特許 5965058 成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5965058

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】成膜装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/24 20060101AFI20160721BHJP

   G11B 5/84 20060101ALI20160721BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/24 F

   G11B5/84 B

【請求項の数】7

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-518047(P2015-518047)

(86)(22)【出願日】2014年2月7日

(86)【国際出願番号】JP2014000676

(87)【国際公開番号】WO2014188634

(87)【国際公開日】20141127

【審査請求日】2015年9月14日

(31)【優先権主張番号】特願2013-109378(P2013-109378)

(32)【優先日】2013年5月23日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000227294

【氏名又は名称】キヤノンアネルバ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076428

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康徳

(74)【代理人】

【識別番号】100115071

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100112508

【弁理士】

【氏名又は名称】高柳 司郎

(74)【代理人】

【識別番号】100116894

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 秀二

(74)【代理人】

【識別番号】100130409

【弁理士】

【氏名又は名称】下山 治

(74)【代理人】

【識別番号】100134175

【弁理士】

【氏名又は名称】永川 行光

(72)【発明者】

【氏名】小野 輝明

(72)【発明者】

【氏名】芝本 雅弘

【審査官】 國方 恭子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２１１１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２４１９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２５４７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２１８０８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

Ｇ１１Ｂ ５／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターゲット部と、
前記ターゲット部から放出された電子が流入するアノード部と、
前記ターゲット部に接触し、前記ターゲット部と前記アノード部を導通させることで、前記ターゲット部と前記アノード部との間にアーク放電を発生させるストライカと、
前記ストライカを前記ターゲット部の方向または前記ターゲット部から退避する方向へ駆動するストライカ駆動手段と、
前記ターゲット部と前記アノード部に電力を付与する電力付与手段と、
前記ストライカ駆動手段および前記電力付与手段を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記ストライカと前記ターゲット部とを接触させた後に、前記ターゲット部と前記アノード部とに電力を付与することを特徴とする成膜装置。

【請求項2】

前記制御手段は、前記ストライカが前記ターゲット部に接触している状態から非接触状態となるまでの間に、前記電力付与手段により電力を付与することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記制御手段は、前記ストライカへの負荷が所定閾値を超えたときに、前記ストライカが前記ターゲット部に接触したと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記制御手段は、前記ストライカと前記ターゲット部の間の抵抗値が所定閾値以下となったきに、前記ストライカが前記ターゲット部に接触したと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記制御手段は、前記ストライカの移動速度が所定閾値以下となったときに、前記ストライカが前記ターゲット部に接触したと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。

【請求項6】

前記電力付与手段は、電流を通電させるか、電圧を印加することで電力を付与することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項7】

前記アノード部に連結されて、前記ターゲット部から放出された電子を被処理物の方向へ誘導するフィルタ部を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アーク放電を用いた成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ハードディスクなどのメディアの保護膜を形成する方法として、Ｃ₂Ｈ₂やＣ₂Ｈ₄などの反応性ガスを利用したＣＶＤ法がある。最近では、磁気読取ヘッドとメディアの磁気記録層とのスペーシング距離やヘッド浮上量をより短くしドライブ特性を向上させるため、磁気記録層上に成膜されるカーボンなどの保護膜もより一層薄くすることが求められている。

【0003】

しかし、ＣＶＤ法で成膜されるカーボン保護膜は、その特性から２〜３ｎｍが限界と言われている。そこで、ＣＶＤ法に代わる技術として、より薄いカーボン保護膜を形成できるアーク放電を用いた成膜方法（真空アーク成膜法：Ｖａｃｕｕｍ Ａｒｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が注目されている。真空アーク成膜法では、ＣＶＤ法に比べて水素含有量が少なく硬いカーボン保護膜を成膜できるため、膜厚を１ｎｍ程度まで薄くできる可能性がある。

【0004】

例えば、特許文献１には、ターゲットにアークスポットを形成してアーク放電によりターゲットイオンおよび電子を放出させるストライカ、アークを維持するためのアノード部、ターゲットの間で電子の流れを作るアノードコイル、ターゲットイオンおよび電子をプロセスチャンバまで誘導するフィルタ部を備える成膜装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−２５４７７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来の真空アーク成膜法では、図８に示すように、動作開始信号が出力されると（Ｓ８０１）、アーク電源による電力付与を開始すると同時にストライカがターゲットの方向へ移動を開始し（Ｓ８０２）、ストライカがターゲットに接触したことを検知すると（Ｓ８０３）、ストライカが退避位置へ移動を開始する（Ｓ８０４）。この一連の動作のどこかでアークが発生し、アーク電源から付与される電力でアーク放電が維持され、所望の時間に到達したときにアーク電源による電力付与を終了する（Ｓ８０５、Ｓ８０６）。

