JP2003213411A - Film forming equipment using plasma - Google Patents
Film forming equipment using plasmaInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 安定なプラズマ状態を形成することができ、
プラズマ状態の制御性に優れた成膜装置の提供。
【解決手段】 陰極ターゲット2に電気的衝撃を与えて
蒸着用プラズマ10を生成し、蒸着用プラズマ10中の
ターゲットイオンをバイアス電圧が印加された試料基板
4に導いて薄膜を成膜する成膜装置において、イオン源
3で生成されたイオンビーム9を陰極ターゲット2に照
射して蒸着用プラズマ10を生成する。イオンビーム9
の照射によって蒸着用プラズマ10の生成および維持が
行われる。よって、イオンビーム9を制御することによ
り、蒸着用プラズマ10の状態を安定的に制御すること
ができる。
(57) [Summary] [PROBLEMS] A stable plasma state can be formed,
Provision of a film forming apparatus with excellent controllability of plasma state. SOLUTION: An electric shock is applied to a cathode target 2 to generate a plasma 10 for vapor deposition, and target ions in the plasma 10 for vapor deposition are guided to a sample substrate 4 to which a bias voltage is applied to form a thin film. In the apparatus, an ion beam 9 generated by the ion source 3 is irradiated on the cathode target 2 to generate a plasma 10 for vapor deposition. Ion beam 9
Irradiation generates and maintains the deposition plasma 10. Therefore, by controlling the ion beam 9, the state of the deposition plasma 10 can be stably controlled.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ターゲットに電気
的衝撃を与えてプラズマを生成し、プラズマ中のターゲ
ットイオンを基板に導いて薄膜を形成する成膜装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a film forming apparatus for applying electric shock to a target to generate plasma and guiding target ions in the plasma to a substrate to form a thin film.
【0002】[0002]
【従来の技術】陰極アーク放電によるプラズマ励起法
は、低圧力域での励起が可能であることや、プラズマ中
でのイオン化率が高いなどの特徴を有している。そのた
め、この励起法は、高真空中で材料元素イオンを試料基
板表面に導いて成膜するカソードアークイオン成膜装置
に利用されている。2. Description of the Related Art The plasma excitation method by cathodic arc discharge is characterized in that it can be excited in a low pressure region and has a high ionization rate in plasma. Therefore, this excitation method is used in a cathode arc ion film forming apparatus that guides material element ions to the surface of a sample substrate in high vacuum to form a film.
【0003】カソードアークイオン成膜装置の一例とし
ては、特開昭59−200760号公報に開示されてい
るような成膜装置がある。カソードアークイオン成膜装
置では、カソードに蒸着元素材料であるターゲットが配
設され、カソードとアノードとの間に高電圧を印加して
アーク放電を発生させる。アーク放電の衝撃によりター
ゲット材料が蒸発するとともにイオン化され、ターゲッ
ト表面付近にカソードアークプラズマが生成される。こ
のプラズマ中のターゲットイオンを試料基板表面に導い
て堆積させることにより、ターゲット元素を材料とする
薄膜が形成される。As an example of the cathode arc ion film forming apparatus, there is a film forming apparatus as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-200760. In the cathode arc ion film forming apparatus, a target, which is a vapor deposition element material, is disposed on the cathode, and a high voltage is applied between the cathode and the anode to generate arc discharge. The target material is vaporized and ionized by the impact of the arc discharge, and cathode arc plasma is generated near the target surface. By guiding the target ions in the plasma to the surface of the sample substrate and depositing them, a thin film made of the target element is formed.
【0004】高電界によってアーク放電が起動されカソ
ードアークプラズマが励起されると、それ以後は励起さ
れたプラズマの効果によってより低い電界でも放電が持
続される。すなわち、電極間電界の機能はアーク放電起
動のための絶縁破壊から、プラズマへのエネルギー供給
へと変化する。When the arc discharge is activated by the high electric field and the cathodic arc plasma is excited, the discharge is continued even at a lower electric field due to the effect of the excited plasma. That is, the function of the electric field between the electrodes changes from the dielectric breakdown for starting the arc discharge to the energy supply to the plasma.
