バイアス電圧Vbの平均値(直流換算値)が任意に設定可能とされている。さらに、この基板バイアス電力Ebの周波数もまた、例えば50kH〜250kHの範囲内で任意に設定可能とされている。そして、当該基板バイアス電力Ebのデューティ比(基板バイアス電圧Vbの1周期において当該基板バイアス電圧Vbの値がハイレベル値となる期間の比率)もまた、任意に設定可能とされている。なお、ここでは、当該基板バイアス電力Edの周波数については、例えば100kHzとされ、デューティ比については、例えば30%とされる。 At the same time, each object to be processed 100 is subjected to a substrate from a substrate bias power supply device 38 as a bias power supply means outside the vacuum chamber 12 via a holder 28, a gear mechanism 30, a revolution table 32 and a rotating shaft 34. Bias power Eb is supplied. In this substrate bias power Eb, the value of the substrate bias voltage Vb, which is a voltage component thereof, is a high level value of a positive potential based on the ground potential, a low level value of a negative potential based on the ground potential, and the like. It is a so-called bipolar pulse power that alternately transitions to. The high level value of the substrate bias voltage Vb is constant, for example, + 37V with respect to the ground potential. On the other hand, the low level value of the substrate bias voltage Vb can be arbitrarily adjusted, and the average value (DC conversion value) of the substrate bias voltage Vb can be arbitrarily set by this low level value. Further, the frequency of the substrate bias power Eb can also be arbitrarily set within the range of, for example, 50 kHz to 250 kHz. The duty ratio of the substrate bias power Eb (the ratio of the period during which the value of the substrate bias voltage Vb becomes a high level value in one cycle of the substrate bias voltage Vb) can also be arbitrarily set. Here, the frequency of the substrate bias power Ed is set to, for example, 100 kHz, and the duty ratio is set to, for example, 30%.

さらに、真空槽12の側面を成す壁部の内側の適宜位置であって、被処理物100,100,…の公転経路よりも外方の適当な位置、例えば真空槽12の中心軸Xaを挟んで上述のマグネトロンカソード16が設けられている位置とは反対側の位置(図1および図2における左側の位置)に、温度制御手段としての例えばカーボンヒータ40が設けられている。このカーボンヒータ40は、真空槽12の外部において、図示しないヒータ加熱用電源装置に接続されている。そして、当該カーボンヒータ40は、このヒータ加熱用電源装置から直流または交流のヒータ加熱用電力の供給を受けて発熱し、とりわけ、被処理物100,100,…を加熱する。 Further, an appropriate position inside the wall portion forming the side surface of the vacuum chamber 12 and outside the revolution path of the objects to be processed 100, 100, ..., For example, sandwiching the central axis Xa of the vacuum chamber 12. A carbon heater 40, for example, as a temperature control means is provided at a position opposite to the position where the magnetron cathode 16 is provided (the position on the left side in FIGS. 1 and 2). The carbon heater 40 is connected to a heater heating power supply device (not shown) outside the vacuum chamber 12. Then, the carbon heater 40 receives power for heating the heater of direct current or alternating current from the power supply device for heating the heater to generate heat, and in particular, heats the objects to be processed 100, 100, ....

また、図1に示すように、真空槽12内の適宜位置、好ましくはフィラメント22の近傍の位置に、放電用ガス等の各種ガスを当該真空槽12内に導入するためのガス導入管42が設けられている。そして、このガス導入管42には、真空槽12の外部において、個別の複数の、例えば3本の、支管44,46および48が結合されている。これら3本の支管44,46および48のうちの1本、例えば支管44は、真空槽12内に放電用ガスとしての希ガス、例えばアルゴン(Ar)ガス、を導入するためのものであり、つまり図示しない当該アルゴンガスの供給源に結合されている。この言わばアルゴンガス用の支管44には、当該アルゴンガスの流通を開閉するための開閉手段としての開閉バルブ44aと、当該アルゴンガスの流量を制御するための流量制御手段としてのマスフローコントローラ44bと、が設けられている。そして、他の支管46および48のうちの1本、例えば支管46は、真空槽12内に洗浄用ガスとしての例えば水素(Hガスを導入するためのものであり、つまり図示しない当該水素ガスの供給源に結合されている。この水素ガス用の支管46にも、当該水素ガスの流通を開閉するための開閉バルブ46aと、当該水素ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ46bと、が設けられている。さらに、残りの支管48は、真空槽12内に反応性ガスとしての例えば窒素(N)を導入するためのものであり、つまり図示しない当該窒素ガスの供給源に結合されている。この窒素ガス用の支管48にも、当該窒素ガスの流通を開閉するための開閉バルブ48aと、当該窒素ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ48bと、が設けられている。なお、各開閉バルブ44a,46aおよび48aは、手動のものであるが、各マスフローコントローラ44b,46bおよび48bは、後述する制御手段としてのメインコントローラ50によって制御される。これらのガス導入管42と、各支管44,46および48と、各開閉バルブ44a,46aおよび48aと、各マスフローコントローラ44b,46bおよび48bとは、(厳密にはメインコントローラ50を含め)ガス導入手段として機能する。 Further, as shown in FIG. 1, a gas introduction pipe 42 for introducing various gases such as a discharge gas into the vacuum chamber 12 is provided at an appropriate position in the vacuum chamber 12, preferably in the vicinity of the filament 22. It is provided. A plurality of individual, for example, three branch pipes 44, 46, and 48 are connected to the gas introduction pipe 42 outside the vacuum chamber 12. One of these three branch pipes 44, 46 and 48, for example, the branch pipe 44 is for introducing a rare gas as a discharge gas, for example, argon (Ar) gas, into the vacuum chamber 12. That is, it is coupled to the source of the argon gas (not shown). The branch pipe 44 for argon gas includes an opening / closing valve 44a as an opening / closing means for opening / closing the flow of the argon gas, a mass flow controller 44b as a flow rate control means for controlling the flow rate of the argon gas, and the like. Is provided. Then, one of the other branch pipes 46 and 48, for example, the branch pipe 46 is for introducing, for example, hydrogen (H 2 ) gas as a cleaning gas into the vacuum chamber 12, that is, the hydrogen (not shown). It is coupled to the gas source. The branch pipe 46 for hydrogen gas is also provided with an on-off valve 46a for opening and closing the flow of the hydrogen gas and a mass flow controller 46b for controlling the flow rate of the hydrogen gas. Further, the remaining branch pipe 48 is for introducing, for example, nitrogen (N 2 ) as a reactive gas into the vacuum chamber 12, that is, it is coupled to a source of the nitrogen gas (not shown). The branch pipe 48 for nitrogen gas is also provided with an on-off valve 48a for opening and closing the flow of the nitrogen gas and a mass flow controller 48b for controlling the flow rate of the nitrogen gas. The on-off valves 44a, 46a and 48a are manually operated, but the mass flow controllers 44b, 46b and 48b are controlled by the main controller 50 as a control means described later. These gas introduction pipes 42, the branch pipes 44, 46 and 48, the on-off valves 44a, 46a and 48a, and the mass flow controllers 44b, 46b and 48b (strictly speaking, including the main controller 50) introduce gas. Functions as a means.

加えて、マグネトロンカソード16と被処理物100の公転経路との間、詳しくはターゲット162の被スパッタ面(厳密にはアースシールド18の外側面)と当該被スパッタ面に最接近した被処理物100の表面との間、であって、フィラメント22よりも被処理物100に近い位置に、シャッタ手段としてのシャッタ52が設けられている。このシャッタ52は、概略矩形平板状のものであり、その両主面をターゲット162の被スパッタ面に沿う方向に沿わせた状態にある。そして、このシャッタ52は、図示しないシャッタ駆動手段としてのモータによる駆動力によって、図2に矢印204で示す如く水平方向に移動(スライド)する。言い換えれば、シャッタ52は、ターゲット162の被スパッタ面を被処理物100,100,…が置かれた空間に向けて露出させる開状態と、当該ターゲット162の被スパッタ面を被処理物100,100,…が置かれた空間から遮蔽する閉状態と、に遷移可能とされている。なお、このシャッタ52を駆動するためのシャッタ駆動手段としてのモータもまた、メインコントローラ50によって制御される。 In addition, between the magnetron cathode 16 and the revolution path of the object to be processed 100, in detail, the surface to be sputtered (strictly speaking, the outer surface of the earth shield 18) of the target 162 and the object to be processed 100 closest to the surface to be sputtered. A shutter 52 as a shutter means is provided at a position closer to the object to be processed 100 than the filament 22. The shutter 52 has a substantially rectangular flat plate shape, and both main surfaces thereof are in a state of being aligned with the surface to be sputtered of the target 162. Then, the shutter 52 moves (slides) in the horizontal direction as shown by an arrow 204 in FIG. 2 by a driving force of a motor as a shutter driving means (not shown). In other words, the shutter 52 is in an open state where the surface to be sputtered of the target 162 is exposed toward the space where the objects to be processed 100, 100, ... Are placed, and the surface to be sputtered of the target 162 is exposed to the objects to be processed 100, 100. It is possible to transition to a closed state that shields from the space where ,… is placed. The motor as the shutter driving means for driving the shutter 52 is also controlled by the main controller 50.

メインコントローラ50は、上述の如く各マスフローコントローラ44b,46bおよび48bと、シャッタ駆動手段としてのモータと、の制御を司る。また、このメインコントローラ50は、上述したスパッタ電源装置20,カソード電源装置24および放電用電源装置26の制御をも司る。さらに、メインコントローラ50は、回転駆動手段としてのモータ36の制御をも司る。このようなメインコントローラ50は、例えばパーソナルコンピュータによって実現される。なお、メインコントローラ50と当該メインコントローラ50による各制御対象とを結ぶ線路については、図面の見易さを考慮して、図示を省略してある。 As described above, the main controller 50 controls the mass flow controllers 44b, 46b and 48b and the motor as the shutter driving means. The main controller 50 also controls the sputter power supply device 20, the cathode power supply device 24, and the discharge power supply device 26 described above. Further, the main controller 50 also controls the motor 36 as the rotation driving means. Such a main controller 50 is realized by, for example, a personal computer. The lines connecting the main controller 50 and each control target by the main controller 50 are not shown in consideration of the legibility of the drawings.

