JP2001262324A - イオンプレーティング成膜装置、及びイオンプレーティング成膜方法。 - Google Patents

イオンプレーティング成膜装置、及びイオンプレーティング成膜方法。

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JP2001262324A JP2000078952A JP2000078952A JP2001262324A JP 2001262324 A JP2001262324 A JP 2001262324A JP 2000078952 A JP2000078952 A JP 2000078952A JP 2000078952 A JP2000078952 A JP 2000078952A JP 2001262324 A JP2001262324 A JP 2001262324A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板に成膜された膜の緻密さや付着力を損な
わないようにする一方、プラズマ中にアーク放電が発生
することを防ぐことにより、膜に不純物が混入すること
なく、基板や膜が損傷を受けることもないイオンプレー
ティングによる成膜を行えるようにすることである。 【解決手段】 内部が真空雰囲気とされる真空チャンバ
１内に配置される基板ホルダ２に基板５を保持し、真空
チャンバ１内にプラズマを生成して成膜を行うイオンプ
レーティングにおいて、所定の負電圧及び出力時間から
なる負バイアスの部分と、一定時間正電圧をなすパルス
状の出力であるパルスバイアスの部分とを含み、１ｋＨ
ｚ以上１ＧＨｚ以下の範囲で自在に設定された周期で出
力されるバイアス電圧を、電力供給ユニット８により基
板ホルダ２を介して真空チャンバ１内に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオンプレーティ
ング成膜装置、及びイオンプレーティング成膜方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】イオンプレーティングによる成膜は、真
空チャンバ内に一定の電力を供給して膜の原料による放
電プラズマを生成させ、このプラズマを真空チャンバ内
に配置された基板に作用させて膜として析出させること
により行われる。
【０００３】このイオンプレーティングによる成膜は、
ミラーに対する反射膜のコーティング等、各種の基板へ
の成膜に用いられている。図４は、かかるイオンプレー
ティングによる成膜を行うための成膜装置の一例の構成
の概略を示す模式図である。
【０００４】図４に示されるイオンプレーティング成膜
装置６０は、真空チャンバ６１と、真空チャンバ６１内
に配設され基板６５を保持するための基板ホルダ６２と
膜の原料物質を保持し真空チャンバ６１内に蒸発させる
ための蒸発源６３と、基板ホルダ６２を介して真空チャ
ンバ６１内に所定の電力を供給するための高周波電源６
６及び一定の負のバイアス電圧を出力する直流電源６７
とを有している。
【０００５】そして、蒸発源６３によって蒸発された原
料物質が高周波電源６６及び直流電源６７より供給され
る電力によってプラズマ化（６８）されるとともに、イ
オン化した原料物質が基板６５に付着して膜として析出
され、基板６５への成膜が行われる。
【０００６】このように、直流電源６７によりバイアス
電圧を印加するようにすると、プラズマ中のイオンをよ
り強く加速することができ、膜の構造が緻密にされると
ともに基板６５への付着力がより強められた膜に形成す
ることができる。特に、直流電源６７より出力される電
圧をより強くすると、膜の構造を一層緻密にしたり、基
板６５に対する付着力の一層強い膜にすることができ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のように
バイアス電圧を印加すると、真空チャンバ６１内にアー
ク放電を生じ易いという問題があり、特にバイアス電圧
を強くした場合に一層アーク放電を生じ易いという問題
があることが判った。このアーク放電は、以下のように
して生ずると考えられる。
【０００８】即ち、バイアス電圧を印加すると、プラズ
マ６８中のイオンが基板ホルダ６２の方向に向かって引
きつけられ易く、イオンの存在が空間的に偏り易くな
る。そして、蒸発源６３と基板ホルダ６２の間に存在す
る基板６５や基板６５に形成された膜、あるいは膜の原
料物質が絶縁物質からなる場合には、上記イオンが絶縁
物質に捕捉されて電気的に中和されず局所的に大きな電
界が形成され、かかる絶縁物質の絶縁破壊を引き起こし
てアーク放電に移行すると考えられる。
【０００９】特に基板６５や基板６５上の膜が絶縁物質
からなる場合には、基板６５周辺や膜上にイオンが捕捉
され易く、この周辺でアーク放電を発生させ易いと考え
られる。そして、アーク放電を生ずると、基板６５に膜
を形成する際に不純物が混入し易く、膜の均一性や緻密
さを損なう原因となる。また、アーク放電を生ずる経路
が、基板６５上に形成された膜を通過する場合には、膜
が損傷を受けるという問題を生ずる。
【００１０】そこで、本発明は、上記バイアス電圧を用
いることによる膜の緻密さや付着力を損なわないように