【0005】カソードアークイオン成膜装置では放電電
流としてカソードからの放出電子流を利用しているの
で、常温かつ高真空中でアーク放電を起動させるために
は絶縁破壊のための高電界を必要とする。そのため、放
電電極形状を尖端形状にして電界集中効果を利用した
り、アノード−カソード間距離を変えたりして高電界を
形成している。また、アーク放電を起動するためのトリ
ガ装置と呼ばれる起動専用電極や起動用高電圧印加機構
が用いられたりする。Since the cathode arc ion film forming apparatus uses the electron flow emitted from the cathode as the discharge current, a high electric field for dielectric breakdown is required to start the arc discharge at room temperature and high vacuum. To do. Therefore, the shape of the discharge electrode is made to be a pointed shape to utilize the electric field concentration effect, or the distance between the anode and the cathode is changed to form a high electric field. In addition, a start-up electrode or a start-up high-voltage applying mechanism called a trigger device for starting arc discharge may be used.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アーク
放電が持続状態となっても、ターゲット材料の蒸発によ
るターゲットの消耗やアノードへの蒸着物の堆積のため
に、電極間の電界状態が刻々と変化し、放電状態が不安
定となる。放電状態が不安定となってアーク電流が小さ
くなった場合には、トリガ装置を再起動することにより
プラズマが消失するのを防止している。すなわち、成膜
プロセス中には、アーク放電を起動する起動モードと、
プラズマの効果によってアーク放電が持続される持続モ
ードとが繰り返される。このとき、各モードにおける電
界の大きさが極端に異なっていて放電状態が急激に変化
するため、イオン源として利用されるプラズマの状態が
不安定になりやすいという問題があった。However, even if the arc discharge is maintained in a continuous state, the electric field state between the electrodes changes momentarily due to the consumption of the target due to the evaporation of the target material and the deposition of the deposit on the anode. However, the discharge state becomes unstable. When the discharge state becomes unstable and the arc current becomes small, the plasma is prevented from disappearing by restarting the trigger device. That is, during the film forming process, a start mode for starting arc discharge,
The continuous mode in which the arc discharge is sustained by the effect of plasma is repeated. At this time, since the magnitude of the electric field in each mode is extremely different and the discharge state changes abruptly, there is a problem that the state of plasma used as an ion source tends to be unstable.
【0007】本発明の目的は、ターゲットに電気的衝撃
を与えて生成したプラズマを利用する成膜装置におい
て、安定なプラズマ状態を形成することができ、プラズ
マ状態の制御性に優れた成膜装置を提供することにあ
る。An object of the present invention is to form a stable plasma state in a film forming apparatus which uses plasma generated by applying an electric shock to a target, and is excellent in controllability of the plasma state. To provide.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図1に対応付けて説明する。
(1)請求項1の発明は、アーク放電により陰極ターゲ
ット2を衝撃してカソードアークプラズマ10を生成
し、カソードアークプラズマ10中のイオンをバイアス
電圧が印加された基板4に導いて薄膜を成膜するカソー
ドアークイオン成膜装置に適用され、陰極ターゲット2
の材料を蒸発させてイオン化するイオンビーム9を陰極
ターゲット2に照射するイオン照射手段3,8を備えて
上述の目的を達成する。イオンビーム9の照射によて、
カソードアークプラズマ10が生成される。
(2)請求項2の発明は、請求項1に記載のカソードア
ークイオン成膜装置において、イオン照射手段に、EC
R型イオン源を用いたものである。
(3)請求項3の発明は、請求項1または2に記載のカ
ソードアークイオン成膜装置において、陰極ターゲット
2にグラファイトターゲットを用い、基板4にDLC膜
を成膜するものである。An embodiment of the invention will be described with reference to FIG. (1) In the invention of claim 1, the cathode target 2 is bombarded by arc discharge to generate the cathode arc plasma 10, and the ions in the cathode arc plasma 10 are guided to the substrate 4 to which a bias voltage is applied to form a thin film. It is applied to the cathode arc ion film forming device for film formation, and the cathode target 2
The above-described object is achieved by providing ion irradiation means 3 and 8 for irradiating the cathode target 2 with the ion beam 9 for evaporating and ionizing the material of (1). By irradiation of the ion beam 9,
A cathode arc plasma 10 is generated. (2) The invention according to claim 2 is the cathode arc ion film forming apparatus according to claim 1, wherein the ion irradiation means is an EC
It uses an R-type ion source. (3) The invention of claim 3 is the cathode arc ion film forming apparatus according to claim 1 or 2, wherein a graphite target is used as the cathode target 2 and a DLC film is formed on the substrate 4.