このように構成された本実施形態のアーク放電型マグネトロンスパッタ装置10は、ハードウェア的には、上述の(特願2015−193124にて提案されている)従来技術におけるものと同様である。ただし、メインコントローラ50の構成、詳しくはソフトウェア的な構成、が異なり、とりわけ窒素ガス用のマスフローコントローラ48bの制御要領およびシャッタ駆動手段としてのモータの制御要領が異なる。なお、従来技術においては、メインコントローラ50およびシャッタ52について特段に言及されていないが、当該従来技術においても、実際にはこれらは同様に設けられている。また、従来技術においては、真空槽が概略円筒形状であり、本実施形態における概略直方体状のものと異なるが、この真空槽の形状は、被処理物100の数や大きさ等の諸状況に応じて適宜に定められ、本実施形態の本旨に直接的に関係する要素ではない。 The arc discharge type magnetron sputtering apparatus 10 of the present embodiment configured in this way is the same as that in the above-mentioned prior art (proposed in Japanese Patent Application No. 2015-193124) in terms of hardware. However, the configuration of the main controller 50, specifically the software configuration, is different, and in particular, the control procedure of the mass flow controller 48b for nitrogen gas and the control procedure of the motor as the shutter driving means are different. Although the main controller 50 and the shutter 52 are not particularly mentioned in the prior art, they are actually provided in the same manner in the prior art. Further, in the prior art, the vacuum chamber has a substantially cylindrical shape, which is different from the substantially rectangular parallelepiped shape in the present embodiment, but the shape of this vacuum chamber depends on various conditions such as the number and size of the objects to be processed 100. It is appropriately determined accordingly and is not an element directly related to the main purpose of the present embodiment.

さて、本実施形態のアーク放電型マグネトロンスパッタ装置10によれば、それぞれの被処理物100の表面、つまり被処理面に、反応膜としての窒化チタン(TiN)膜を形成することができる。なお厳密には、窒化チタン膜の形成に先立って、中間層としてのチタン層が形成される。その上で、言わば主層としての窒化チタン膜が形成される。このように中間層としてのチタン層が設けられることによって、それぞれの被処理物100の被処理面に対する窒化チタン膜の密着力の向上が図られる。 According to the arc discharge type magnetron sputtering apparatus 10 of the present embodiment, a titanium nitride (TiN) film as a reaction film can be formed on the surface of each object to be processed, that is, the surface to be processed. Strictly speaking, a titanium layer as an intermediate layer is formed prior to the formation of the titanium nitride film. On top of that, a titanium nitride film as a main layer is formed, so to speak. By providing the titanium layer as the intermediate layer in this way, the adhesion of the titanium nitride film to the surface to be treated of each object to be treated 100 can be improved.

具体的にはまず、真空槽12内に被処理物100,100,…が設置され、つまり各ホルダ28,28,…に当該被処理物100,100,…が設置される。その上で、真空槽12内が真空ポンプによって排気され、例えば2×10−3Pa程度の圧力Pになるまで排気される。このいわゆる真空引きの後、または、この真空引きと並行して、モータ36が駆動され、被処理物100,100,…の自公転が開始される。そして、カーボンヒータ40によって、被処理物100,100,…が例えば150℃程度にまで加熱される。これにより、被処理物100,100,…に含まれている不純物ガスが排出され、いわゆる脱ガス処理が行われる。なお、この脱ガス処理においては、シャッタ52は、開状態とされてもよいし、閉状態とされてもよい。 Specifically, first, the objects to be processed 100, 100, ... Are installed in the vacuum chamber 12, that is, the objects to be processed 100, 100, ... Are installed in the holders 28, 28, ... Then, the inside of the vacuum chamber 12 is exhausted by the vacuum pump until the pressure P reaches , for example, about 2 × 10 -3 Pa. After this so-called evacuation or in parallel with this evacuation, the motor 36 is driven and the self-revolution of the objects to be processed 100, 100, ... Is started. Then, the carbon heater 40 heats the objects to be processed 100, 100, ... To, for example, about 150 ° C. As a result, the impurity gas contained in the objects to be treated 100, 100, ... Is discharged, and the so-called degassing treatment is performed. In this degassing treatment, the shutter 52 may be opened or closed.

この脱ガス処理が所定時間(30分間〜1時間ほど)にわたって行われた後、カーボンヒータによる加熱が停止されて、次に、放電洗浄処理が行われる。この放電洗浄処理においては、シャッタ52は、開状態とされる。そして、フィラメント22にカソード電力Ecが供給される。これにより、フィラメント22が2000℃以上に加熱されて、当該フィラメント22から熱電子が放出される。併せて、フィラメント22に放電用電力Edが供給される。即ち、真空槽12を陽極とし、フィラメント22を陰極として、これら両者に当該放電用電力Edが供給される。これにより、陰極であるフィラメント22から放出された熱電子が、陽極である真空槽12の壁部に向かって、とりわけ当該フィラメント22に近い位置にあって真空槽12と同電位であるアースシールド18に向かって、加速される。この状態で、真空槽12内にアルゴンガスが導入される。すると、加速された熱電子がアルゴンガスの粒子に衝突して、その衝撃により、当該アルゴンガス粒子が電離して、プラズマ300が発生する。ここで、フィラメント22の周囲を含むターゲット162の被スパッタ面の近傍には、上述した永久磁石166による磁界が発生しているので、当該フィラメント22から放出された熱電子は、この磁界の作用を受けて螺旋運動する。これにより、熱電子がアルゴンガス粒子に衝突する頻度が増大して、プラズマ300が高密度化される。このようなプラズマ300の態様は、低電圧大電流のアーク放電である。さらに、真空槽12内に水素ガスが導入される。すると、この水素ガスの粒子もまた電離して、プラズマ300を形成する。なお、真空槽12内へのアルゴンガスの導入と、当該真空槽12内への水素ガスの導入とは、同時に開始されてもよい。 After this degassing treatment is performed for a predetermined time (about 30 minutes to 1 hour), the heating by the carbon heater is stopped, and then the discharge cleaning treatment is performed. In this discharge cleaning process, the shutter 52 is opened. Then, the cathode power Ec is supplied to the filament 22. As a result, the filament 22 is heated to 2000 ° C. or higher, and thermions are emitted from the filament 22. At the same time, the electric power Ed for discharge is supplied to the filament 22. That is, the vacuum chamber 12 is used as an anode and the filament 22 is used as a cathode, and the discharge power Ed is supplied to both of them. As a result, the thermions emitted from the filament 22 as the cathode are directed toward the wall of the vacuum chamber 12 which is the anode, and are particularly close to the filament 22 and have the same potential as the vacuum chamber 12. Accelerate towards. In this state, argon gas is introduced into the vacuum chamber 12. Then, the accelerated thermions collide with the argon gas particles, and the impact causes the argon gas particles to be ionized to generate plasma 300. Here, since the magnetic field generated by the permanent magnet 166 described above is generated in the vicinity of the surface to be sputtered of the target 162 including the periphery of the filament 22, the thermions emitted from the filament 22 exert the action of this magnetic field. Receive and spiral. As a result, the frequency of thermions colliding with the argon gas particles increases, and the plasma 300 becomes denser. Such an aspect of the plasma 300 is an arc discharge with a low voltage and a large current. Further, hydrogen gas is introduced into the vacuum chamber 12. Then, the hydrogen gas particles are also ionized to form the plasma 300. The introduction of the argon gas into the vacuum chamber 12 and the introduction of the hydrogen gas into the vacuum chamber 12 may be started at the same time.

このようにアーク放電によるプラズマ300が発生している状態で、被処理物100,100,…に基板バイアス電力Ebが供給されると、当該プラズマ300中のアルゴンイオンおよび水素イオンがそれぞれの被処理物100の被処理面、とりわけプラズマ300に晒されている状態にある被処理物100の被処理面に、積極的に入射される。この結果、アルゴンイオンがそれぞれの被処理物100の被処理面に衝突することによるスパッタ作用と、水素イオンがそれぞれの被処理物100の被処理面に付着している不純物と化学的に反応することによる化学反応作用と、によって、当該それぞれの被処理物100の被処理面から不純物が取り除かれ、つまり放電洗浄処理が行われる。この放電洗浄処理におけるアルゴンガスは、プラズマ300を発生させるための放電用ガスとして機能すると共に、上述の如くスパッタ作用によって当該放電洗浄処理を実現する洗浄用ガスとしても機能する。一方、水素ガスは、上述の如く化学反応作用によって放電洗浄処理を実現する洗浄用ガスとして機能すると共に、放電用ガスとしても機能する。 When the substrate bias power Eb is supplied to the objects to be processed 100, 100, ... In the state where the plasma 300 is generated by the arc discharge in this way, the argon ions and hydrogen ions in the plasma 300 are respectively processed. It is positively incident on the surface to be treated of the object 100, particularly the surface to be processed of the object 100 to be treated which is exposed to the plasma 300. As a result, the sputtering action caused by the argon ions colliding with the surface to be treated of each object 100 to be treated and the hydrogen ion chemically react with the impurities adhering to the surface to be treated of each object 100 to be treated. By the chemical reaction action, impurities are removed from the surface to be treated of each of the objects to be treated 100, that is, a discharge cleaning treatment is performed. The argon gas in this discharge cleaning process functions as a discharge gas for generating the plasma 300, and also functions as a cleaning gas for realizing the discharge cleaning process by a sputtering action as described above. On the other hand, the hydrogen gas functions as a cleaning gas that realizes a discharge cleaning process by a chemical reaction as described above, and also functions as a discharge gas.

この放電洗浄処理においては、アルゴンガスの流量は、例えば50mL/minとされ、水素ガスの流量は、例えば150mL/minとされる。そして、真空槽12内の圧力Pは、例えば0.2Paとされる。さらに、放電用電力Edは、例えば500Wとされる。具体的には、この放電用電力Edの電圧成分である放電電圧Vdが50Vとなるように、当該放電用電力Edの供給源である放電用電源装置26が上述の如く定電圧モードで動作する。この状態で、放電用電力Edの電流成分である放電電流Idが10Aになるように、カソード電力Ecによってフィラメント22の加熱温度が制御され、つまり当該フィラメント22からの熱電子の放出量が制御される。これにより、放電用電力Edが500W(=50V×10A)とされる。加えて、基板バイアス電力Ebについては、その電圧成分である基板バイアス電圧Vbの平均値が−600Vとされる。因みに、この基板バイアス電圧Vbの平均値が−600Vであるときの当該基板バイアス電圧Vbのローレベル値は、約−873V(=[−600V−{37V×0.3}]/0.7)である。また、このときの基板バイアス電力Ebの電流成分である基板バイアス電流Ibは、約4Aである。これは即ち、この約4Aという比較的に大きな基板バイアス電流Ibが被処理物100,100,…に流れていることを示しており、つまりそれだけ多くのイオンが当該被処理物100,100,…の被処理面に入射されていることを示しており、ひいてはそれだけ大きな放電洗浄処理効果(とりわけアルゴンイオンのスパッタ作用によるボンバードメント効果)が得られることを示している。 In this discharge cleaning process, the flow rate of argon gas is set to, for example, 50 mL / min, and the flow rate of hydrogen gas is set to, for example, 150 mL / min. The pressure P in the vacuum chamber 12 is, for example, 0.2 Pa. Further, the discharge power Ed is set to, for example, 500 W. Specifically, the discharge power supply device 26, which is the supply source of the discharge power Ed, operates in the constant voltage mode as described above so that the discharge voltage Vd, which is a voltage component of the discharge power Ed, becomes 50 V. .. In this state, the heating temperature of the filament 22 is controlled by the cathode power Ec so that the discharge current Id, which is a current component of the discharge power Ed, becomes 10 A, that is, the amount of thermions emitted from the filament 22 is controlled. NS. As a result, the discharge power Ed is set to 500 W (= 50 V × 10 A). In addition, for the substrate bias power Eb, the average value of the substrate bias voltage Vb, which is a voltage component thereof, is −600 V. Incidentally, when the average value of the substrate bias voltage Vb is -600V, the low level value of the substrate bias voltage Vb is about -873V (= [-600V- {37V x 0.3}] /0.7). Is. Further, the substrate bias current Ib, which is a current component of the substrate bias power Eb at this time, is about 4A. This means that the relatively large substrate bias current Ib of about 4 A is flowing through the objects to be processed 100, 100, ... That is, so many ions are flowing to the objects 100, 100, .... It is shown that the light is incident on the surface to be treated, and that a larger discharge cleaning treatment effect (particularly, a bombardment effect due to the sputtering action of argon ions) can be obtained.