する一方、上記アーク放電の発生を防ぐことによって、
膜に不純物が混入することなく、基板や膜が損傷を受け
ることもないイオンプレーティング成膜装置、及びイオ
ンプレーティング成膜方法を提供することを目的とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明にかかるイオンプレーティング成膜装置は、
内部が真空雰囲気とされる真空チャンバと、該真空チャ
ンバ内に配置され基板を保持するための基板ホルダと、
前記基板に成膜される膜の原料をプラズマ化させるとと
もに該プラズマ化した原料を基板上に膜として析出させ
る電力を前記基板ホルダを介して真空チャンバ内に供給
する電力供給ユニットとを有しており、該電力供給ユニ
ットは、所定の負電圧及び出力時間からなる負バイアス
の部分と、一定時間正電圧をなすパルス状の出力である
パルスバイアスの部分とを含んでなるバイアス電圧を、
１ｋＨｚ以上１ＧＨｚ以下の範囲で自在に設定された周
期で出力できるバイアス電源ユニットを有している（請
求項１）。
【００１２】これにより、本発明のイオンプレーティン
グ装置によると、前記バイアス電圧における負バイアス
によって、プラズマ中のイオンを基板に向かって加速す
ることができるので、基板に形成される膜を緻密で基板
に対する付着力の強いものにできる。これに加えて、前
記バイアス電圧におけるパルスバイアスの部分によっ
て、基板や基板に形成された膜、プラズマ中に混在する
膜の原料物質等が絶縁物質からなる場合であっても、該
絶縁物質に捕捉された正電荷を中和させることができ
る。これにより、基板に形成される膜に不純物が混入し
たり、膜にピンホールが生ずる等の損傷を受けることを
防ぐことができる。
【００１３】そして、前記バイアス電圧の一つの周期に
おける前記パルスバイアスの一定時間の割合を４０％以
下とするのが望ましい（請求項２）。即ち、バイアス電
圧の一つの周期におけるパルスバイアスを出力する時間
を相対的に大きくしすぎると、プラズマの減衰を招き成
膜の効率を損なうからである。
【００１４】また、前記パルスバイアスのパルス状の出
力を、前記一定時間のパルス幅及び所定の電圧値からな
る方形波パルスとすることができる（請求項３）。かか
る方形波パルスによれば、バイアス電圧における所要の
パルスバイアスを得ることが容易であり、前記基板周辺
等の正電荷を中和するための所要の電圧値とパルス幅か
らなるパルスバイアスを与え易い。
【００１５】そして、前記バイアス電源ユニットを、前
記バイアス電圧の基本波形を生成する波形生成器と、該
波形生成器より出力された前記基本波形に基づき一定の
大きさの出力の前記バイアス電圧を生成するバイアス電
源とを備える構成とすることができる（請求項４）。こ
れにより、所定の波形からなる前記バイアス電圧を、任
意の波形を生成できる前記波形生成器を用いて形成でき
るので、所要のバイアス電圧を容易に得ることができ
る。
【００１６】また、前記バイアス電源ユニットを、前記
負バイアスを形成するための直流電源と、前記パルスバ
イアスを形成するためのパルス電源とを備えて構成する
こともできる（請求項５）。これにより、直流電源及び
パルス電源を個別に調整することにより、前記負バイア
スの部分とパルスバイアスの部分を個別に調整すること
が可能であるので、バイアス電圧の調整が容易となる。
【００１７】そして、上記イオンプレーティング成膜装
置（請求項４、５）に関して、高周波電力を出力する高
周波電源ユニットをさらに備える構成とすることがで
き、該高周波電源ユニットの出力を基板ホルダへ通過さ
せるとともに、前記バイアス電源ユニットの出力が高周
波電源ユニットへ入力されることを阻止するように前記
高周波電源ユニットと基板ホルダとの間にハイパスフィ
ルを設け、前記バイアス電源ユニットの出力を基板ホル
ダへ通過させるとともに、前記高周波電源ユニットの出
力が前記バイアス電源ユニットへ入力されることを阻止
するように前記バイアス電源ユニットと基板ホルダとの
間に第一のローパスフィルタを設けることができる（請
求項７）。
【００１８】このように高周波電源ユニットも設ける
と、プラズマを生成して成膜を行うにあたり、成膜を行
う上で必要となる電力を、上記バイアス電源ユニットと
ともに高周波電源ユニットによっても供給できる。これ
により、所要の電力を比較的に簡易な方法により供給す
ることができ、装置の維持運転も含めて成膜に関する歩
留まり向上によりトータルコストを低減することができ
る。
【００１９】また、前記バイアス電源ユニットを、前記
負バイアスを形成するための直流電源と、前記パルスバ
イアスを形成するためのインパルス列電源とを備えて構
成し、第二のローパスフィルタを、前記直流電源の出力
を基板ホルダへ通過させるとともに、インパルス列電源
の出力が直流電源へ入力されることを阻止するように前
記直流電源と基板ホルダとの間に設け、バンドパスフィ
ルタを、前記インパルス列電源の出力を基板ホルダへ通
過させるとともに、直流電源の出力がインパルス列電源
へ入力されることを阻止するように前記インパルス列電
源と基板ホルダとの間に設けることができる（請求項
６）。かかる構成とすると、負バイアスの形成にかかる
直流電源と、パルスバイアスの形成にかかるインパルス