【0009】なお、上記課題を解決するための手段の項
では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態
の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態
に限定されるものではない。In the section of the means for solving the above problems, the drawings of the embodiments of the present invention are used in order to make the present invention easy to understand, but the present invention is limited to the embodiments of the present invention. Not something.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図1は、本発明による成膜装置の一
実施の形態の概略構成を示す図である。メインチャンバ
1内には、成膜材料であって陰極を構成する陰極ターゲ
ット2と、イオン源3と、成膜対象である試料基板4と
が設けられている。イオン源3は従来のカソードアーク
イオン成膜装置のアノードに対応するものであって、本
実施の形態の成膜装置はカソードアークイオン成膜装置
の一種であると見做すことができる。陰極ターゲット2
には、例えば試料基板4上にDLC(Diamond Like Car
bon)等のカーボン膜を成膜する場合はグラファイトタ
ーゲットが用いられる。メインチャンバ1内は真空ポン
プ5により高真空に排気される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a film forming apparatus according to the present invention. In the main chamber 1, a cathode target 2 which is a film forming material and constitutes a cathode, an ion source 3, and a sample substrate 4 which is a film forming target are provided. The ion source 3 corresponds to the anode of the conventional cathode arc ion film forming apparatus, and the film forming apparatus of the present embodiment can be regarded as a kind of cathode arc ion film forming apparatus. Cathode target 2
For example, DLC (Diamond Like Car
When depositing a carbon film such as bon), a graphite target is used. The inside of the main chamber 1 is evacuated to a high vacuum by a vacuum pump 5.
【0011】イオン源3はプラズマ生成室31および差
動排気室32を備えている。プラズマ生成室31にはガ
ス供給源6からアルゴン等のガスが供給され、そのガス
をグロー放電により励起してイオン化することによりプ
ラズマが生成される。プラズマを励起する方法には、熱
フィラメントを用いる方法や、高周波やECR(Electro
n Cyclotron Resonance)を用いる方法などがある。The ion source 3 has a plasma generating chamber 31 and a differential exhaust chamber 32. A gas such as argon is supplied from the gas supply source 6 to the plasma generation chamber 31, and the gas is excited by glow discharge and ionized to generate plasma. As a method for exciting plasma, a method using a hot filament, high frequency or ECR (Electro
n Cyclotron Resonance) and so on.
【0012】図2はECRを利用したイオン源3の概略
構成図である。ECRイオン源3の場合、プラズマ生成
室31は空洞共振器構造とされ、プラズマ生成室31に
は導波管33および石英窓34を介して2.45(GH
z)のマイクロ波が導入される。プラズマ生成室31の
周囲には電磁石コイル35が配設される。電磁石コイル
35は、プラズマ生成室31内にECR条件を満たす磁
界を発生させるとともに、隔壁36の開口37から差動
排気室32にイオン源プラズマPを引き出す発散磁界を
形成する。2.45(GHz)のマイクロ波の場合に
は、875(G)の磁場強度の所でECR条件が満たさ
れる。ECR条件が満たされるとアルゴンが励起されて
イオン化され、プラズマ生成室31内にアルゴンイオン
を含むイオン源プラズマPが生成される。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the ion source 3 utilizing ECR. In the case of the ECR ion source 3, the plasma generation chamber 31 has a cavity resonator structure, and the plasma generation chamber 31 is connected to the plasma generation chamber 31 through the waveguide 33 and the quartz window 34 to 2.45 (GH).