この放電洗浄処理が所定時間(約30分間)にわたって行われた後、ターゲット162の被スパッタ面を洗浄するためのプレスパッタ処理が行われる。そのために、真空槽12内への水素ガスの導入が停止される。併せて、シャッタ52が閉状態とされる。その上で、マグネトロンカソード16にスパッタ電力Esが供給される。即ち、真空槽12を陽極とし、マグネトロンカソード16を陰極として、これら両者に当該スパッタ電力Esが供給される。すると、プラズマ300中のアルゴンイオンが、陰極であるマグネトロンカソード16に向かって加速され、とりわけターゲット162の被スパッタ面に衝突し、つまりスパッタする。このアルゴンイオンによるスパッタ作用によって、ターゲット162の被スパッタ面に付着している酸化物や有機不純物等の汚れが除去され、当該被スパッタ面が洗浄される。なお、このプレスパッタ処理においては、スパッタ電力Esの供給によっても、アルゴンガス粒子が放電し、高電圧小電流のグロー放電が誘起される。即ち、プラズマ300は、上述のアーク放電に加えて、当該グロー放電を含んだ(混合した)状態になる。そして、このアーク放電を含む極めて高密度なプラズマ300の作用によって、ターゲット162の被スパッタ面の洗浄が効率的に行われる。また上述したように、ターゲット162の被スパッタ面の近傍には磁界が発生しているので、とりわけ当該ターゲット162の被スパッタ面の近傍におけるプラズマ300の密度が高くなる。これにより、ターゲット162の被スパッタ面の洗浄がより効率的に行われる。 After this discharge cleaning process is performed for a predetermined time (about 30 minutes), a pre-sputtering process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162 is performed. Therefore, the introduction of hydrogen gas into the vacuum chamber 12 is stopped. At the same time, the shutter 52 is closed. Then, the sputtering power Es is supplied to the magnetron cathode 16. That is, the vacuum chamber 12 is used as an anode and the magnetron cathode 16 is used as a cathode, and the sputtering power Es is supplied to both of them. Then, the argon ions in the plasma 300 are accelerated toward the magnetron cathode 16 which is the cathode, and particularly collide with the surface to be sputtered of the target 162, that is, sputter. By the sputtering action by the argon ion, dirt such as oxides and organic impurities adhering to the surface to be sputtered of the target 162 is removed, and the surface to be sputtered is cleaned. In this pre-sputtering process, the argon gas particles are also discharged by supplying the sputtering power Es, and a high voltage and small current glow discharge is induced. That is, the plasma 300 is in a state of including (mixing) the glow discharge in addition to the above-mentioned arc discharge. Then, the surface to be sputtered of the target 162 is efficiently cleaned by the action of the extremely high-density plasma 300 including the arc discharge. Further, as described above, since the magnetic field is generated in the vicinity of the sputtered surface of the target 162, the density of the plasma 300 in the vicinity of the sputtered surface of the target 162 becomes particularly high. As a result, the surface to be sputtered of the target 162 can be cleaned more efficiently.

このプレスパッタ処理におけるアルゴンガスの流量は、例えば150mL/minとされる。そして、真空槽12内の圧力Pは、例えば0.5Paとされる。さらに、放電用電力Edは、例えば500W(=50V×10A)とされる。加えて、スパッタ電力Esは、例えば8kWとされる。このスパッタ電力Esの供給源であるスパッタ電源装置20は、上述したように当該スパッタ電力Esが一定となるように定電力モードで動作する。また、基板バイアス電力Ebについては、その電圧成分である基板バイアス電圧Vbの平均値が−100Vとされる。因みに、この基板バイアス電圧Vbの平均値が−100Vであるときの当該基板バイアス電圧Vbのローレベル値は、約−159V(=[−100V−{37V×0.3}]/0.7)である。なお、このプレスパッタ処理においては、シャッタ52が閉状態とされるので、ターゲット162の被スパッタ面から除去された汚れが被処理物100,100,…の被処理面に付着して、当該被処理物100,100,…の被処理面が汚れてしまうようなことはない。 The flow rate of argon gas in this pre-sputtering treatment is, for example, 150 mL / min. The pressure P in the vacuum chamber 12 is, for example, 0.5 Pa. Further, the discharge power Ed is set to, for example, 500 W (= 50 V × 10 A). In addition, the sputter power Es is set to, for example, 8 kW. The sputtering power supply device 20, which is a supply source of the sputtering power Es, operates in a constant power mode so that the sputtering power Es becomes constant as described above. Further, regarding the substrate bias power Eb, the average value of the substrate bias voltage Vb, which is a voltage component thereof, is set to −100 V. Incidentally, when the average value of the substrate bias voltage Vb is -100V, the low level value of the substrate bias voltage Vb is about -159V (= [-100V- {37V × 0.3}] /0.7). Is. In this pre-sputtering process, the shutter 52 is closed, so that the dirt removed from the surface to be sputtered of the target 162 adheres to the surface to be processed of the objects to be processed 100, 100, ... The surface to be processed of the processed objects 100, 100, ... Will not be soiled.

このプレスパッタ処理が所定時間(3分間〜5分間ほど)にわたって行われた後、中間層としてのチタン層を形成するための成膜処理が行われる。そのために、シャッタ52が開状態とされる。すると、プラズマ300中のアルゴンイオンがプレスパッタ処理後のターゲット162の被スパッタ面に衝突して、当該被スパッタ面からターゲット162の粒子が叩き出される。そして、この叩き出されたスパッタ粒子は、被処理物100,100,…の被処理面に向かって、とりわけプラズマ300に晒されている状態にある被処理物100の被処理面に向かって、飛翔して、当該被処理面に付着する。この結果、被処理物100,100,…の被処理面にチタン層が形成される。ここで、ターゲット162の被スパッタ面から叩き出されたスパッタ粒子は、被処理物100,100,…の被処理面に向かって飛翔する途中で、アーク放電を含む極めて高密度なプラズマ300中を通過する。これにより、スパッタ粒子が活性化され、さらにはイオン化されて、少なくとも中性の状態よりは高いエネルギを持つようになる。そして、チタン層の高硬度化および緻密化が図られる。 After this pre-sputtering treatment is performed for a predetermined time (about 3 to 5 minutes), a film forming treatment for forming a titanium layer as an intermediate layer is performed. Therefore, the shutter 52 is opened. Then, the argon ions in the plasma 300 collide with the surface to be sputtered of the target 162 after the pre-sputtering treatment, and the particles of the target 162 are ejected from the surface to be sputtered. Then, the sputtered particles that have been knocked out are directed toward the surface to be processed of the objects to be processed 100, 100, ..., Especially toward the surface to be processed of the object to be processed 100 that is exposed to the plasma 300. It flies and adheres to the surface to be treated. As a result, a titanium layer is formed on the surface to be treated of the objects to be treated 100, 100, .... Here, the sputtered particles ejected from the surface to be sputtered of the target 162 pass through the extremely high-density plasma 300 including an arc discharge while flying toward the surface to be processed of the objects to be processed 100, 100, ... pass. This activates the sputtered particles and further ionizes them so that they have at least higher energy than in the neutral state. Then, the hardness and densification of the titanium layer are achieved.

このチタン層を形成するための成膜処理におけるアルゴンガスの流量は、例えば150mL/minとされる。そして、真空槽12内の圧力Pは、例えば0.5Paとされる。さらに、放電用電力Edは、例えば1000Wとされる。具体的には、放電用電力Edの電圧成分である放電電圧Vdが50Vとされ、当該放電用電力Edの電流成分である放電電流Idが20Aとなるように、カソード電力Ecによってフィラメント22の加熱温度が制御される。これにより、放電用電力Edが1000W(=50V×20A)とされる。加えて、スパッタ電力Esは、例えば8kWとされる。そして、基板バイアス電力Ebについては、その電圧成分である基板バイアス電圧Vbの平均値が−100Vとされる。このような条件による成膜処理が例えば5分間〜10分間にわたって行われることで、膜厚が0.1μm〜0.2μmのチタン層が形成される。 The flow rate of argon gas in the film forming process for forming the titanium layer is, for example, 150 mL / min. The pressure P in the vacuum chamber 12 is, for example, 0.5 Pa. Further, the discharge power Ed is set to, for example, 1000 W. Specifically, the filament 22 is heated by the cathode power Ec so that the discharge voltage Vd, which is a voltage component of the discharge power Ed, is 50 V, and the discharge current Id, which is a current component of the discharge power Ed, is 20 A. The temperature is controlled. As a result, the discharge power Ed is set to 1000 W (= 50 V × 20 A). In addition, the sputter power Es is set to, for example, 8 kW. As for the substrate bias power Eb, the average value of the substrate bias voltage Vb, which is a voltage component thereof, is set to −100 V. By performing the film forming process under such conditions for, for example, 5 minutes to 10 minutes, a titanium layer having a film thickness of 0.1 μm to 0.2 μm is formed.