【0007】

ここで、従来のアークの発生パターンについて、本願発明者らが検証を行った結果について説明する。図９の９ａから９ｃは、３つのパターンＡ〜Ｃにおける、ストライカ速度、ストライカ負荷、アーク電流、フィルタ電流を例示しており、ストライカ速度およびストライカ負荷はストライカ駆動用モータにて測定し、アーク電流はアーク電源にて測定し、フィルタ電流はフィルタ用電源もしくは電流測定手段により測定した結果である。アークの発生は、アークによるプラズマが発生したときに、プラズマからの電子もしくはターゲットイオンがフィルタ部に流入することで発生するフィルタ電流によって確認することができる。本願発明者らは、従来のアークの発生パターンとして３つのパターンＡ〜Ｃがあることを発見した。すなわち、ストライカがターゲットから退避するときに発生するパターンＡと、ストライカがターゲットに接触した直後に発生するパターンＢと、ストライカがターゲットに接触した直後に発生するが何かの原因で消滅し、ストライカがターゲットから退避するときに再度発生するパターンＣである。アークの発生パターンが複数あるということは被処理基板ごとの膜厚にバラツキが発生するということである。

【0008】

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、アークの発生タイミングを制御することにより、被処理物ごとの膜厚のバラツキを従来よりも低減できる成膜装置を実現することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の成膜装置は、ターゲット部と、前記ターゲット部から放出された電子が流入するアノード部と、前記ターゲット部に接触し、前記ターゲット部と前記アノード部を導通させることで、前記ターゲット部と前記アノード部との間にアーク放電を発生させるストライカと、前記ストライカを前記ターゲット部の方向または前記ターゲット部から退避する方向へ駆動するストライカ駆動手段と、前記ターゲット部と前記アノード部に電力を付与する電力付与手段と、前記ストライカ駆動手段および前記電力付与手段を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記ストライカと前記ターゲット部とを接触させた後に、前記ターゲット部と前記アノード部とに電力を付与する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、アークの発生するタイミングを制御することにより、被処理物ごとの膜厚のバラツキを従来よりも低減することができる。

【0011】

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

【図面の簡単な説明】

【0012】

添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。

【図1】本発明に係る実施形態の成膜装置の概略構成を示す断面図。

【図2】図１の成膜装置のフィルタ部の構成を示す断面図。

【図3A】図１の成膜装置のソース部の構成を示す２方向から見た側面図。

【図3B】図１の成膜装置のソース部の構成を示す２方向から見た側面図。

【図3C】図３ＢのＩ−Ｉ断面図。

【図4】本実施形態の成膜装置の電力供給系の概略構成を示すブロック図。

【図5】本実施形態の成膜装置の制御系の概略構成を示すブロック図。

【図6】本実施形態の成膜装置におけるアーク発生処理手順を示すフローチャート。

【図7】本実施形態の成膜装置によるアーク発生パターンを示す図。

【図8】従来の成膜装置におけるアーク発生処理手順を示すフローチャート。

【図9】従来の成膜装置によるアーク発生パターンを示す図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

【0014】

以下に、本発明の成膜装置を、真空アーク成膜法（Ｖａｃｕｕｍ Ａｒｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて被処理物としての基板に保護膜を形成する成膜装置に適用した実施形態について説明する。

【0015】

＜装置構成＞先ず、図１ないし図３Ａ−Ｃを参照して、本発明に係る実施形態の成膜装置の構成について説明する。

【0016】

図１において、本実施形態の成膜装置１００は、３ｎｍ以下のターゲット材料（例えば、カーボン）の保護膜が成膜される基板１を配置するプロセスチャンバ１０１と、プロセスチャンバ１０１に内部で連通するように連結されたフィルタ部１１０と、フィルタ部１１０に内部で連通するように連結されたソース部１２０とを有する。また、プロセスチャンバ１０１とフィルタ部１１０、ならびにフィルタ部１１０とソース部１２０の各連結部分には絶縁部材２が配置され、各部が電気的絶縁状態を保持するように構成されている。