The microwave of z) is introduced. An electromagnet coil 35 is arranged around the plasma generation chamber 31. The electromagnet coil 35 generates a magnetic field that satisfies the ECR condition in the plasma generation chamber 31, and forms a divergent magnetic field that draws the ion source plasma P from the opening 37 of the partition wall 36 to the differential exhaust chamber 32. In the case of the microwave of 2.45 (GHz), the ECR condition is satisfied at the magnetic field strength of 875 (G). When the ECR condition is satisfied, argon is excited and ionized, and an ion source plasma P containing argon ions is generated in the plasma generation chamber 31.
【0013】差動排気室32は真空ポンプ7により排気
されており、プラズマ生成室31から差動排気室32に
流入したイオン源プラズマPに含まれる中性粒子は真空
ポンプ7によってメインチャンバ1の外へ排気される。
そのため、差動排気室32内はプラズマ生成室31内よ
りも高真空状態となり、低真空のプラズマ生成室31と
高真空のメインチャンバ1との間のバッファとして機能
している。すなわち、メインチャンバ1の高真空が維持
される。差動排気室32の開口38からはアルゴンイオ
ンが引き出され、イオンビーム9として陰極ターゲット
2に照射される。The differential exhaust chamber 32 is exhausted by the vacuum pump 7, and the neutral particles contained in the ion source plasma P flowing into the differential exhaust chamber 32 from the plasma generation chamber 31 are stored in the main chamber 1 by the vacuum pump 7. Exhausted to the outside.
Therefore, the inside of the differential exhaust chamber 32 is in a higher vacuum state than the inside of the plasma generation chamber 31 and functions as a buffer between the low vacuum plasma generation chamber 31 and the high vacuum main chamber 1. That is, the high vacuum of the main chamber 1 is maintained. Argon ions are extracted from the opening 38 of the differential evacuation chamber 32, and are irradiated onto the cathode target 2 as an ion beam 9.
【0014】図1に戻って、イオン源3には電源8によ
り正の電圧が印加され、高電位(例えば1M(V)程
度)に保たれている。一方、陰極ターゲット2の電位は
接地電位とされている。そのため、差動排気室32の開
口38から引き出されたアルゴンイオンは、イオン源3
と陰極ターゲット2との間のポテンシャル差によって陰
極ターゲット2方向へと加速される。アルゴンイオンは
MeVオーダーのエネルギーを持っているため、イオン
ビーム9が陰極ターゲット2に照射されてエネルギーが
放出されると、ターゲット材料は蒸発しイオン化され
る。その結果、陰極ターゲット2の表面付近には、イオ
ンビームが照射された部分を中心としてプラズマ10
(以下では、蒸着用プラズマ10と呼ぶ)が発生する。Returning to FIG. 1, a positive voltage is applied to the ion source 3 by the power source 8 and is maintained at a high potential (for example, about 1 M (V)). On the other hand, the cathode target 2 has a ground potential. Therefore, the argon ions extracted from the opening 38 of the differential exhaust chamber 32 are not
The potential difference between the cathode target 2 and the cathode target 2 accelerates toward the cathode target 2. Since argon ions have MeV-order energy, when the ion beam 9 is applied to the cathode target 2 to release energy, the target material is vaporized and ionized. As a result, in the vicinity of the surface of the cathode target 2, the plasma 10 is centered on the portion irradiated with the ion beam.
(Hereinafter, referred to as deposition plasma 10) is generated.
【0015】蒸着用プラズマ10中には、ターゲット材
料のイオンが含まれている。例えば、ターゲット2とし
てグラファイトを用いる本実施の形態では、カーボンイ
オンが含まれている。試料基板4にはバイアス電源11
によりマイナスのバイアス電圧が印加されており、この
バイアス電圧による陰極ターゲット2と試料基板4との
間のポテンシャル差によって、蒸着用プラズマ10中の
カーボンイオンが試料基板4へと引き込まれる。図1に
おいて12は材料元素のイオン流を示している。The deposition plasma 10 contains ions of the target material. For example, in the present embodiment where graphite is used as the target 2, carbon ions are included. A bias power source 11 is provided on the sample substrate 4.
Therefore, a negative bias voltage is applied, and the potential difference between the cathode target 2 and the sample substrate 4 due to this bias voltage causes the carbon ions in the deposition plasma 10 to be drawn into the sample substrate 4. In FIG. 1, reference numeral 12 indicates the ion flow of the material element.