このチタン層を形成するための処理が行われた後、窒化チタン膜を形成するための成膜処理が行われる。そのために、真空槽12内に窒素ガスが導入される。すると、この窒素ガスの粒子がプラズマ300によって分解される。そして、この分解された窒素ガスの粒子、とりわけ窒素イオンは、被処理物100,100,…の被処理面に向かって飛翔するスパッタ粒子、とりわけチタンイオンと、反応して、当該被処理物100,100,…の被処理面に付着し、とりわけプラズマ300に晒されている状態にある被処理物100の被処理面に付着し、堆積する。この結果、被処理物100,100,…の被処理面に窒素とチタンとの反応膜としての窒化チタン膜が形成される。 After the treatment for forming the titanium layer is performed, the film forming treatment for forming the titanium nitride film is performed. Therefore, nitrogen gas is introduced into the vacuum chamber 12. Then, the particles of the nitrogen gas are decomposed by the plasma 300. Then, the decomposed nitrogen gas particles, particularly nitrogen ions, react with sputtered particles flying toward the surface to be treated, particularly titanium ions, of the object to be treated 100, 100, ..., And the object to be treated 100. , 100, ... Adheres to the surface to be treated, and particularly adheres to and deposits on the surface to be treated of the object 100 to be treated which is exposed to the plasma 300. As a result, a titanium nitride film as a reaction film of nitrogen and titanium is formed on the surface to be treated of the objects to be treated 100, 100, ....

なお、この窒化チタン膜を形成するための成膜処理においては、アルゴンガスの流量は、例えば150mL/minとされる。そして、窒素ガスの流量は、例えば40mL/minとされる。ただし、この窒素ガスの導入開始直後においては、当該窒素ガスの流量は、直ちに40mL/minという所期の流量とされるのではなく、所定の時間(数分間)を掛けて段階的または連続的に漸増され、最終的に当該40mL/minという所期の流量とされる。これにより、窒化チタン膜のチタン層との境界付近において、当該窒化チタン膜の膜厚方向に沿って窒素とチタンとの組成比が段階的または連続的に変化する言わば傾斜層が形成される。このような傾斜層が形成されることによって、窒化チタン膜の密着力のさらなる向上が図られる。また、この窒化チタン膜を形成するための成膜処理において、真空槽12内の圧力Pは、例えば0.5Paとされる。さらに、放電用電力Edは、例えば1000W(=50V×20A)とされる。加えて、スパッタ電力Esは、例えば8kWとされる。そして、基板バイアス電力Ebについては、その電圧成分である基板バイアス電圧Vbの平均値が−100Vとされる。 In the film forming process for forming the titanium nitride film, the flow rate of argon gas is, for example, 150 mL / min. The flow rate of nitrogen gas is, for example, 40 mL / min. However, immediately after the start of introduction of this nitrogen gas, the flow rate of the nitrogen gas is not immediately set to the expected flow rate of 40 mL / min, but is stepwise or continuous over a predetermined time (several minutes). The flow rate is gradually increased to the desired flow rate of 40 mL / min. As a result, a so-called inclined layer is formed in the vicinity of the boundary between the titanium nitride film and the titanium layer, in which the composition ratio of nitrogen and titanium changes stepwise or continuously along the film thickness direction of the titanium nitride film. By forming such an inclined layer, the adhesion of the titanium nitride film can be further improved. Further, in the film forming process for forming the titanium nitride film, the pressure P in the vacuum chamber 12 is set to, for example, 0.5 Pa. Further, the discharge power Ed is set to, for example, 1000 W (= 50 V × 20 A). In addition, the sputter power Es is set to, for example, 8 kW. As for the substrate bias power Eb, the average value of the substrate bias voltage Vb, which is a voltage component thereof, is set to −100 V.

ところで、この窒化チタン膜を形成するための成膜処理が行われることによって、ターゲット162の被スパッタ面がスパッタされるが、とりわけプラズマ300の密度が高い部分が効率的にスパッタされる。この結果、ターゲット162の被スパッタ面にスパッタ痕であるエロージョン領域162aが現れ、詳しくは図4に示した如く概ね永久磁石166の間隙166cに倣うように概略矩形ループ状(または長円ループ状)の当該エロ−ジョン領域162aが現れる。 By the way, by performing the film forming process for forming the titanium nitride film, the surface to be sputtered of the target 162 is sputtered, and in particular, the portion of the plasma 300 having a high density is efficiently sputtered. As a result, an erosion region 162a, which is a sputter mark, appears on the surface to be sputtered of the target 162, and as shown in FIG. The erotic region 162a of the above appears.

そしてさらに、窒化チタン膜を形成するための成膜処理が続けられると、ターゲット162の被スパッタ面にも、詳しくはエロージョン領域162a以外の領域である非エロージョン領域にも、窒化チタン膜が形成され、言わば不本意な窒化チタン膜が形成される。これが顕著な状態を、図5に示す。 Further, when the film forming process for forming the titanium nitride film is continued, the titanium nitride film is formed on the surface to be sputtered of the target 162, specifically in the non-erosion region other than the erosion region 162a. So to speak, an unwilling titanium nitride film is formed. A state in which this is remarkable is shown in FIG.

この図5に示す非エロージョン領域に形成された不本意膜は、被処理物100,100,…の被処理面に形成される言わば本意的な窒化チタン膜と同様、成膜時間が長くなるに連れて成長する。ところが、この不本意膜は、或る程度にまで成長すると、自身の内部応力によって非エロージョン領域から微粉末状に剥離する。そして、この剥離した微粉末がエロージョン領域162aに落下して、これがスパッタされると、このスパッタによって飛散した粒子、言わばスプラッシュ粒子が、被処理物100,100,…の被処理面に付着し、厳密には当該被処理面に形成された本意的な窒化チタン膜の表面に付着する。この結果、当該本意的な窒化チタン膜の表面が粗化されてしまう、という不都合が生じる。 The unwilling film formed in the non-erosion region shown in FIG. 5 has a longer film formation time, similarly to the so-called intentional titanium nitride film formed on the surface to be treated of the objects to be treated 100, 100, ... Grow with you. However, when this unwilling film grows to a certain extent, it peels off from the non-erosion region in the form of a fine powder due to its own internal stress. Then, when the exfoliated fine powder falls into the erosion region 162a and is sputtered, the particles scattered by the sputtering, so to speak, the splash particles adhere to the surface to be treated of the objects to be treated 100, 100, ... Strictly speaking, it adheres to the surface of the intentional titanium nitride film formed on the surface to be treated. As a result, there is a disadvantage that the surface of the intentional titanium nitride film is roughened.

そこで、窒化チタン膜を形成するための成膜処理の途中で、例えばターゲット162の被スパッタ面の非エロージョン領域に上述の不本意膜が形成されそうなとき、或いは当該不本意膜が形成されて間もないとき、つまりは少なくとも当該不本意膜が非エロージョン領域から剥離する前に、当該成膜処理が中断される。そして、この成膜処理が中断されている期間中に、換言すれば当該成膜処理に代えて、ここで言う不本意膜を除去するべく非エロージョン領域を含むターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理が行われる。 Therefore, in the middle of the film forming process for forming the titanium nitride film, for example, when the above-mentioned unwilling film is likely to be formed in the non-erosion region of the surface to be sputtered of the target 162, or the unwilling film is formed. Shortly after, that is, at least before the unintentional film is detached from the non-erosion region, the film formation process is interrupted. Then, during the period during which the film forming process is interrupted, in other words, instead of the film forming process, the surface to be sputtered of the target 162 including the non-erosion region is washed in order to remove the unwilling film referred to here. Processing is performed.

具体的にはまず、シャッタ52が閉状態とされる。その上で、真空槽12内への窒素ガスの導入が停止される。要するに、上述のプレスパッタ処理のときと同様の状態が形成される。これにより、プレスパッタ処理のときと同様に、アルゴンイオンのスパッタ作用によって、ターゲット162の被スパッタ面が洗浄され、とりわけ非エロージョン領域から不本意膜が除去される。このターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理においても、アーク放電を含む極めて高密度なプラズマ300の作用が及び、当該処理が効率的に行われる。 Specifically, first, the shutter 52 is closed. Then, the introduction of nitrogen gas into the vacuum chamber 12 is stopped. In short, a state similar to that in the above-mentioned pre-sputtering treatment is formed. As a result, as in the case of the pre-sputtering treatment, the surface to be sputtered of the target 162 is washed by the sputtering action of argon ions, and the unintentional film is particularly removed from the non-erosion region. Also in the process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162, the action of the extremely high-density plasma 300 including the arc discharge is exerted, and the process is efficiently performed.

なお、このターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理においては、アルゴンガスの流量は、例えば150mL/minとされる。そして、真空槽12内の圧力Pは、例えば0.5Paとされる。さらに、放電用電力Edは、例えば500W(=50V×10A)とされる。加えて、スパッタ電力Esは、例えば8kWとされる。また、基板バイアス電力Ebについては、その電圧成分である基板バイアス電圧Vbの平均値が−100Vとされる。因みに、このターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理においても、プレスパッタ処理のときと同様に、シャッタ52が閉状態とされるので、非エロージョン領域から除去された不本意膜の粒子が被処理物100,100,…の被処理面に付着して、厳密には当該被処理面に形成された窒化チタン膜の表面に付着して、当該窒化チタン膜の表面が粗化されてしまうようなことはない。 In the process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162, the flow rate of the argon gas is set to, for example, 150 mL / min. The pressure P in the vacuum chamber 12 is, for example, 0.5 Pa. Further, the discharge power Ed is set to, for example, 500 W (= 50 V × 10 A). In addition, the sputter power Es is set to, for example, 8 kW. Further, regarding the substrate bias power Eb, the average value of the substrate bias voltage Vb, which is a voltage component thereof, is set to −100 V. Incidentally, in the process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162, the shutter 52 is closed as in the pre-sputtering process, so that the particles of the unwilling film removed from the non-erosion region are removed. It adheres to the surface to be treated of the objects to be treated 100, 100, ..., Strictly speaking, it adheres to the surface of the titanium nitride film formed on the surface to be treated, and the surface of the titanium nitride film is roughened. There is no such thing.

そして、このターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理によって当該被スパッタ面が十分に洗浄された(とみなされた)後、改めて窒化チタン膜を形成するための成膜処理が行われる。即ち、改めて真空槽12内に窒素ガスが導入される。その上で、改めてシャッタ52が開状態とされる。そして、所期の膜厚の窒化チタン膜が形成されるまで、この窒化チタン膜を形成するための成膜処理と、ターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理とが、交互に繰り返される。 Then, after the surface to be sputtered is sufficiently cleaned (considered) by the process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162, a film forming process for forming a titanium nitride film is performed again. That is, nitrogen gas is introduced into the vacuum chamber 12 again. After that, the shutter 52 is opened again. Then, until the titanium nitride film having the desired film thickness is formed, the film forming process for forming the titanium nitride film and the process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162 are alternately repeated. ..