【0017】

フィルタ部１１０は、９０°方向に湾曲した誘導路１１０ａを形成し、誘導路１１０ａの内部を真空状態に保持するための１つ以上の輸送管１１１、輸送管１１１の大気側または真空側に電子およびターゲットイオンを輸送するための磁場を形成するフィルタコイル１１２、永久磁石などの磁場形成手段を備える。誘導路１１０ａは１つ以上の輸送管１１１が連結されて構成され、各輸送管１１１の外側（大気側）には全周にわたってフィルタコイル１１２が設けられており、ソース部１２０で生成された電子およびターゲットイオンを基板１に向けて誘導すると共に、パーティクルとなる粒径の大きいカーボン粒子を除去する。輸送管１１１には、電圧印加端子１１３などの電圧印加手段が設けられており、輸送管１１１が２つ以上のときは各々を電気的に導通状態とするか、各々の連結部分に絶縁部材を配置して電気的絶縁状態とすることが可能であり、いずれかの状態が選択可能である。

【0018】

ソース部１２０は、陽極アノード部１３０と、陰極ターゲット部１４０と、アノードコイル１３１ａとを備え、陽極アノード部１３０と陰極ターゲット部１４０の間での電子電流もしくはイオン電流を維持することによりアーク放電を維持する。

【0019】

陽極アノード部１３０は、図３Ａ−Ｃに詳細を示すように、陽極アノード１３１、陽極アノード給電部１３２、陽極アノード給電端子１３３、ストライカ１３４、およびアノードハウジング１３５を有している。

【0020】

ストライカ１３４は、陰極ターゲット部１４０の表面に所定のタイミングで接触することでターゲット表面にアーク放電を発生させる。陰極ターゲット部１４０上のアークスポットから放出された電子およびターゲットイオンは、プラズマ化してプロセスチャンバ１０１へ誘導される。陰極ターゲット部１４０も所定の角度になるように回転駆動される。このように陰極ターゲット部１４０に対してストライカ１３４が接触する位置を相対的に移動させることにより、アークスポットの局在化を防止している。なお、アークスポットとはターゲット上でアークが発生している場所のことである。

【0021】

ストライカ１３４は、陽極アノード１３１と同電位とされ、アノードハウジング１３５は、陽極アノード給電部１３２と電気的絶縁状態を保持するように絶縁部材２が介装されている。ストライカ１３４は、ストライカ駆動用モータ１３４ａの駆動力が、ストライカ駆動用モータカップリング１３４ｂ、ストライカ駆動用モータシャフト１３４ｃ、ストライカ駆動用モータギヤ１３４ｄ、ストライカ駆動用モータ動力伝達ギヤ１３４ｅ、ストライカ給電・駆動シャフト１３４ｉを介して伝達されることにより駆動可能に構成されている。また、ストライカ給電端子１３４ｇ、ストライカ給電部１３４ｆ、ストライカ給電用ブラシ１３４ｈがストライカ給電・駆動シャフト１３４ｉに接続されており、ストライカ給電用ブラシ１３４ｈがストライカ給電・駆動シャフトに接触するように配置されていることによって、ストライカ１３４に給電可能となっている。さらに、ストライカ給電・駆動シャフト１３４ｉとアノードハウジング１３５との間には、電気的絶縁状態を保持するように絶縁部材２が介装され、かつ絶縁部材２とストライカ給電・駆動シャフト１３４ｉとの間に磁性流体１３４ｊを介装することによってストライカ給電・駆動シャフト１３４ｉとアノードハウジング１３５が導通状態にならずにストライカ１３４の駆動および給電が可能となっている。

【0022】

また、ストライカ１３４は、アーム部１３４ｋとチップ部１３４ｌからなり、高温・大電流に対する耐久性のある材質が望ましい。例えば、アーム部１３４ｋをモリブデン製、チップ部１３４ｌをグラファイト製とする。また、アーム部とチップ部を一体的に構成しても良い。