【0016】13は、陰極ターゲット2に照射されるイ
オンビーム9の照射位置をターゲット表面上で二次元的
に走査する偏向器である。この偏向器13によりイオン
ビーム9を偏向することにより、陰極ターゲット2のよ
り広い領域にイオンビーム9を照射させることができ、
陰極ターゲット2の消耗の均一化を図ることができる。
さらに、蒸着用プラズマ10のプラズマ領域が拡がり、
試料基板4のより広い領域にイオン流12を照射させる
ことができる。もちろん、偏向器13を省略しても良
い。Reference numeral 13 is a deflector which two-dimensionally scans the irradiation position of the ion beam 9 applied to the cathode target 2 on the target surface. By deflecting the ion beam 9 by the deflector 13, it is possible to irradiate the ion beam 9 on a wider area of the cathode target 2.
The consumption of the cathode target 2 can be made uniform.
Further, the plasma region of the deposition plasma 10 is expanded,
The wider area of the sample substrate 4 can be irradiated with the ion stream 12. Of course, the deflector 13 may be omitted.
【0017】ところで、イオンビームスパッタ装置にお
いてもイオンビームをターゲットに照射して成膜を行う
が、本発明の成膜装置とはイオンビームの機能および成
膜のプロセスにおいて本質的に異なっている。スパッタ
リングの場合、1個のイオンの入射によりスパッタされ
る原子の数はスパッタ率と呼ばれ、スパッタ率は入射す
るイオンのエネルギーEiにより変化する。In the ion beam sputtering apparatus, the target is also irradiated with the ion beam to form a film. However, the function of the ion beam and the film forming process are essentially different from those of the film forming apparatus of the present invention. In the case of sputtering, the number of atoms sputtered by the incidence of one ion is called the sputter rate, and the sputter rate changes depending on the energy Ei of the incident ion.
【0018】図3はスパッタ率とエネルギーEiとの関係
を定性的に示した図であり、イオンのエネルギーがしき
いエネルギーEitまで増加するとスパッタが認められる
ようになる。エネルギーEiを大きくするとスパッタ率も
増加するが、次第に飽和するようになる。スパッタ率が
飽和した後にさらにエネルギーEiを大きくすると、スパ
ッタ率は減少し始めてターゲット材料の中に侵入してし
まうイオンの方が多くなる。そのため、スパッタ成膜装
置ではスパッタ率が最大となるエネルギーで成膜が行わ
れる。グラファイトターゲットを使用した場合には、約
1(keV)程度でスパッタが行われる。そして、スパ
ッタされた中性粒子(ターゲット粒子)が試料基板上に
堆積することにより薄膜が形成される。FIG. 3 is a diagram qualitatively showing the relationship between the sputter rate and the energy Ei. When the energy of ions increases up to the threshold energy Eit, spatter can be recognized. When the energy Ei is increased, the sputter rate also increases, but it gradually becomes saturated. If the energy Ei is further increased after the sputter rate is saturated, the sputter rate begins to decrease, and more ions enter the target material. Therefore, in the sputtering film forming apparatus, the film formation is performed with the energy that maximizes the sputtering rate. When a graphite target is used, sputtering is performed at about 1 (keV). Then, a thin film is formed by depositing the sputtered neutral particles (target particles) on the sample substrate.
【0019】一方、本実施の形態では、イオンのエネル
ギーEiはMeVオーダーであってスパッタ成膜の場合に
比べて1000倍も大きい。そのため、スパッタ現象で
はなくターゲット材料の蒸発およびイオン化が生じる。
その結果、イオン電流によるアーク放電が生じて蒸着用
プラズマ10が生成される。中性粒子を堆積するスパッ
タと異なりカソードアークイオン成膜装置の場合には、
蒸着用プラズマ10の材料元素イオンを試料基板4上に
引き込んで薄膜を形成する。そのため、バイアス電圧を
調整することによって膜の性質を調節することができ
る。On the other hand, in the present embodiment, the ion energy Ei is in the MeV order and is 1000 times as large as that in the case of sputtering film formation. Therefore, evaporation and ionization of the target material occur instead of the sputtering phenomenon.