列電源の独立した調整がより行い易く、バイアス電圧の
調整を一層容易とできる。
【００２０】また、このイオンプレーティング成膜装置
（請求項６）について、さらに高周波電力を出力する高
周波電源ユニットを備える構成とすることができ、該高
周波電源ユニットの出力を基板ホルダへ通過させるとと
もに、前記バイアス電源ユニットの出力が高周波電源ユ
ニットへ入力されることを阻止するように前記高周波電
源ユニットと基板ホルダとの間にハイパスフィルタを設
け、前記第二のローパスフィルタが、さらに前記高周波
電源ユニットの出力が前記直流電源へ入力されることを
阻止し、前記バンドパスフィルタが、さらに前記高周波
電源ユニットの出力が前記インパルス列電源へ入力され
ることを阻止するように構成することができる（請求項
８）。この成膜装置にあっては、バイアス電圧における
負バイアスとパルスバイアスの独立した調整がより行い
易いこと、つまり成膜パラメータを互いに独立して変更
できることに加え、所要の電力を比較的に簡易な方法で
調整できる。
【００２１】また、本発明にかかるイオンプレーティン
グ成膜装置に関して、前記電力供給ユニットを、所定の
負電圧及び出力時間からなる負バイアスの部分と、一定
時間正電圧をなすパルス状の出力であるパルスバイアス
の部分とを含んでなるバイアス電圧を、１ｋＨｚ以上１
ＧＨｚ以下の範囲で自在に設定された周期で出力できる
とともに、高周波電力を出力することもでき、前記バイ
アス電圧の負バイアスの部分にかかる波形と前記バイア
ス電圧のパルスバイアスの部分にかかる波形と前記高周
波電力の高周波にかかる波形とをファンクションジェネ
レータにより合成し、該ファンクションジェネレータに
より合成された波形に基づいてリニアアンプで出力を増
幅して供給するように構成することもできる（請求項
９）。これにより、フィルタが不要になるので、フィル
タの調整も不要になる。また、前記負バイアス及びパル
スバイアスからなるバイアス電圧や高周波の出力管理を
一元化でき、出力バランスの調整が容易となる。
【００２２】また、前記高周波電力も供給できるイオン
プレーティング成膜装置について、前記真空チャンバ内
を６．７×１０-3Ｐａ以上６．７×１０-1Ｐａ以下の真
空雰囲気とし、所定の負電圧及び出力時間からなる負バ
イアスの部分と一定時間正電圧をなすパルス状の出力で
あるパルスバイアスの部分とを含み、前記パルスバイア
スの電圧の絶対値が負バイアスの電圧の絶対値より小さ
い前記バイアス電圧を１ｋＨｚ以上１ＧＨｚ以下の周期
で出力することにより予備プラズマを生成させる予備プ
ラズマ生成プロセスを実行した後に、膜の原料物質を蒸
散させて成膜を行うための成膜プラズマを生成させるこ
とができる真空雰囲気とするとともに、前記バイアス電
圧に加えて前記高周波電力を出力することにより、前記
成膜プラズマを生成させて前記基板に成膜を行う成膜プ
ロセスを実行できるように構成することができる（請求
項１０）。そして、この成膜装置において、前記成膜プ
ロセスを実行するに際して前記高周波電力とともに印加
される前記バイアス電圧の周期を１０ｋＨｚ以上５００
ｋＨｚ以下とすることができる（請求項１１）。
【００２３】また、高周波電源ユニットを設けずに上記
成膜装置を構成する場合に、前記真空チャンバ内を６．
７×１０-3Ｐａ以上６．７×１０-1Ｐａ以下の真空雰囲
気とし、所定の負電圧及び出力時間からなる負バイアス
の部分と一定時間正電圧をなすパルス状の出力であるパ
ルスバイアスの部分とを含み、前記パルスバイアスの電
圧の絶対値が負バイアスの電圧の絶対値より小さい前記
バイアス電圧を１ｋＨｚ以上１ＧＨｚ以下の周期で出力
することにより予備プラズマを生成させる予備プラズマ
生成プロセスを実行した後に、膜の原料物質を蒸散させ
て成膜を行うための成膜プラズマを生成させ得る真空雰
囲気とするとともに、前記バイアス電圧を１ＭＨｚ以上
１ＧＨｚ以下の周期で出力することにより前記成膜プラ
ズマを生成させて前記基板に成膜を行う成膜プロセスを
実行できるように構成することができる（請求項１
２）。
【００２４】そして、基板を保持するための基板ホルダ
と前記基板に形成される膜の原料物質を保持するための
蒸発源とが配設される真空チャンバの内部を真空雰囲気
とし、前記基板ホルダを介して前記真空チャンバ内に所
定の電力を供給してプラズマを生成させて前記基板に成
膜するイオンプレーティングによる成膜を、前記真空チ
ャンバ内を６．７×１０-3Ｐａ以上６．７×１０-1Ｐａ
以下の真空雰囲気とするとともに、所定の負電圧及び出
力時間からなる負バイアスの部分と一定時間正電圧をな
すパルス状の出力であるパルスバイアスの部分とを含
み、前記パルスバイアスの電圧の絶対値が前記負バイア
スの電圧の絶対値より小さいバイアス電圧を１ｋＨｚ以
上１ＧＨｚ以下の周期で印加してプラズマを生成させる
予備プラズマ生成工程と、前記真空チャンバ内を前記膜
の原料物質を蒸散させて成膜を行うための成膜プラズマ
を生成させることができる真空雰囲気とするとともに、
前記バイアス電圧に加えて高周波電力を印加して前記成
膜プラズマを生成させる成膜プラズマ生成工程とにより
行うことができ（請求項１３）、この成膜プラズマ生成
工程におけるバイアス電圧の周期を、１０ｋＨｚ以上５