所期の膜厚の窒化チタン膜が形成されると(みなされると)、真空槽12内へのアルゴンガスおよび窒素ガスの導入が停止される。併せて、マグネトロンカソード16へのスパッタ電力Esの供給が停止されると共に、フィラメント22へのカソード電力Ecおよび放電用電力Edの供給が停止される。これにより、プラズマ300が消失する。さらに、被処理物100,100,…への基板バイアス電力Ebの供給が停止される。そして、真空槽12内の圧力が大気圧付近にまで徐々に戻されながら、一定の冷却期間が置かれる。その後、モータ36の駆動が停止されることによって、被処理物100,100,…の自公転が停止される。その上で、真空槽12内が外部に開放されて、当該真空槽12内から被処理物100,100,…が外部に取り出される。これをもって、窒化チタン膜を形成するための処理を含む一連の処理が終了する。 When the titanium nitride film having the desired film thickness is formed (assumed to be), the introduction of argon gas and nitrogen gas into the vacuum chamber 12 is stopped. At the same time, the supply of the sputtering power Es to the magnetron cathode 16 is stopped, and the supply of the cathode power Ec and the discharge power Ed to the filament 22 is stopped. As a result, the plasma 300 disappears. Further, the supply of the substrate bias power Eb to the objects to be processed 100, 100, ... Is stopped. Then, a constant cooling period is set while the pressure in the vacuum chamber 12 is gradually returned to the vicinity of the atmospheric pressure. After that, the drive of the motor 36 is stopped, so that the rotation of the objects to be processed 100, 100, ... Is stopped. Then, the inside of the vacuum chamber 12 is opened to the outside, and the objects to be processed 100, 100, ... Are taken out from the inside of the vacuum chamber 12. This completes a series of processes including the process for forming the titanium nitride film.

この一連の処理におけるメインコントローラ50による制御要領、とりわけアルゴンガス,水素ガスおよび窒素ガスそれぞれの導入/非導入,放電用電力Ed,スパッタ電力Esおよび基板バイアス電力Ebそれぞれの供給/非供給ならびにシャッタ52の開状態/閉状態についての制御要領を、図示すると、図6のようになる。なお、アルゴンガス,水素ガスおよび窒素ガスそれぞれの導入/非導入についての制御は、対応するマスフローコントローラ44b,46bおよび48bを介して行われる。そして、放電用電力Ed,スパッタ電力Esおよび基板バイアス電力Ebそれぞれの供給/非供給についての制御は、放電用電源装置26,スパッタ電源装置20および基板バイアス電源装置38を介して行われる。さらに、シャッタ52の開状態/閉状態についての制御は、シャッタ駆動手段としてのモータを介して行われる。 The control procedure by the main controller 50 in this series of processing, in particular, the introduction / non-introduction of each of argon gas, hydrogen gas and nitrogen gas, the supply / non-supply of each of the discharge power Ed, the sputter power Es and the substrate bias power Eb, and the shutter 52. The control procedure for the open state / closed state of the above is illustrated as shown in FIG. The introduction / non-introduction of each of argon gas, hydrogen gas and nitrogen gas is controlled via the corresponding mass flow controllers 44b, 46b and 48b. The supply / non-supply of each of the discharge power Ed, the sputter power Es, and the substrate bias power Eb is controlled via the discharge power supply device 26, the sputter power supply device 20, and the substrate bias power supply device 38. Further, the control of the open state / closed state of the shutter 52 is performed via a motor as a shutter driving means.

図6に示すように、上述の脱ガス処理が行われた後の時点t0において、真空槽内12にアルゴンガスが導入されると共に、当該真空槽12内に水素ガスが導入される。併せて、フィラメント22に放電用電力Edが供給される。なお、この図6では省略されているが、放電用電力Edの供給と共に、フィラメント22にカソード電力Ecも供給される。さらに、被処理物100,100,…に基板バイアス電力Ebが供給される。そして、シャッタ52が開状態とされる。これにより、放電洗浄処理が行われる。 As shown in FIG. 6, at the time point t0 after the above-mentioned degassing treatment is performed, argon gas is introduced into the vacuum chamber 12 and hydrogen gas is introduced into the vacuum chamber 12. At the same time, the electric power Ed for discharge is supplied to the filament 22. Although omitted in FIG. 6, the cathode power Ec is also supplied to the filament 22 together with the supply of the discharge power Ed. Further, the substrate bias power Eb is supplied to the objects to be processed 100, 100, .... Then, the shutter 52 is opened. As a result, the discharge cleaning process is performed.

そして、この放電洗浄処理が所定時間にわたって行われた後の時点t1において、真空槽1内への水素ガスの導入が停止されると共に、シャッタ52が閉状態とされる。これにより、放電洗浄処理が終了される。そして、この放電洗浄処理が終了された後の時点t2において、マグネトロンカソード16にスパッタ電力Esが供給される。これにより、プレスパッタ処理が行われる。 Then, at the time point t1 after the discharge cleaning process is performed for a predetermined time, the introduction of hydrogen gas into the vacuum chamber 1 is stopped and the shutter 52 is closed. As a result, the discharge cleaning process is completed. Then, at the time point t2 after the discharge cleaning process is completed, the sputtering power Es is supplied to the magnetron cathode 16. As a result, the pre-sputtering process is performed.

さらに、このプレスパッタ処理が所定時間にわたって行われた後の時点t3において、シャッタ52が開状態とされる。これにより、中間層としてのチタン層を形成するための成膜処理が行われる。 Further, at the time point t3 after this pre-sputtering treatment is performed for a predetermined time, the shutter 52 is opened. As a result, a film forming process for forming the titanium layer as an intermediate layer is performed.

そして、この中間層としてのチタン層を形成するための成膜処理が所定時間にわたって行われた後の時点t4において、真空槽12内に窒素ガスが導入される。これにより、窒化チタン膜を形成するための成膜処理が行われる。なお、この時点t4においては、窒素ガスの流量が直ちに所期の流量とされるのではなく、所定の時間を掛けて段階的または連続的に漸増され、最終的に当該所期の流量とされる。これにより、上述した傾斜層が形成される。 Then, at the time point t4 after the film forming process for forming the titanium layer as the intermediate layer is performed for a predetermined time, nitrogen gas is introduced into the vacuum chamber 12. As a result, a film forming process for forming the titanium nitride film is performed. At this point t4, the flow rate of nitrogen gas is not immediately set to the desired flow rate, but is gradually or continuously gradually increased over a predetermined time, and finally is set to the desired flow rate. NS. As a result, the above-mentioned inclined layer is formed.

さらに、この窒化チタン膜を形成するための成膜処理が行われている途中の時点t5において、シャッタ52が閉状態とされる。その上で、真空槽12内への窒素ガスの導入が停止される。これにより、上述した不本意膜を除去するべくターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理が行われる。なお、図6では、この時点t5において、シャッタ52が閉状態とされると同時に、真空槽12内への窒素ガスの導入が停止されるように、見受けられるが、実際には、シャッタ52が完全に閉状態とされてから少しの時間(数秒間、例えば3秒間〜5秒間程度)が経過した後に、真空槽12内への窒素ガスの導入が停止される。これは、シャッタ52が開状態から閉状態に完全に遷移するのに多少の時間(数秒間、例えば1秒間〜3秒間程度)が掛かるのに対して、真空槽12内に窒素ガスが導入されている状態から当該窒素ガスが非導入とされる状態に遷移するのは瞬間的であることによる。言い換えれば例えば、これらの制御が同時に行われるとすると、シャッタ52が完全に閉状態となる前に、真空槽12内への窒素ガスの導入が停止されることになり、そうなると僅かではあるがチタン層が形成されることになるからである。このチタン層が形成されるのを回避するために、シャッタ52が完全に閉状態とされた後に、真空槽12内への窒素ガスの導入が停止され、言わばこれらの制御にタイムラグが設けられる。 Further, the shutter 52 is closed at the time point t5 during the film forming process for forming the titanium nitride film. Then, the introduction of nitrogen gas into the vacuum chamber 12 is stopped. As a result, a process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162 is performed in order to remove the above-mentioned unwilling film. In FIG. 6, at this time t5, it seems that the shutter 52 is closed and at the same time the introduction of nitrogen gas into the vacuum chamber 12 is stopped, but in reality, the shutter 52 is After a short time (several seconds, for example, about 3 to 5 seconds) has passed since the vacuum chamber was completely closed, the introduction of nitrogen gas into the vacuum chamber 12 is stopped. This is because it takes some time (several seconds, for example, about 1 to 3 seconds) for the shutter 52 to completely transition from the open state to the closed state, whereas nitrogen gas is introduced into the vacuum chamber 12. This is because the transition from the state of being in the state to the state in which the nitrogen gas is not introduced is instantaneous. In other words, for example, if these controls are performed at the same time, the introduction of nitrogen gas into the vacuum chamber 12 will be stopped before the shutter 52 is completely closed, which is a slight amount of titanium. This is because layers will be formed. In order to avoid the formation of the titanium layer, after the shutter 52 is completely closed, the introduction of nitrogen gas into the vacuum chamber 12 is stopped, so to speak, a time lag is provided in these controls.

このターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理によって当該被スパッタ面が十分に洗浄された(とみなされた)時点t6において、改めて真空槽12内に窒素ガスが導入される。その上で、シャッタ52が開状態とされる。これにより、改めて窒化チタン膜を形成するための成膜処理が行われる。なお、図6では、この時点t6において、真空槽12内に窒素ガスが導入されると同時に、シャッタ52が開状態とされるように、見受けられるが、実際には、真空槽12内に窒素ガスが導入されてから少しの時間(数秒間〜最大1分間、例えば10秒間)が経過した後に、シャッタ52が開状態とされる。即ち、上述の時点t5とは逆の関係のタイムラグが設けられる。これもまた、窒化チタン膜の途中にチタン層が形成されるのを回避するためである。 Nitrogen gas is introduced into the vacuum chamber 12 again at the time point t6 when the surface to be sputtered is sufficiently cleaned (considered) by the process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162. Then, the shutter 52 is opened. As a result, a film forming process for forming the titanium nitride film is performed again. In FIG. 6, it seems that the shutter 52 is opened at the same time as the nitrogen gas is introduced into the vacuum chamber 12 at this time t6, but in reality, nitrogen is introduced into the vacuum chamber 12. The shutter 52 is opened after a short time (several seconds to a maximum of 1 minute, for example, 10 seconds) has elapsed since the gas was introduced. That is, a time lag having a relationship opposite to that at the time point t5 described above is provided. This is also to avoid the formation of a titanium layer in the middle of the titanium nitride film.