As a result, arc discharge is generated by the ion current, and the deposition plasma 10 is generated. In the case of a cathodic arc ion film deposition system, unlike spatter that deposits neutral particles,
Material element ions of the deposition plasma 10 are drawn onto the sample substrate 4 to form a thin film. Therefore, the properties of the film can be adjusted by adjusting the bias voltage.
【0020】上述したようにイオン源3をアノードとし
て機能させる本実施の形態の成膜装置は、以下の(a)
〜(d)のような利点を有している。
(a)従来の装置では、アーク放電を起動するための高
電界を形成するために、アノード−カソード間距離を変
える機構を設けたり、専用のトリガ装置を設けたりする
必要があった。一方、本実施の形態の成膜装置では、イ
オン源3のイオンビーム9を陰極ターゲット2に照射す
ることにより蒸着用プラズマ10の生成を容易に行うこ
とができる。そのため、従来のようなメカニカルなトリ
ガ機構を設ける必要がない。なお、イオン源プラズマP
はガス雰囲気中でのグロー放電により生成されるので、
高真空中での絶縁破壊によるアーク放電に比べて容易に
放電を行わせることができる。As described above, the film forming apparatus of the present embodiment that causes the ion source 3 to function as an anode has the following (a)
It has the advantages of (d). (A) In the conventional device, it is necessary to provide a mechanism for changing the distance between the anode and the cathode or a dedicated trigger device in order to form a high electric field for activating the arc discharge. On the other hand, in the film forming apparatus of the present embodiment, the deposition target plasma 10 can be easily generated by irradiating the cathode target 2 with the ion beam 9 from the ion source 3. Therefore, it is not necessary to provide a mechanical trigger mechanism as in the past. The ion source plasma P
Is generated by glow discharge in a gas atmosphere,
Discharge can be performed more easily than arc discharge due to dielectric breakdown in high vacuum.
【0021】(b)プラズマ生成室31とメインチャン
バ1との間に差動排気室32を設けたので、ガス雰囲気
中の放電によるプラズマを利用する成膜であるにもかか
わらず、高真空中での高純度成膜を実現することができ
る。(B) Since the differential evacuation chamber 32 is provided between the plasma generation chamber 31 and the main chamber 1, the film is formed by using plasma generated by discharge in a gas atmosphere, but in a high vacuum. It is possible to realize high-purity film formation in.
【0022】(c)陰極ターゲット2に照射するイオン
ビーム9の軌道途中に偏向器13を配設したことによ
り、イオンビーム9を陰極ターゲット表面の広い領域に
照射することができる。その結果、陰極ターゲット2の
消耗量の偏在を低減することができる。(C) By disposing the deflector 13 on the way of the ion beam 9 for irradiating the cathode target 2, it is possible to irradiate the ion beam 9 to a wide area on the surface of the cathode target. As a result, uneven distribution of the amount of consumption of the cathode target 2 can be reduced.
【0023】(d)前述したように、従来のカソードア
ークイオン成膜装置では、放電状態が不安定となってア
ーク電流が小さくなった場合には、メカニカルなトリガ
装置を再起動することによりプラズマが消失するのを防
止している。しかし、メカニカルな装置であるためにア
ーク電流の急激な減少に素早く対応することが難しく、
起動モードと持続モードとが繰り返され、プラズマ状態
が大きく変動するという問題があった。一方、本実施の
形態では、イオンビーム9により供給されるエネルギー
によって蒸着用プラズマ10の状態が積極的に維持され
るので、持続モードを安定的に継続させることができ
る。仮に、プラズマ状態が大きく変動するようなことが
あった場合でも、電源8の電圧を調整してイオン源3と
陰極ターゲット2との間のポテンシャル差を調節するこ
とにより、素早く元の状態に復帰させることができる。
すなわち、蒸着用プラズマ10の制御性および安定性に
優れた成膜装置を実現することができる。(D) As described above, in the conventional cathode arc ion film forming apparatus, when the discharge state becomes unstable and the arc current becomes small, the plasma is restarted by restarting the mechanical trigger device. Are prevented from disappearing. However, because it is a mechanical device, it is difficult to quickly respond to a sudden decrease in arc current,
The start-up mode and the continuous mode are repeated, and there is a problem that the plasma state greatly changes. On the other hand, in the present embodiment, since the state of the deposition plasma 10 is positively maintained by the energy supplied by the ion beam 9, the continuous mode can be stably continued. Even if the plasma state fluctuates significantly, the voltage of the power source 8 is adjusted to adjust the potential difference between the ion source 3 and the cathode target 2 to quickly return to the original state. Can be made.