００ｋＨｚ以下とすることができる（請求項１４）。
【００２５】また、上記イオンプレーティングによる成
膜を行うにあたり、上記予備プラズマ生成工程の後の成
膜プラズマ生成工程について、前記高周波電力を印加す
ることなく、前記バイアス電圧を１ＭＨｚ以上１ＧＨｚ
以下の周期で印加して行うことができる（請求項１
５）。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図１乃至図３に基づいて説明する。
【００２７】図１（ａ）は、本発明の一実施形態である
イオンプレーティング成膜装置１０の構成の概略を示す
模式図である。成膜装置１０は真空チャンバ１と電力供
給ユニット８とを備えており、電力供給ユニット８は高
周波電源ユニット１１とバイアス電源ユニット１２とを
備えて構成されている。
【００２８】真空チャンバ１内の上部には、成膜される
基板５を保持するための基板ホルダ２が配設されてい
る。基板ホルダ２は導電性の材質によって形成されてお
り、高周波電源ユニット１１及びバイアス電源ユニット
１２からの電力を基板ホルダ２を介して真空チャンバ１
内に供給できるようになっている。また、基板ホルダ２
は図示されないモータによって回転駆動されるようにさ
れており、基板ホルダ２を回転させつつ成膜できるよう
にされている。
【００２９】チャンバ１内の下部には、成膜しようとす
る膜の原料物質を保持しつつチャンバ１内の空間に蒸散
させるための蒸発源３が配置されている。この蒸発源３
には、膜の原料物質を加熱用電源により抵抗加熱して蒸
散させるものや、電子銃で加熱して蒸散させるものの
他、スパッタにより原料物質を蒸散させるもの、アーク
放電により蒸散させるもの等、膜の原料物質をチャンバ
１内の空間に蒸散させることができる各種の蒸発源を用
いることができる。
【００３０】また、真空チャンバ１は、特に図示されな
い真空ポンプ等の排気手段及びガス供給手段によりチャ
ンバ１内を所要の真空雰囲気とできるようにされてい
る。即ち、成膜するための一連の工程における各プロセ
スに応じて、前段階として予備プラズマを生成するため
の所定のガスによる所要の真空度としたり、膜の原料物
質をプラズマ化して成膜可能な成膜プラズマを生成する
ことができる真空度とする等、必要に応じて所要の真空
雰囲気に自在に調整できるようにされている。
【００３１】また、真空チャンバ１は、導電性の材質に
よって形成されており、そのチャンバ壁は接地されてい
る。
【００３２】高周波電源ユニット１１は、真空チャンバ
１内に高周波電力を供給し、蒸発源３より蒸散した膜の
原料物質をプラズマ化させることができる。高周波電源
ユニットは、その出力端子の一端がハイパスフィルター
１５を介して基板ホルダ２側に接続されており、その出
力端子の他端は接地されている。そして、高周波電源ユ
ニット１１より出力された高周波電力が基板ホルダ２に
印加される。
【００３３】また、ハイパスフィルタ１５は、高周波電
源ユニット１１と基板ホルダ２との間に設けられてお
り、高周波電源ユニット１１からの出力を基板ホルダ２
側へ通過させるとともに、バイアス電源ユニット１２か
らの出力が高周波電源ユニット１１側へ入力されること
を阻止する。
【００３４】高周波電源ユニット１１の出力について、
その具体的な電力値や周波数は、成膜しようとする膜の
原料物質の種類等、成膜条件に応じて必要な電力値や周
波数が選択される。
【００３５】バイアス電源ユニット１２は、波形生成器
１３とバイアス電源１４とを備えて構成されている。波
形生成器１３は、バイアス電源ユニット１２より出力さ
れるバイアス電圧の波形を生成するものである。この波
形生成器１３は、定常的に一定値を取る直流成分や各周
波数の交流成分、方形波や三角波等の各種の波形を基本
成分として発生させることができ、また、複数の基本成
分に基づき基本波形に合成することもできる。そして、
波形生成器１３により生成された基本波形に基づき、バ
イアス電源１４によって所定の大きさの出力のバイアス
電圧に増幅される。
【００３６】バイアス電源１４は、その出力端子の一端
がローパスフィルタ１６を介して基板ホルダ２側に接続
されており、その出力端子の他端は接地されている。そ
して、バイアス電源１４より出力されたバイアス電圧は
基板ホルダ２に印加され、真空チャンバ１内にバイアス
が供給される。
【００３７】また、ローパスフィルタ１６は、バイアス
電源１４と基板ホルダ２との間に設けられており、バイ
アス電源１４からの出力を基板ホルダ２側へ通過させる
とともに、高周波電源ユニット１１からの出力がバイア
ス電源ユニット１２側へ入力されることを阻止する。こ
のローパスフィルタ１６は第一のローパスフィルタにあ
たる。
【００３８】次に、バイアス電源ユニット１２より出力
されるバイアス電圧について説明する。図１（ｂ）は、
バイアス電圧の波形の一例を示している。図１（ｂ）に
おいて、横軸は時間（ｓｅｃ．）に対応しており、縦軸
は電圧値（Ｖ）の大きさに対応している。また、横軸よ
り上側は正電圧を意味し、横軸より下側は負電圧を意味
する。
【００３９】バイアス電圧は、図１（ｂ）に示されるよ
うに、一定の負の電圧値（−ＶB1）をとる直流電圧から
なる負バイアスの部分と、一定時間（Ｔw1）にわたって
一定の正の電圧値（ＶP1）をとる方形波パルスからなる