そして、この窒化チタン膜を形成するための成膜処理が行われている途中の時点t7において、改めてシャッタ52が閉状態とされる。その上で、真空槽12内への窒素ガスの導入が停止される。これにより、改めてターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理が行われる。なお、この時点t7においても、上述の時点t5と同様に、シャッタ52が閉状態とされる制御と、真空槽内12内への窒素ガスの導入が停止される制御とに、タイムラグが設けられる。 Then, at the time point t7 during the film forming process for forming the titanium nitride film, the shutter 52 is closed again. Then, the introduction of nitrogen gas into the vacuum chamber 12 is stopped. As a result, a process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162 is performed again. At this time point t7 as well, a time lag is provided between the control that the shutter 52 is closed and the control that the introduction of nitrogen gas into the vacuum chamber 12 is stopped, as in the above time point t5. ..

さらに、このターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理によって当該被スパッタ面が十分に洗浄された(とみなされた)時点t8において、改めて真空槽12内に窒素ガスが導入される。その上で、シャッタ52が開状態とされる。これにより、改めて窒化チタン膜を形成するための成膜処理が行われる。なお、この時点t8においても、上述の時点t6と同様のタイムラグが設けられる。 Further, at the time t8 when the surface to be sputtered is sufficiently cleaned (considered) by the process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162, nitrogen gas is introduced into the vacuum chamber 12 again. Then, the shutter 52 is opened. As a result, a film forming process for forming the titanium nitride film is performed again. At this time point t8, the same time lag as the above time point t6 is provided.

これ以降、所期の膜厚の窒化チタン膜が形成されるまで、当該窒化チタン膜を形成するための成膜処理と、ターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理と、が交互に繰り返される。そして、所期の膜厚の窒化チタンが形成された(とみなされた)時点10において、真空槽12内へのアルゴンガスおよび窒素ガスの導入が停止される。併せて、マグネトロンカソード16へのスパッタ電力Esの供給が停止されると共に、フィラメント22への放電電力Edの供給が停止される。このとき、フィラメント22へのカソード電力Ecに供給も停止される。さらに、被処理物100,100,…への基板バイアス電力Ebの供給が停止される。そして、一連の処理の終了へと進む。 After that, until the titanium nitride film having the desired film thickness is formed, the film forming process for forming the titanium nitride film and the process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162 are alternately repeated. Is done. Then, at the time point 10 when the titanium nitride having the desired film thickness is formed (considered), the introduction of the argon gas and the nitrogen gas into the vacuum chamber 12 is stopped. At the same time, the supply of the sputtering power Es to the magnetron cathode 16 is stopped, and the supply of the discharge power Ed to the filament 22 is stopped. At this time, the supply of the cathode power Ec to the filament 22 is also stopped. Further, the supply of the substrate bias power Eb to the objects to be processed 100, 100, ... Is stopped. Then, the process proceeds to the end of a series of processes.

このように本実施形態では、窒化チタン膜を形成するための処理と、ターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理と、が交互に繰り返されるが、このうちの窒化チタン膜を形成するための処理が行われる1回当たりの時間Td(=t5−t4,t7−t6,…)そのものは、スパッタ電力Esやターゲット162の種類等の諸条件によって変わる。本実施形態では、当該時間Tdは、例えば60分間とされる。一方、ターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理が行われる1回当たりの時間Tc(=t6−t5,t8−t7,…)そのものもまた、諸条件によって変わる。本実施形態では、当該時間Tcは、例えば10分間とされている。 As described above, in the present embodiment, the process for forming the titanium nitride film and the process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162 are alternately repeated, but in order to form the titanium nitride film among them. The time Td (= t5-t4, t7-t6, ...) Itself for which the above-mentioned processing is performed varies depending on various conditions such as the sputtering power Es and the type of the target 162. In the present embodiment, the time Td is, for example, 60 minutes. On the other hand, the time Tc (= t6-t5, t8-t7, ...) Itself for which the process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162 is performed also changes depending on various conditions. In the present embodiment, the time Tc is set to, for example, 10 minutes.

ただし、時間Tdに対する時間Tcの比率(=Tc/Td)は、0.05〜0.5とされるのが、望ましい。即ち、この比率が例えば過大であると、つまり時間Tcが過度に長いと、ターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理が必要以上に行われることになり、生産性が低下する。一方、この比率が過小であると、つまり時間Tcが過度に短いと、ターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理が十分に行われず、当該被スパッタ面に形成された不本意膜が十分に除去されない虞がある。これらのことから、時間Tdに対する時間Tcの比率は、0.05〜0.5とされ、より望ましくは例えば0.1〜0.3とされる。 However, the ratio of time Tc to time Td (= Tc / Td) is preferably 0.05 to 0.5. That is, if this ratio is excessive, that is, if the time Tc is excessively long, the process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162 is performed more than necessary, and the productivity is lowered. On the other hand, if this ratio is too small, that is, if the time Tc is excessively short, the treatment for cleaning the surface to be sputtered of the target 162 is not sufficiently performed, and the unwilling film formed on the surface to be sputtered is sufficient. May not be removed. From these facts, the ratio of time Tc to time Td is set to 0.05 to 0.5, more preferably 0.1 to 0.3, for example.

このように本実施形態によれば、窒化チタン膜を形成するための成膜処理と、ターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理と、が交互に繰り返されることによって、当該被スパッタ面の非エロージョン領域に形成された不本意膜に起因する窒化チタン膜の表面の粗化が抑制されつつ、長時間にわたっての当該窒化チタン膜の成膜処理を実現することができる。この結果、膜厚が大きくて、しかも、表面が滑らかな、窒化チタン膜を形成することができる。 As described above, according to the present embodiment, the film forming process for forming the titanium nitride film and the process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162 are alternately repeated to obtain the surface to be sputtered. Roughening of the surface of the titanium nitride film due to the unwilling film formed in the non-erosion region can be suppressed, and the film formation process of the titanium nitride film can be realized for a long time. As a result, it is possible to form a titanium nitride film having a large film thickness and a smooth surface.

これに対して例えば、上述の従来技術において、窒化チタン膜を形成する場合の制御要領、とりわけアルゴンガス,水素ガスおよび窒素ガスそれぞれの導入/非導入,放電用電力Ed,スパッタ電力Esおよび基板バイアス電力Ebそれぞれの供給/非供給ならびにシャッタ52の開状態/閉状態についての制御要領を、図示すると、図7のようになる。 On the other hand, for example, in the above-mentioned prior art, the control procedure for forming the titanium nitride film, particularly the introduction / non-introduction of each of argon gas, hydrogen gas and nitrogen gas, discharge power Ed, sputtering power Es and substrate bias. FIG. 7 shows a control procedure for the supply / non-supply of each electric power Eb and the open / closed state of the shutter 52.

即ち、この図7に示す時点t0’〜時点t4’においては、図6に示した時点t0〜時点t4と同様の制御が成される。そして、時点t4’において、窒化チタン膜を形成するための成膜処理が開始された後、この成膜処理は、所期の膜厚の当該窒化チタン膜が形成される(とみなされる)時点t10’まで、継続される。この成膜時間TD’が長くなると、図5に示した如くターゲット162の被スパッタ面の非エロージョン領域に不本意膜が形成される。なお、図5は、当該成膜時間TD’が5時間の場合の状態を示す。そして、この不本意膜に起因して、窒化チタン膜の表面が粗化される。要するに、従来技術では、膜厚が大きくても表面が滑らかな窒化チタン膜を形成することができない。 That is, at the time point t0'to the time point t4'shown in FIG. 7, the same control as that at the time point t0 to the time point t4 shown in FIG. 6 is performed. Then, at the time point t4', after the film forming process for forming the titanium nitride film is started, this film forming process is performed at the time point when the titanium nitride film having the desired film thickness is formed (considered). It will continue until t10'. When the film formation time TD'is long, an unwilling film is formed in the non-erosion region of the surface to be sputtered of the target 162 as shown in FIG. Note that FIG. 5 shows a state when the film formation time TD'is 5 hours. Then, due to this unwilling film, the surface of the titanium nitride film is roughened. In short, in the prior art, it is not possible to form a titanium nitride film having a smooth surface even if the film thickness is large.

図8に、本実施形態による窒化チタン膜と、従来技術による窒化チタン膜と、の性状を比較して示す。なお、この図8における本実施形態による窒化チタン膜の性状は、上述した60分間という時間Tdにわたる成膜処理が5回繰り返されたときの、つまり合計で5時間という成膜時間TD(=5×Td)にわたって形成された、当該窒化チタン膜の性状である。そして、従来技術による窒化チタン膜の性状もまた、5時間という成膜時間TD’にわたって形成された当該窒化チタン膜の性状である。 FIG. 8 shows a comparison of the properties of the titanium nitride film according to the present embodiment and the titanium nitride film according to the prior art. The properties of the titanium nitride film according to the present embodiment in FIG. 8 show that the film formation time TD (= 5) is 5 hours in total when the above-mentioned film formation process over the time Td of 60 minutes is repeated 5 times. It is the property of the titanium nitride film formed over × Td). The properties of the titanium nitride film according to the prior art are also the properties of the titanium nitride film formed over the film formation time TD'of 5 hours.

この図8に示すように、膜厚,処理温度,内部応力およびヌープ硬度については、いずれも、本実施形態による窒化チタン膜と、従来技術による窒化チタン膜と、で略同程度である(両者の差異は誤差程度である)。ところが、表面粗さについては、中心線平均粗さRaおよび十点平均高さRzのいずれも、本実施形態による窒化チタン膜の方が、従来技術による窒化チタン膜に比べて、遥かに小さい。即ち、本実施形態による窒化チタン膜の方が、従来技術による窒化チタン膜に比べて、遥かに滑らかである。さらに、色調については、L値,a値およびb値のいずれも、本実施形態による窒化チタン膜の方が、従来技術による窒化チタン膜に比べて、大きい。これは即ち、本実施形態による窒化チタン膜の方が、従来技術による窒化チタン膜に比べて、明るく鮮やかな色調であることを示す。 As shown in FIG. 8, the film thickness, the processing temperature, the internal stress, and the Knoop hardness are all approximately the same between the titanium nitride film according to the present embodiment and the titanium nitride film according to the prior art (both). The difference is about the error). However, regarding the surface roughness, both the center line average roughness Ra and the ten-point average height Rz are much smaller in the titanium nitride film according to the present embodiment than in the titanium nitride film according to the prior art. That is, the titanium nitride film according to the present embodiment is much smoother than the titanium nitride film according to the prior art. Further, regarding the color tone, the titanium nitride film according to the present embodiment has a larger L value, a value, and b value than the titanium nitride film according to the prior art. This means that the titanium nitride film according to the present embodiment has a brighter and more vivid color tone than the titanium nitride film according to the prior art.