That is, it is possible to realize a film forming apparatus having excellent controllability and stability of the deposition plasma 10.
【0024】[変形例]図1に示した実施の形態では、
イオン源3に正の電圧を印加し、陰極ターゲット2を接
地電位に設定したが、図4に示すようにイオン源3を接
地電位に接しても良い。この場合、陰極ターゲット2に
電源20を設けて、陰極ターゲット2の電位を接地電位
より低い−V2に設定しても良い。ただし、基板4の電
位を−V4とした場合、−V2>−V4のように設定す
る。図4の装置では、電源20の電圧を変えることによ
ってイオンビーム9のエネルギーを調整することができ
る。[Modification] In the embodiment shown in FIG.
Although a positive voltage is applied to the ion source 3 to set the cathode target 2 to the ground potential, the ion source 3 may be in contact with the ground potential as shown in FIG. In this case, the cathode target 2 may be provided with the power source 20 and the potential of the cathode target 2 may be set to -V2 lower than the ground potential. However, when the potential of the substrate 4 is -V4, it is set as -V2> -V4. In the apparatus of FIG. 4, the energy of the ion beam 9 can be adjusted by changing the voltage of the power supply 20.
【0025】また、他の変形例として、図1または図4
の装置に従来のカソードアークイオン成膜装置に用いら
れているようなアノード電極を別個に設けても良い。こ
の場合、イオン源3のイオンビーム9を陰極ターゲット
2に照射することにより蒸着用プラズマ10を生成し、
その後はアノード電極と陰極ターゲット2との間でアー
ク放電が持続される。持続モードに移行したならば、イ
オンビーム9の照射をオフする。すなわち、イオン源3
を従来のトリガ装置の代わりに用いる。持続モード中に
アーク電流が減少したならば、再びイオンビーム9を照
射してアーク放電を安定させる。その結果、メカニカル
なトリガ装置を用いる従来のカソードアークイオン成膜
装置に比べ、蒸着用プラズマ10の変動に素早く対応す
ることができる。As another modification, FIG. 1 or FIG.
This apparatus may be separately provided with an anode electrode as used in a conventional cathode arc ion film forming apparatus. In this case, the vapor deposition plasma 10 is generated by irradiating the cathode target 2 with the ion beam 9 of the ion source 3.
After that, arc discharge is maintained between the anode electrode and the cathode target 2. After shifting to the continuous mode, the irradiation of the ion beam 9 is turned off. That is, the ion source 3
Is used instead of the conventional trigger device. If the arc current decreases during the sustain mode, the ion beam 9 is irradiated again to stabilize the arc discharge. As a result, as compared with the conventional cathode arc ion film forming apparatus using a mechanical trigger device, it is possible to more quickly respond to fluctuations in the deposition plasma 10.
【0026】上述した実施の形態では、陰極ターゲット
2にグラファイトを用いるDLC膜成膜用の装置を例に
説明したが、本発明は、グラファイトターゲット以外の
ターゲットを用いた成膜装置にも適用することができ
る。In the above-described embodiments, the DLC film forming apparatus using graphite as the cathode target 2 has been described as an example, but the present invention is also applicable to a film forming apparatus using a target other than the graphite target. be able to.
【0027】以上説明した実施の形態と特許請求の範囲
の要素との対応において、イオン照射手段は、イオン源
プラズマPを生成してイオンビーム9を生成するイオン
源3と、イオン源3と陰極ターゲット2との間にポテン
シャル差を形成してイオンビーム9にエネルギーを供給
する電源8とにより構成される。また、蒸着用プラズマ
10が請求項1のプラズマを構成する。In the correspondence between the embodiment described above and the elements in the claims, the ion irradiation means is an ion source 3 for generating the ion source plasma P to generate the ion beam 9, the ion source 3 and the cathode. The power source 8 supplies a potential difference to the target 2 to supply energy to the ion beam 9. Further, the deposition plasma 10 constitutes the plasma of claim 1.