【0023】

陰極ターゲット部１４０は、円筒状または円盤状のカーボングラファイト製の陰極ターゲット１４１、陰極ターゲット給電部１４２、陰極ターゲット給電端子１４３、陰極ターゲットハウジング１４４を有している。陰極ターゲット１４１は、陰極ターゲット回転用モータ１４１ａの駆動力が、陰極ターゲット回転用モータカップリング１４１ｂ、陰極ターゲット回転用モータシャフト１４１ｃ、陰極ターゲット回転用モータギヤ１４１ｄ、陰極ターゲット回転用モータ動力伝達ギヤ１４１ｅ、陰極ターゲット回転用シャフト１４１ｆ、陰極ターゲットブラケット１４１ｈを介して伝達されることにより回転可能に構成されている。また、陰極ターゲット１４１は、陰極ターゲット給電部１４２、陰極ターゲット給電用ブラシ１４２ａ、陰極ターゲット給電端子１４３と接続されていることにより給電可能に構成されている。さらにまた、陰極ターゲット回転用シャフト１４１ｆと陰極ターゲットハウジング１４４との間には、電気的絶縁状態を保持するように絶縁部材２が介装され、かつ絶縁部材２と陰極ターゲット回転用シャフト１４１ｆとの間に磁性流体１４１ｇを介装することによって陰極ターゲット回転用シャフト１４１ｆと陰極ターゲットハウジング１４４が導通状態にならずに陰極ターゲット１４１の回転および給電が可能となっている。

【0024】

上記構成において、ストライカ１３４と陰極ターゲット１４１が接触するときに陽極アノード１３１と陰極ターゲット１４１が短絡し、アークが発生する。

【0025】

不図示のアーク電源から陰極ターゲット１４１に負の電圧を印加し、ストライカ１３４及び陽極アノード１３１に正の電圧を印加することで、アノードコイル１３１ａによる磁場に沿って陰極ターゲット１４１と陽極アノード１３１との間で電子の流れを形成する。

【0026】

アークスポットで発生した電子は、アーク維持電子とイオン輸送電子となる。アーク維持電子は、ターゲット表面で発生した電子の一部をアノードコイル１３１ａの磁場で誘導されて陽極アノード１３１へ流入する電子であり、陰極ターゲット１４１で発生したプラズマアークを維持するために、陰極ターゲット１４１と陽極アノード部１３１の間に電流を流してアークスポットを加熱することに利用される。

【0027】

イオン輸送電子は、ターゲットイオンを被処理基板１に到達させるための電子であり、電子のクーロン力を利用してイオンを引っ張る働きをする。イオン輸送電子はフィルタ部１１０により作られた磁場により被処理基板１の方向へ誘導される。

【0028】

上記構成によって、プロセスチャンバ１０１内部で被処理基板１の表面にターゲットイオンを付着・堆積させて保護膜が成膜される。

【0029】

＜電力供給系＞次に、図４も参照して、本実施形態の成膜装置の電力供給系の構成について説明する。

【0030】

プロセスチャンバ１０１は、アースに接続されている。フィルタ部１１０は、電圧印加端子１１３を介して不図示のフィルタ電源または電流測定部に接続されている。陽極アノード部１３０は、陽極アノード給電端子１３３を介してアーク電源１５０に接続されている。ストライカ１３４は、ストライカ給電端子１３４ｇを介してアーク電源１５０に接続されている。陰極ターゲット部１４０は、陰極ターゲット給電端子１４３を介してアーク電源１５０の負電極側に接続されている。陽極アノード部１３０とストライカ１３４は同電位になるようにアーク電源１５０のプラス側に接続されており、陰極ターゲット部１４０はアーク電源１５０のマイナス側に接続されている。また、アーク電源１５０は電流の通電制御の方が望ましいが、電圧の印加制御であっても良い。本明細書中では、電流と電圧を総称して電力と呼ぶものとする。

【0031】

なお、陽極アノード部１３０側と陰極ターゲット部１４０の間に電位差を生じさせる回路であれば、陽極アノード部１３０側と陰極ターゲット部１４０の間でアーク放電が生じるため、複数の電源を用いて回路を構成しても良い。例えば、第１の電源の一端をアースに、他端を陽極アノード部１３０側にそれぞれ接続し、第２電源の一端を陰極ターゲット部１４０に、他端をアースに接続する回路であってもよい。