パルスバイアスの部分とにより形成されている。
【００４０】負バイアスの部分は、成膜を行うにあた
り、プラズマ中のイオンにこの負バイアスによる加速を
与えて、目的とする緻密な膜とでき、また基板に対して
目的とする付着力の膜とできる電圧値ＶB1及び出力時間
Ｔ1が選ばれる。負バイアスの具体的な電圧値（−
ＶB1）については、０Ｖ以下で−２０００Ｖ以上の範囲
で選択される。
【００４１】また、パルスバイアスの部分は、基板５や
基板５に形成された膜、プラズマ中に混在する原料物質
に蓄積された正電荷を中和させるために十分な電圧値Ｖ
P1とパルス幅（Ｔw1）であって、プラズマを減衰させな
い程度の条件が選ばれる。電圧値ＶP1については、０Ｖ
以上で２０００Ｖ以下の範囲で選択される。
【００４２】そして、この図１（ｂ）に示される例で
は、バイアス電圧の一つの周期における上記パルス幅Ｔ
w1及び出力時間Ｔ1 の各時間が占める割合として、パル
ス幅Ｔ w1の占める割合（即ち、Ｔw1／（Ｔw1＋Ｔ1））
を４０％とし、負バイアスの出力時間Ｔ1 が占める割合
を６０％としている。バイアス電圧の一周期における上
記パルス幅Ｔw1 の占める割合は、４０％以下とするの
が望ましく、これ以上大きくなると、プラズマを減衰さ
せるおそれがあり、成膜の効率を低下させるおそれがあ
るからである。
【００４３】図２は、バイアス電圧の他の波形の例を示
している。この図２に示される波形についても、負の電
圧値（−ＶB2 ）をとる負バイアスの部分と、一定時間
（Ｔw 2）にわたって正の電圧値（ＶP2）をとる部分とに
より形成されている。この図２に示されるバイアス電圧
は、交流電圧に負の一定電圧値をとる直流電圧を加える
ことによって得られる。
【００４４】そして、負バイアスの部分については、目
的とする緻密な膜とでき、また基板に対して目的とする
付着力の膜とできる電圧値−ＶB2及び出力時間Ｔ2 が選
ばれる（電圧の大きさＶB2は、時間Ｔ2にわたる平均値
である）。
【００４５】また、正の電圧値の部分については、基板
５やその周辺等に蓄積される正電荷を中和させるために
十分な電圧値ＶP2と一定時間（Ｔw2）であって、チャン
バ１内のプラズマを減衰させない程度の条件が選ばれる
（電圧の大きさＶP2は、時間Ｔw2にわたる平均値であ
る）。
【００４６】また、ＶB2及びＶP2の具体的な大きさにつ
いては、０Ｖ以上で２０００Ｖ以上の範囲となるように
選択される。
【００４７】また、以上の図１（ｂ）、図２に示される
バイアス電圧について、この繰り返される周期を、１ｋ
Ｈｚ以上１ＧＨｚ以下とするのが望ましい。１ｋＨｚ以
下では、パルスバイアスを印加する頻度が少ないため、
基板５周辺等に捕捉されたイオンの電荷を中和するより
早く絶縁破壊を起こす電界が形成されてしまうからであ
る。一方、１ＧＨｚ以上とすると、パルスバイアスを印
加するタイミングの調整等が困難となるからである。
【００４８】上記バイアス電圧の周期を、特に１０ｋＨ
ｚ以上５００ｋＨｚ以下とするのがより望ましい。
【００４９】以上に説明したイオンプレーティング成膜
装置１０にあっては、所定の負電圧からなる負バイアス
を与えることによりプラズマ中のイオンをより強く加速
して基板５に成膜できるので、緻密で付着力の強い膜に
成膜することが可能である。そして、このことに加え
て、正電圧のパルスバイアスを印加することにより、基
板５や基板５に形成された膜等、基板５も含めた周辺の
領域に絶縁物質からなる物質が存在する場合に、かかる
絶縁物質に捕捉された正電荷を中和させることができ
る。これにより、アーク放電の発生を防ぐことができる
ので、基板５に形成される膜に不純物が混入することを
防ぎ、また膜の構造が不均一となることを防ぐことがで
き、また膜や基板等の損傷を防ぐことができる。
【００５０】次に、電力供給ユニットの他の例につい
て、図３に基づいて説明する。図３（ａ）に示されるバ
イアス電源ユニット２２にあっては、負バイアスを形成
するための一定の負の直流電圧を出力できる直流電源２
４と、パルスバイアスを形成するための一定の正電圧の
パルス電圧を出力できるパルス電源２３とを備えて構成
されている。そして、直流電源２４からの出力とパルス
電源２３からの出力によりバイアス電圧が形成される。
このバイアス電圧はローパスフィルタ２１を介して基板
ホルダ２側に出力される。
【００５１】ローパスフィルタ２１は、直流電源２４及
びパルス電源２３より出力されたバイアス電圧を基板ホ
ルダ２側へ通過させるとともに、高周波電源ユニット１
１からの出力がバイアス電源ユニット２２側へ入力され
ることを阻止している。このローパスフィルタ２１は、
第一のローパスフィルタにあたる。
【００５２】この図３（ａ）のように、バイアス電源ユ
ニットを構成すると、負バイアスを形成するための直流
電源２４と、パルスバイアスを形成するためのパルス電
源２３とが独立に設けられるので、負バイアス及びパル
スバイアスを個別に調整し易い。
【００５３】図３（ｂ）はバイアス電源ユニットのさら
に異なる例を示す。図３（ｂ）に示されるバイアス電源
ユニット２６にあっては、負バイアスを形成するするた
めの一定の負の直流電圧を出力できる直流電源２７と、
パルスバイアスを形成するためのインパルス列電源２８