【0028】[0028]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イオン照射手段によるイオンビームの照射によりプラズ
マの生成および維持が行われる。プラズマ状態はイオン
ビームによるエネルギー供給量により制御することがで
きるので、安定したイオンビームを照射することによ
り、安定したプラズマを生成することができる。イオン
ビームの制御は電気的行うことができるので、メカニカ
ルなトリガ装置を用いる従来のカソードアークイオン成
膜装置に比べ、プラズマの制御性および安定性が格段に
向上する。As described above, according to the present invention,
Plasma is generated and maintained by the irradiation of the ion beam by the ion irradiation means. Since the plasma state can be controlled by the amount of energy supplied by the ion beam, stable plasma can be generated by irradiating a stable ion beam. Since the control of the ion beam can be performed electrically, the controllability and stability of plasma are significantly improved as compared with the conventional cathode arc ion film forming apparatus using a mechanical trigger device.
【図1】本発明による成膜装置の一実施の形態を示す図
である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a film forming apparatus according to the present invention.
【図2】ECRを利用したイオン源3の概略構成図であ
る。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an ion source 3 using ECR.
【図3】スパッタ率とエネルギーEiとの関係を定性的に
示した図である。FIG. 3 is a diagram qualitatively showing a relationship between a sputtering rate and energy Ei.
【図4】成膜装置の変形例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a modified example of the film forming apparatus.
1 メインチャンバ 2 陰極ターゲット 3 イオン源 4 試料基板 5,7 真空ポンプ 8,11,20 電源 9 イオンビーム 10 蒸着用プラズマ 13 偏向器 31 プラズマ生成室 32 差動排気室 P イオン源プラズマ 1 Main chamber 2 cathode target 3 ion source 4 Sample substrate 5,7 Vacuum pump 8, 11, 20 power supply 9 ion beam 10 Plasma for vapor deposition 13 Deflector 31 Plasma generation chamber 32 differential exhaust chamber P ion source plasma
Claims (3)
マを生成し、前記プラズマ中のターゲットイオンをバイ
アス電圧が印加された基板に導いて薄膜を成膜する成膜
装置において、 前記ターゲットの材料を蒸発させてイオン化するイオン
ビームを前記ターゲットに照射するイオン照射手段を備
え、前記イオンビームの照射により前記プラズマを生成
することを特徴とする成膜装置。1. A film forming apparatus for forming a thin film by applying electric shock to a target to generate plasma, and guiding target ions in the plasma to a substrate to which a bias voltage is applied to form a thin film. A film forming apparatus comprising: an ion irradiation unit that irradiates the target with an ion beam that is vaporized and ionized, and the plasma is generated by the irradiation of the ion beam.
を特徴とする成膜装置。2. The film forming apparatus according to claim 1, wherein an ECR type ion source is used as the ion irradiation unit.
いて、 前記ターゲットにグラファイトターゲットを用い、前記
基板にDLC膜を成膜することを特徴とする成膜装置。3. The film forming apparatus according to claim 1, wherein a graphite target is used as the target, and a DLC film is formed on the substrate.
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JP2002006144A JP2003213411A (en) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | Film forming equipment using plasma |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN108770176A (en) * | 2018-08-06 | 2018-11-06 | 法德(浙江)机械科技有限公司 | A kind of high line direct current hollow cathode source of large size low-voltage high-efficiency |
-
2002
- 2002-01-15 JP JP2002006144A patent/JP2003213411A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN108770176A (en) * | 2018-08-06 | 2018-11-06 | 法德(浙江)机械科技有限公司 | A kind of high line direct current hollow cathode source of large size low-voltage high-efficiency |
CN108770176B (en) * | 2018-08-06 | 2023-11-17 | 法德(浙江)机械科技有限公司 | Large-scale low-voltage high-efficiency Gao Shu direct-current hollow cathode source |
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