そして、図9に、本実施形態による窒化チタン膜と、従来技術による窒化チタン膜と、の顕微鏡による観察画像を比較して示す。この図10から分かるように、例えば(b)に示す従来技術による窒化チタン膜においては、直径が最大で60μm程度の大きなスプラッシュ粒子が数多く見られるが、(a)に示す本実施形態による窒化チタン膜においては、そのような大きなスプラッシュ粒子は見られず、ほんの小さい粒子状の物質(これもスプラッシュ粒子と思われる)が見られる程度である。このことからも、本実施形態によれば、従来技術に比べて、滑らかな窒化チタン膜を形成できることが分かる。 Then, FIG. 9 shows a comparison of observation images of the titanium nitride film according to the present embodiment and the titanium nitride film according to the prior art with a microscope. As can be seen from FIG. 10, for example, in the titanium nitride film according to the prior art shown in (b), many large splash particles having a maximum diameter of about 60 μm can be seen, but the titanium nitride according to the present embodiment shown in (a). No such large splash particles are found on the membrane, only small particulate matter (also thought to be splash particles) is visible. From this, it can be seen that according to the present embodiment, a smooth titanium nitride film can be formed as compared with the prior art.

以上のように、本実施形態によれば、膜厚が大きくて、しかも、表面が滑らかな、窒化チタン膜を形成することができる。このことは、金型,工具,摺動部品等の長寿命化や相手攻撃性の低減に大きく貢献する。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to form a titanium nitride film having a large film thickness and a smooth surface. This greatly contributes to extending the life of molds, tools, sliding parts, etc. and reducing the aggression against opponents.

なお、本実施形態は、本発明の1つの具体例であり、本発明の範囲を限定するものではない。 The present embodiment is a specific example of the present invention, and does not limit the scope of the present invention.

例えば、ターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理時は、窒化チタン膜を形成するための成膜処理時に比べて、大きなスパッタ電力Esが供給されてもよい。これにより、ターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理が効率的に行われ、この処理時間Tcの短縮化が図られ、ひいては生産性の向上が図られる。 For example, during the process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162, a larger sputtering power Es may be supplied as compared with the film formation process for forming the titanium nitride film. As a result, the process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162 is efficiently performed, the processing time Tc can be shortened, and the productivity can be improved.

また、図10に示すように、窒化チタン膜を形成するための成膜処理が行われている期間(t4〜t5,t6〜t7,…)中は、真空槽12内へのアルゴンガスの導入が停止されてもよい。この場合、当該期間中は、反応性ガスとしての窒素ガスが放電用ガスとしても機能する。言い換えれば、窒素ガスは、放電用ガスとして兼用される。併せて、当該窒素ガスは、ターゲット162の被スパッタ面をスパッタするスパッタガスとしても機能する。これにより、アルゴンガスの消費が抑えられ、窒化チタン膜を形成するためのコストの低減が図られる。 Further, as shown in FIG. 10, during the period (t4 to t5, t6 to t7, ...) Where the film forming process for forming the titanium nitride film is being performed, argon gas is introduced into the vacuum chamber 12. May be stopped. In this case, during the period, the nitrogen gas as the reactive gas also functions as the discharge gas. In other words, the nitrogen gas is also used as a discharge gas. At the same time, the nitrogen gas also functions as a sputtering gas that sputters the surface to be sputtered of the target 162. As a result, the consumption of argon gas is suppressed, and the cost for forming the titanium nitride film can be reduced.

そして、マグネトロンカソード16については、永久磁石166が固定された、つまり当該永久磁石166の位置が動かない、磁石(磁界)固定型のものが採用されたが、これに限らない。例えば、永久磁石166がターゲット162の背面に沿って動くことで当該ターゲット166の被スパッタ面を広域的にスパッタし、ひいては非エロージョン領域の低減を図る、いわゆる広域エロージョン型のものが採用されてもよい。ただし上述したように、不本意膜はターゲット162の被スパッタ面の非エロージョン領域に形成されるので、広域エロージョン型に比べて当該非エロージョン領域が大きく現れる磁石固定型のマグネトロンカソード16が採用される構成に、本発明は特に好適である。 As the magnetron cathode 16, a magnet (magnetic field) fixed type in which the permanent magnet 166 is fixed, that is, the position of the permanent magnet 166 does not move is adopted, but the present invention is not limited to this. For example, even if a so-called wide area erosion type magnet is adopted, in which the permanent magnet 166 moves along the back surface of the target 162 to sputter the surface to be sputtered of the target 166 over a wide area and thus reduce the non-erosion area. good. However, as described above, since the unwilling film is formed in the non-erosion region of the surface to be sputtered of the target 162, the magnetron fixed type magnetron cathode 16 in which the non-erosion region appears larger than the wide area erosion type is adopted. The present invention is particularly suitable for the configuration.

加えて、本実施形態においては、中間層としてのチタン膜が設けられたが、このチタン膜については、設けられなくてもよい。ただし、当該チタン膜が設けられた方が、主層としての窒化チタン膜の密着力の向上が図られることは、上述した通りである。 In addition, in the present embodiment, a titanium film as an intermediate layer is provided, but this titanium film may not be provided. However, as described above, when the titanium film is provided, the adhesion of the titanium nitride film as the main layer can be improved.

また、本実施形態においては、反応膜として窒化チタン膜を例に挙げたが、この窒化チタン膜以外の反応膜を形成する場合にも、本発明を適用することができる。例えば、窒化クロム(CrN)膜,窒化アルミニウム(AlN)膜,窒化チタンアルミニウム(TiAlN)膜,窒化アルミニウムクロム(AlCrN)膜等の窒化膜,炭化チタン(TiC)膜等の炭化膜,炭窒化チタン(TiCN)膜,炭窒化クロム(CrCN)膜等の炭窒化膜,酸化珪素(SiO)等の酸化膜,酸窒化アルミニウム(AlON)膜等の酸窒化膜等を形成する場合にも、本発明を適用することができる。なお、形成しようとする反応膜の種類に応じて反応性ガスおよびターゲット162の種類が変わることは、言うまでもない。併せて、スパッタ電力Esや放電用電力Ed等の諸条件も適宜に定められる。特にターゲット162が絶縁物である場合には、スパッタ電力Esおよび放電用電力Edとして交流電力が採用される。そして、反応膜を形成するための成膜処理に掛けられる時間Tdと、ターゲット162の被スパッタ面を洗浄するための処理に掛けられる時間Tcと、これら各時間TdおよびTcの相互比率と、についても、適宜に定められる。 Further, in the present embodiment, the titanium nitride film is taken as an example as the reaction film, but the present invention can also be applied when forming a reaction film other than the titanium nitride film. For example, a nitride film such as a chromium nitride (CrN) film, an aluminum nitride (AlN) film, a titanium aluminum nitride (TiAlN) film, an aluminum chromium nitride (AlCrN) film, a carbide film such as a titanium carbide (TiC) film, and titanium carbonitride. This is also used when forming a carbon nitride film such as a (TiCN) film, a chromium nitride (CrCN) film, an oxide film such as silicon oxide (SiO 2 ), or an oxynitride film such as an aluminum nitride (AlON) film. The invention can be applied. Needless to say, the types of the reactive gas and the target 162 change depending on the type of the reaction membrane to be formed. At the same time, various conditions such as the sputter power Es and the discharge power Ed are appropriately determined. In particular, when the target 162 is an insulator, AC power is adopted as the sputter power Es and the discharge power Ed. Then, regarding the time Td required for the film forming process for forming the reaction film, the time Tc required for the process for cleaning the surface to be sputtered of the target 162, and the mutual ratio of each of these time Td and Tc. Is also determined as appropriate.

さらに、シャッタ52として概略矩形平板状のものが採用されたが、これに限らない。このシャッタ52の形状等の態様については、マグネトロンカソード16や真空槽12等の態様に応じて適宜に定められる。 Further, as the shutter 52, a substantially rectangular flat plate shape is adopted, but the shutter 52 is not limited to this. The shape and the like of the shutter 52 are appropriately determined according to the mode of the magnetron cathode 16 and the vacuum chamber 12.

そして、マグネトロンカソード16のターゲット162は、概略矩形平板状のものに限らず、例えば概略円板状のものであってもよく、極端には、その被スパッタ面が曲面状のものであってもよい。また、このターゲット16(被スパッタ面)の形状に応じて、フィラメント22に形状も適宜に定められる。 The target 162 of the magnetron cathode 16 is not limited to a substantially rectangular flat plate shape, but may be, for example, a substantially disc shape, or in the extreme, a curved surface to be sputtered. good. Further, the shape of the filament 22 is appropriately determined according to the shape of the target 16 (surface to be sputtered).

加えて、マグネトロンカソード16は、1つに限らず、複数設けられてもよい。この場合、真空槽12の中心軸Xaの円周方向に沿って当該マグネトロンカソード16が複数設けられるのが、望ましい。併せて、それぞれのマグネトロンカソード16にフィラメント22が付随されるのが、望ましい。この構成によれば、反応膜の形成速度の向上が図られ、ひいては生産性のさらなる向上が図られる。 In addition, the number of magnetron cathodes 16 is not limited to one, and a plurality of magnetron cathodes 16 may be provided. In this case, it is desirable that a plurality of the magnetron cathodes 16 are provided along the circumferential direction of the central axis Xa of the vacuum chamber 12. At the same time, it is desirable that the filament 22 is attached to each magnetron cathode 16. According to this configuration, the formation rate of the reaction membrane can be improved, and thus the productivity can be further improved.

また、基板バイアス電力Ebとしてバイポーラパルス電力が採用されたが、これに限らない。例えば、被処理物100,100,…が導電性物質である場合には、直流電力が採用されてもよい。ただし、被処理物100,100,…に含まれるガス等によって異常放電が生じる場合があるので、このような異常放電を防止する観点から、バイポーラパルス電力が採用されるのが、望ましい。また、このバイポーラパルス電力以外のパルス電力や高周波電力が採用されてもよい。 Further, bipolar pulse power is adopted as the substrate bias power Eb, but the present invention is not limited to this. For example, when the objects to be processed 100, 100, ... Are conductive substances, DC electric power may be adopted. However, since abnormal discharge may occur due to gas or the like contained in the objects to be processed 100, 100, ..., It is desirable to adopt bipolar pulse power from the viewpoint of preventing such abnormal discharge. Further, pulse power or high frequency power other than this bipolar pulse power may be adopted.

そして、本実施形態においては、アーク放電型マグネトロンスパッタ装置10に本発明を適用する場合について説明したが、これに限らない。即ち、グロー放電のみを用いた一般的なマグネトロンスパッタ装置にも、本発明を適用することができる。ただし上述したように、アーク放電型マグネトロンスパッタ装置10によれば、一般的なマグネトロンスパッタ装置に比べて、高硬度かつ緻密な反応膜を形成することができる。 Then, in the present embodiment, the case where the present invention is applied to the arc discharge type magnetron sputtering apparatus 10 has been described, but the present invention is not limited to this. That is, the present invention can also be applied to a general magnetron sputtering apparatus using only glow discharge. However, as described above, according to the arc discharge type magnetron sputtering apparatus 10, it is possible to form a highly hard and dense reaction film as compared with a general magnetron sputtering apparatus.