とを備えている。そして、直流電源２７からの出力がロ
ーパスフィルタ２９を介して基板ホルダ２側に出力さ
れ、インパルス列電源２８からの出力がバンドパスフィ
ルタ３０を介して基板ホルダ２側に出力され、これらの
出力により形成されたバイアス電圧が基板ホルダ２に印
加される。
【００５４】ローパスフィルタ２９は、直流電源２７と
基板ホルダ２との間に設けられ、直流電源２７の出力を
基板ホルダ２側へ通過させるとともに、高周波電源ユニ
ット１１からの出力及びインパルス列電源２８からの出
力が直流電源２７側へ入力されることを阻止している。
このローパスフィルタ２９は、第二のローパスフィルタ
にあたる。
【００５５】バンドパスフィルタ３０は、インパルス列
電源２８と基板ホルダ２との間に設けられ、インパルス
列電源２８からのパルス出力を基板ホルダ２側へ通過さ
せるとともに、高周波電源ユニット１１や直流電源２７
からの出力が、インパルス列電源２８側へ入力すること
を阻止している。
【００５６】この図３（ｂ）に示されるバイアス電源ユ
ニット２６によると、負バイアスを形成するための直流
電源２７と、パルスバイアスを形成するためのインパル
ス列電源２８とが独立であり、また、これら電源の基板
ホルダ２側への出力に関係するフィルタ２９、３０も独
立であるので、バイアス電圧の調整がより容易となる。
【００５７】図３（ｃ）は、電力供給ユニットのさらに
異なる例を示している。図３（ｃ）に示される例では、
電力供給ユニットを、リニアアンプ３１とファンクショ
ンジェネレータ３２とによって構成している。そして、
ファンクションジェネレータ３２によって高周波電力に
かかる高周波の波形と、上記バイアス電圧の負バイアス
部分にかかる波形と、バイアス電圧のパルスバイアス部
分にかかる波形とを合成した波形を生成し、この合成さ
れた波形をリニアアンプ３１で増幅して所要の出力とし
て基板ホルダ２側へ出力させる。
【００５８】この図３（ｃ）に示されるように電力供給
ユニットを構成すると、フィルタを設ける必要がなくな
るのでフィルタの調整を不要にできる。そして、高周波
の出力や、バイアス電圧における負バイアス及びパルス
バイアスの出力の管理を一元化でき、出力バランスの調
整が容易となる。
【００５９】なお、図３に示されるバイアス電源ユニッ
ト２２、２６のように、負バイアスの部分とパルスバイ
アスの部分を各々に独立に出力させる場合は、これらの
出力を合成して形成されるバイアス電圧が、所定の電圧
値の負バイアス及び所定の電圧値のパルスバイアスとな
るように、直流電源２４、２７やパルス電源２３、イン
パルス列電源２８の出力が相互に調整される。
【００６０】なお、以上に説明したイオンプレーティン
グ成膜装置には、特に図示されないコントローラが設け
られている。そして、このコントローラによる制御の
下、前記高周波電源ユニット１１を所定の電力や周波数
からなる高周波電力を出力するように動作させ、また前
記バイアス電源ユニット１２、２２、２６を所定の負バ
イアスやパルスバイアスを出力するように動作させるこ
とができ、また前記ファンクションジェネレータ３２や
リニアアンプ３１に所要の動作を行わせることもでき
る。また、前記コントローラによって、真空ポンプ等の
排気手段及びガス供給手段を動作させ、チャンバ１内を
所要の真空雰囲気とすることもできる。
【００６１】以下に、イオンプレーティング成膜装置１
０を用いて成膜を行うための、その成膜装置１０を運転
する例について説明する。成膜するための原料物質とし
て絶縁物質の例であるフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）
を用い、フッ化マグネシウムの膜を基板に成膜するもの
とする。 ［運転例１］蒸発源３にフッ化マグネシウムをセットし
て真空チャンバ１を閉じ成膜装置１０の運転を開始す
る。まず、前段階として予備プラズマ生成プロセスが実
行される。プロセスガスとして、例えばアルゴン（Ａ
ｒ）ガスを真空チャンバ１内に導入し、６．７×１０-3
Ｐａ（５×１０-5Ｔｏｒｒ）〜６．７×１０-1Ｐａ（５
×１０-3Ｔｏｒｒ）の範囲の真空度とする。そして、電
源のうちバイアス電源ユニット１２のみを動作させ、前
記バイアス電圧の印加により放電プラズマを生成する。
このときのバイアス電源ユニット１２からの出力につい
て、正電圧であるパルスバイアスの電圧値（絶対値）
が、負電圧である負バイアスの電圧値（絶対値）より小
さくなるようにする。また、周期を１ｋＨｚ〜１ＧＨｚ
の範囲とする。
【００６２】次に、成膜プラズマ生成プロセスが実行さ
れる。高周波電源ユニット１１を動作させ高周波電力の
印加も開始する。このときの高周波電源ユニット１２の
出力は、成膜を行う上での所要の濃度のプラズマを生成
させ得る程度の出力とされる。次に、蒸発源３によりフ
ッ化マグネシウムを加熱してチャンバ１内に蒸散させる
とともに、成膜を行うことができる所要の真空度とす
る。
【００６３】このように、上記パルスバイアスを用いる
ことにより予備プラズマ生成プロセスとしてプラズマを
生成しておき、その後に成膜プラズマ生成プロセスを実
行することは、以下の意義がある。即ち、当初より高周
波電源ユニット１１の出力を成膜に必要なプラズマを生