【0032】

本実施形態のストライカ１３４は、陽極アノード部１３０と並列にアーク電源１５０に接続されているが、ストライカ１３４を陽極アノード部１３０に接続する直列的な配線でも良い。さらに、ストライカ１３４と陽極アノード部１３０に供給される電力が実質的に同じであれば、ストライカ１３４に電力を供給する電源と、陽極アノード部１３０に電力を供給する電源を別個にしても良い。本実施形態において、アークの発生させる際に、陽極アノード部１３０に電力を供給するときはストライカ１３４にも同様に電力が供給されるものとする。

【0033】

＜制御系＞次に、図５を参照して、本実施形態の成膜装置の制御系の概略構成について説明する。

【0034】

図５に示すように、本実施形態の成膜装置は、装置全体を統括して制御するメイン制御装置５００と、アークの発生を制御するアーク制御装置５０１とを有する。メイン制御装置５００およびアーク制御装置５０１は、メモリ等の記憶部やＣＰＵ等の演算処理部、通信部を有する。アーク制御装置５０１は、メイン制御装置５００から受けた制御信号に従って電力付与装置５０３としてのアーク電源１５０による電力供給を制御すると共に、ストライカ駆動装置５０４としてのモータ１３４ａ、１４１ａの回転を制御する。なお、電力付与装置５０３は、ストライカ１３４と陰極ターゲット部１４０の間の抵抗値を測定するための抵抗計を含む。また、ストライカ駆動装置５０４は、ストライカ駆動用モータ１３４ａや陰極ターゲット部１４０の陰極ターゲット回転用モータ１４１ａの回転数やトルクを検知するエンコーダ等のセンサを含む。

【0035】

＜アーク発生タイミングの制御処理＞次に、図６を参照して、本実施形態の成膜装置によるアーク発生タイミングの制御処理について説明する。

【0036】

メイン制御装置５００から動作開始信号が出力されると（Ｓ６０１）、アーク制御装置５０１による処理が開始される。ここで、動作開始信号が出力されてもアーク電源１５０は電力付与を開始せず、ストライカ１３４の陰極ターゲット１４１と接触する方向への駆動が開始される（Ｓ６０２）。

【0037】

その後、ストライカ１３４が陰極ターゲット１４１に接触したことを検知すると（Ｓ６０３）、アーク制御装置５０１はアーク電源１５０による電力付与を開始する（６０４）。

【0038】

その後、ストライカ１３４の陰極ターゲット１４１から退避する方向への駆動が開始される（Ｓ６０５）。

【0039】

ストライカ１３４が、退避位置へ到達したことを検知すると（Ｓ６０６）、アーク制御装置５０１はアーク電源１５０による電力付与を停止する（Ｓ６０７）。

【0040】

上記動作を被処理基板ごとに繰り返し行う。

【0041】

なお、ストライカ１３４と陰極ターゲット１４１との接触は、ストライカ１３４が受ける反力による負荷を検知することで判定できる。つまり、ストライカ駆動用モータ１３４ａの負荷が所定閾値を超えたときにストライカ１３４と陰極ターゲット１４１が接触したと判定される。

【0042】

他の方法として、ストライカ１３４の移動速度が所定閾値以下になったとき、または、ストライカ１３４と陰極ターゲット１４１の間の電気抵抗値が所定閾値以下になったときに、ストライカ１３４と陰極ターゲット１４１が接触したと判定することもできる。

【0043】

また、本実施形態では、ストライカ１３４がターゲット１４１に接触した後、電力付与を開始し、ストライカ１３４を退避させているが、ストライカ１３４がターゲット１４１に接触している状態から非接触状態となるまでの間に電力付与を行っても良い。また、ストライカ１３４とターゲット１４１が接触してから、一定の時間経過後にストライカ１３４の退避位置への駆動を開始しても良い。

【0044】

図７は、図６のアーク発生タイミング制御によるアーク発生パターンを実験により検証した結果を示し、ストライカ１３４が陰極ターゲット１４１から退避するときに発生するパターンのみであることが確認された。

【0045】

以上説明したように、本実施形態によれば、ストライカと陰極ターゲットとを接触させた後に、アークを発生させるように制御することにより、被処理基板ごとの膜厚のバラツキを従来よりも低減することができる。

【0046】

なお、上述した実施形態では、ターゲット材料としてカーボンを用いた形態について記載したが、カーボンに限らず、例えば、ＴｉやＴｉＮを用いることも可能である。

【0047】

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

【0048】

本願は、２０１３年５月２３日提出の日本国特許出願特願２０１３−１０９３７８を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】