10 アーク放電型マグネトロンスパッタ装置
12 真空槽
16 マグネトロンカソード
20 スパッタ電源装置
22 フィラメント
24 カソード電源装置
26 放電用電源装置
38 基板バイアス電源装置
42 ガス導入管
44,46,48 支管
44a,46a,48a 開閉バルブ
44b,46b,48b マスフローコントローラ
50 メインコントローラ
52 シャッタ
100 被処理物
162 ターゲット
164 磁石ユニット
300 プラズマ
10 Arc discharge type magnetron sputtering device 12 Vacuum tank 16 Magnetron cathode 20 Spatter power supply device 22 Filament 24 Cathode power supply device 26 Discharge power supply device 38 Board bias power supply device 42 Gas introduction pipe 44, 46, 48 Branch pipe 44a, 46a, 48a Open / close valve 44b, 46b, 48b Mass flow controller 50 Main controller 52 Shutter 100 Object 162 Target 164 Magnet unit 300 Plasma

Claims (6)

内部に被処理物が収容される真空槽と、
ターゲットと該ターゲットの被スパッタ面の近傍に磁界を発生させる磁界発生手段とを有しており該被スパッタ面が上記被処理物の被処理面と対向するように上記真空槽の内部に設けられたマグネトロンカソードと、
プラズマの発生に供される放電用ガスと上記被処理面に形成される反応膜の材料となる反応性ガスとを上記真空槽の内部に導入するガス導入手段と、
上記真空槽を陽極とし上記マグネトロンカソードを陰極としてこれら両者にスパッタ電力を供給することによって上記放電用ガスを放電させて該真空槽の内部に上記プラズマを発生させるスパッタ電力供給手段と、
を具備し、
上記プラズマ中のイオンが上記被スパッタ面に衝突することによって該被スパッタ面から叩き出されたスパッタ粒子と該プラズマによって分解された上記反応性ガスの粒子である反応性粒子とを成分として含む上記反応膜を上記被処理面に形成する、
マグネトロンスパッタ法による反応膜の形成装置において、
上記被スパッタ面と上記被処理面との間に設けられており該被スパッタ面を該被処理面に向けて露出させる開状態と該被スパッタ面を該被処理面から遮蔽する閉状態とに遷移可能なシャッタ手段と、
上記シャッタ手段が上記開状態と上記閉状態とに交互に遷移するように該シャッタ手段を制御するシャッタ制御手段と、
をさらに具備し、
上記シャッタ手段が上記閉状態にあるとき、上記ガス導入手段は上記真空槽の内部への上記反応性ガスの導入を停止すると共に上記放電用ガスの導入を継続し、かつ上記スパッタ電力供給手段は、上記スパッタ電力の供給を継続し、
上記被スパッタ面と上記被処理面との間における上記シャッタ手段よりも該被スパッタ面に近い位置に設けられており熱電子放出用電力の供給を受けることで加熱されて熱電子を放出するフィラメントと、
上記真空槽を陽極とし上記フィラメントを陰極としてこれら両者に放電用電力を供給することによって上記熱電子を加速させて該フィラメントの周囲にアーク放電を誘起させる放電用電力供給手段と、
をさらに具備する、
反応膜の形成装置。
A vacuum chamber in which the object to be processed is housed, and
It has a target and a magnetic field generating means for generating a magnetic field in the vicinity of the surface to be sputtered of the target, and is provided inside the vacuum chamber so that the surface to be sputtered faces the surface to be processed of the object to be processed. With a magnetron cathode
A gas introducing means for introducing a discharge gas used for generating plasma and a reactive gas used as a material for a reaction film formed on the surface to be treated into the inside of the vacuum chamber.
A sputter power supply means for discharging the discharge gas and generating the plasma inside the vacuum chamber by supplying sputter power to both of them with the vacuum chamber as an anode and the magnetron cathode as a cathode.
Equipped with
The above, which comprises as a component the sputtered particles ejected from the surface to be sputtered by the ions in the plasma colliding with the surface to be sputtered and the reactive particles which are particles of the reactive gas decomposed by the plasma. A reaction film is formed on the surface to be treated.
In the reaction film forming apparatus by the magnetron sputtering method,
An open state is provided between the surface to be sputtered and the surface to be treated so that the surface to be sputtered is exposed toward the surface to be sputtered, and a closed state is provided so as to shield the surface to be sputtered from the surface to be treated. Transitional shutter means and
A shutter control means that controls the shutter means so that the shutter means alternately transitions between the open state and the closed state.
Further equipped,
When the shutter means is in the closed state, the gas introducing means stops the introduction of the reactive gas into the inside of the vacuum chamber and continues the introduction of the discharging gas, and the sputtering power supply means , Continue to supply the above spatter power,
A filament between the surface to be sputtered and the surface to be processed that is provided at a position closer to the surface to be sputtered than the shutter means and is heated by receiving power for emitting thermions to emit thermions. When,
A discharge power supply means for accelerating thermions and inducing an arc discharge around the filament by supplying discharge power to both of them with the vacuum chamber as an anode and the filament as a cathode.
Further equipped,
Reaction membrane forming device.
上記マグネトロンカソードは上記磁界発生手段が固定された磁界固定型のものである、
請求項1記載の反応膜の形成装置。
The magnetron cathode is of a fixed magnetic field type in which the magnetic field generating means is fixed.
The reaction membrane forming apparatus according to claim 1.
上記シャッタ手段が上記開状態にある期間に対する該シャッタ手段が上記閉状態にある期間の比率は0.05〜0.5である、
請求項1または2に記載の反応膜の形成装置。
The ratio of the period during which the shutter means is in the closed state to the period during which the shutter means is in the open state is 0.05 to 0.5.
The reaction membrane forming apparatus according to claim 1 or 2.
上記シャッタ手段が上記閉状態にあるときの上記スパッタ電力は該シャッタ手段が上記開状態にあるときの該スパッタ電力よりも大きい、
請求項1ないし3のいずれかに記載の反応膜の形成装置。
The sputter power when the shutter means is in the closed state is larger than the sputter power when the shutter means is in the open state.
The reaction membrane forming apparatus according to any one of claims 1 to 3.
上記シャッタ手段が上記開状態にあるとき、上記真空槽内への上記放電用ガスの導入が停止される
請求項1ないし4のいずれかに記載の反応成膜の形成装置。
The reaction film forming apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein when the shutter means is in the open state, the introduction of the discharge gas into the vacuum chamber is stopped.
被処理物が収容されると共にマグネトロンカソードが設けられ、上記マグネトロンカソードは、ターゲットと、該ターゲットの被スパッタ面の近傍に磁界を発生させる磁界発生手段とを有しており、上記被スパッタ面が上記被処理物の被処理面と対向するように設けられた真空槽の内部に、プラズマの発生に供される放電用ガスと、上記被処理物の被処理面に形成される反応膜の材料となる反応性ガスとを、導入するガス導入過程と、
上記真空槽を陽極とし上記マグネトロンカソードを陰極としてこれら両者にスパッタ電力を供給することによって上記放電用ガスを放電させて上記真空槽の内部に上記プラズマを発生させるスパッタ電力供給過程と、
を具備し、
上記プラズマ中のイオンが上記被スパッタ面に衝突することによって上記被スパッタ面から叩き出されたスパッタ粒子と該プラズマによって分解された上記反応性ガスの粒子である反応性粒子とを成分として含む上記反応膜を上記被処理面に形成する、
マグネトロンスパッタ法による反応膜の形成方法において、
上記被スパッタ面と上記被処理面との間に設けられており上記被スパッタ面を上記被処理面に向けて露出させる開状態と上記被スパッタ面を該被処理面から遮蔽する閉状態とに遷移可能なシャッタ手段が該開状態と該閉状態とに交互に遷移するように該シャッタ手段を制御するシャッタ制御過程を、
さらに具備し、
上記シャッタ手段が上記閉状態にあるときに、上記ガス導入過程では上記真空槽の内部への上記反応性ガスの導入を停止すると共に上記放電用ガスの導入を継続し、かつ上記スパッタ電力供給過程は、上記スパッタ電力の供給を継続し、
上記被スパッタ面と上記被処理面との間における上記シャッタ手段よりも上記被スパッタ面に近い位置に設けられたフィラメントが熱電子放出用電力の供給を受けることで加熱されて熱電子を放出する熱電子放出過程と、
上記真空槽を陽極とし上記フィラメントを陰極としてこれら両者に放電用電力を供給することによって上記熱電子を加速させて該フィラメントの周囲にアーク放電を誘起させる放電用電力供給過程とを、
具備する反応膜の形成方法。
The object to be processed is accommodated and a magnetron cathode is provided. The magnetron cathode has a target and a magnetic field generating means for generating a magnetic field in the vicinity of the surface to be sputtered of the target. Inside the vacuum chamber provided so as to face the surface to be treated of the object to be processed, the discharge gas used to generate plasma and the material of the reaction film formed on the surface to be processed of the object to be processed. Gas introduction process to introduce the reactive gas
A sputtering power supply process in which the vacuum chamber is used as an anode and the magnetron cathode is used as a cathode to supply sputtering power to both of them to discharge the discharging gas and generate plasma inside the vacuum chamber.
Equipped with
The above-mentioned sputtered particles ejected from the sputtered surface by collision of ions in the plasma with the sputtered surface and reactive particles which are particles of the reactive gas decomposed by the plasma are contained as components. A reaction film is formed on the surface to be treated.
In the method for forming a reaction membrane by the magnetron sputtering method,
An open state is provided between the surface to be sputtered and the surface to be treated so that the surface to be sputtered is exposed toward the surface to be sputtered, and a closed state is provided so that the surface to be sputtered is shielded from the surface to be treated. A shutter control process that controls the shutter means so that the transitionable shutter means alternately transitions between the open state and the closed state.
Further equipped
When the shutter means is in the closed state, in the gas introduction process, the introduction of the reactive gas into the inside of the vacuum chamber is stopped, the introduction of the discharge gas is continued, and the sputtering power supply process is performed. Continues to supply the above spatter power,
A filament provided between the surface to be sputtered and the surface to be processed at a position closer to the surface to be sputtered than the shutter means is heated by being supplied with electric power for thermionic emission and emits thermoelectrons. Thermionic emission process and
The discharge power supply process of accelerating thermions and inducing an arc discharge around the filament by supplying discharge power to both of them with the vacuum chamber as an anode and the filament as a cathode.
A method for forming a reaction film.
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