成させ得る程度の出力とするとアーク放電を生ずるおそ
れがあるが、予備プラズマ生成プロセスを実行した後
に、段階的に成膜プラズマ生成プロセスを実行すること
で、アーク放電の発生を抑制することができる。
【００６４】なお、上記予備プラズマ生成プロセスにつ
いて、上記パルスバイアスを用いて行うかわりに、高周
波電源ユニット１１の出力及び真空チャンバ１内の真空
度をアーク放電を生じない程度の条件のプラズマを生成
させ、高周波電源ユニット１１を動作させて行うのであ
ってもよい。 ［運転例２］蒸発源３にフッ化マグネシウムをセットし
て真空チャンバ１を閉じ成膜装置１０の運転を開始す
る。まず、予備プラズマ生成プロセスが実行される。プ
ロセスガスとして、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを真空
チャンバ１内に導入し、６．７×１０-3Ｐａ（５×１０
-5Ｔｏｒｒ）〜６．７×１０-1Ｐａ（５×１０-3Ｔｏｒ
ｒ）の範囲の真空度とする。そして、電源のうちバイア
ス電源ユニット１２のみを動作させ、前記バイアス電圧
の印加により放電プラズマを生成する。このときのバイ
アス電源ユニット１２の出力について、パルスバイアス
の電圧値（絶対値）が負バイアスの電圧値（絶対値）よ
り小さくなるようにする。また、周期を１ｋＨｚ〜１Ｇ
Ｈｚの範囲とする。
【００６５】次に、成膜プラズマ生成プロセスが実行さ
れる。バイアス電源ユニット１２の出力について、周期
を１ＭＨｚ〜１ＧＨｚの範囲とする。そして、蒸発源３
によりフッ化マグネシウムを加熱してチャンバ１内に蒸
散させるとともに、成膜に必要な所要の真空度とする。
【００６６】この例のように、高周波電源ユニット１１
を動作させることなく、バイアス電源ユニットの出力の
みによって成膜を行うことも可能である。
【００６７】なお、以上に説明したイオンプレーティン
グ成膜装置１０について、イオンプレーティングの方式
については各種の方式を用いることができる。即ち、ア
ルゴン等の不活性ガスを介在させて成膜を行う方式や、
不活性ガスを用いることのないイオンプレーティング
法、反応性ガスを用いるイオンプレーティング法等、各
種のイオンプレーティングの方式を用いることができ
る。
【００６８】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明による
と、イオンプレーティングによる成膜を行うにあたり、
一定の負バイアスとパルスバイアスからなるバイアス電
圧を基板ホルダに印加して行うので、プラズマ中のイオ
ンを基板に向かって強く加速できるとともに、アーク放
電の発生を防止することもできる。
【００６９】これにより、基板に形成される膜を緻密で
付着力の強いものにしつつ、膜への不純物の混入を防ぐ
ことができ、膜の構造を均一とでき、基板や膜が損傷を
受けることを防ぐことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明にかかるイオンプレーテ
ィング成膜装置の構成の概略を示す模式図である。図１
（ｂ）は、本発明にかかるバイアス電圧の例を示す図で
ある。
【図２】本発明にかかるバイアス電圧の他の例を示す図
である。
【図３】本発明にかかるバイアス電源ユニットの構成例
を示す図である。
【図４】従来のイオンプレーティング成膜装置の構成の
概略を示す図である。
【符号の説明】
１ 真空チャンバ ２ 基板ホルダ ３ 蒸発源 ５ 基板 ８ 電力供給ユニット １１ 高周波電源ユニット １２ バイアス電源ユニット １３ 波形生成器 １４ バイアス電源 １５ ハイパスフィルタ １６ ローパスフィルタ ２１ ローパスフィルタ ２２ バイアス電源ユニット ２３ パルス電源 ２４ 直流電源 ２６ バイアス電源ユニット ２７ 直流電源 ２８ インパルス列電源 ２９ ローパスフィルタ ３０ バンドパスフィルタ ３１ リニアアンプ ３２ ファンクションジェネレータ ６１ 真空チャンバ ６２ 基板ホルダ ６３ 蒸発源 ６５ 基板 ６６ 高周波電源 ６７ 直流電源 ６８ プラズマ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 床本 勲 兵庫県西宮市田近野町６番107号 新明和 工業株式会社開発センタ内 Ｆターム(参考） 4G075 AA24 BC03 CA25 CA47 CA65 EA01 EB01 ED08 FC11 4K029 CA03 CA13 DD02 EA09

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内部が真空雰囲気とされる真空チャンバ
    と、該真空チャンバ内に配置され基板を保持するための
    基板ホルダと、前記基板に成膜される膜の原料をプラズ
    マ化させるとともに該プラズマ化した原料を基板上に膜
    として析出させる電力を前記基板ホルダを介して真空チ
    ャンバ内に供給する電力供給ユニットとを有し、 該電力供給ユニットが、所定の負電圧及び出力時間から
    なる負バイアスの部分と、一定時間正電圧をなすパルス
    状の出力であるパルスバイアスの部分とを含んでなるバ
    イアス電圧を、１ｋＨｚ以上１ＧＨｚ以下の範囲で自在
    に設定された周期で出力できるバイアス電源ユニットを
    有することを特徴とするイオンプレーティング成膜装
    置。
  2. 【請求項２】 前記バイアス電圧の一つの周期における
    前記パルスバイアスの一定時間の割合が４０％以下とさ
    れることを特徴とする請求項１に記載のイオンプレーテ
    ィング成膜装置。
  3. 【請求項３】 前記パルスバイアスのパルス状の出力
    が、前記一定時間のパルス幅及び所定の電圧値からなる
    方形波パルスであることを特徴とする請求項１又は２に
    記載のイオンプレーティング成膜装置。
  4. 【請求項４】 前記バイアス電源ユニットが、前記バイ
    アス電圧の基本波形を生成する波形生成器と、該波形生
    成器より出力された前記基本波形に基づき一定の大きさ
    の出力の前記バイアス電圧を生成するバイアス電源とを
    備えて構成されることを特徴とする、請求項１乃至３の
    いずれかに記載のイオンプレーティング成膜装置。
  5. 【請求項５】 前記バイアス電源ユニットが、前記負バ
    イアスを形成するための直流電源と、前記パルスバイア
    スを形成するためのパルス電源とを備えて構成されるこ
    とを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のイ
    オンプレーティング成膜装置。
  6. 【請求項６】 前記バイアス電源ユニットが、前記負バ
    イアスを形成するための直流電源と、前記パルスバイア
    スを形成するためのインパルス列電源とを備えて構成さ
    れ、 第二のローパスフィルタが、前記直流電源の出力を基板
    ホルダへ通過させるとともに、インパルス列電源の出力
    が直流電源へ入力されることを阻止するように前記直流
    電源と基板ホルダとの間に設けられ、 バンドパスフィルタが、前記インパルス列電源の出力を
    基板ホルダへ通過させるとともに、直流電源の出力がイ
    ンパルス列電源へ入力されることを阻止するように前記
    インパルス列電源と基板ホルダとの間に設けられてな
    る、請求項１乃至３のいずれかに記載のイオンプレーテ
    ィング成膜装置。
  7. 【請求項７】 高周波電力を出力する高周波電源ユニッ
    トをさらに備え、 該高周波電源ユニットの出力を基板ホルダへ通過させる
    とともに、前記バイアス電源ユニットの出力が高周波電
    源ユニットへ入力されることを阻止するように前記高周
    波電源ユニットと基板ホルダとの間に設けられたハイパ
    スフィルと、 前記バイアス電源ユニットの出力を基板ホルダへ通過さ
    せるとともに、前記高周波電源ユニットの出力が前記バ
    イアス電源ユニットへ入力されることを阻止するように
    前記バイアス電源ユニットと基板ホルダとの間に設けら
    れた第一のローパスフィルタとを有してなる、請求項４
    又は５に記載のイオンプレーティング成膜装置。
  8. 【請求項８】 高周波電力を出力する高周波電源ユニッ
    トをさらに備え、 該高周波電源ユニットの出力を基板ホルダへ通過させる
    とともに、前記バイアス電源ユニットの出力が高周波電
    源ユニットへ入力されることを阻止するように前記高周
    波電源ユニットと基板ホルダとの間に設けられたハイパ
    スフィルタを有し、 前記第二のローパスフィルタが、さらに前記高周波電源
    ユニットの出力が前記直流電源へ入力されることを阻止
    し、 前記バンドパスフィルタが、さらに前記高周波電源ユニ
    ットの出力が前記インパルス列電源へ入力されることを
    阻止するように構成された、請求項６に記載のイオンプ
    レーティング成膜装置。
  9. 【請求項９】 内部が真空雰囲気とされる真空チャンバ
    と、該真空チャンバ内に配置され基板を保持するための
    基板ホルダと、前記基板に成膜される膜の原料をプラズ
    マ化させるとともに該プラズマ化した原料を基板上に膜
    として析出させる電力を前記基板ホルダを介して真空チ
    ャンバ内に供給する電力供給ユニットとを有し、 該電力供給ユニットは、所定の負電圧及び出力時間から
    なる負バイアスの部分と、一定時間正電圧をなすパルス
    状の出力であるパルスバイアスの部分とを含んでなるバ
    イアス電圧を、１ｋＨｚ以上１ＧＨｚ以下の範囲で自在
    に設定された周期で出力できるとともに、高周波電力を
    出力することもでき、 前記バイアス電圧の負バイアスの部分にかかる波形と前
    記バイアス電圧のパルスバイアスの部分にかかる波形と
    前記高周波電力の高周波にかかる波形とをファンクショ
    ンジェネレータにより合成し、該ファンクションジェネ
    レータにより合成された波形に基づいてリニアアンプで
    出力を増幅して供給するように構成されたイオンプレー
    ティング成膜装置。
  10. 【請求項１０】 前記真空チャンバ内を６．７×１０-3
    Ｐａ以上６．７×１０-1Ｐａ以下の真空雰囲気とし、所
    定の負電圧及び出力時間からなる負バイアスの部分と一
    定時間正電圧をなすパルス状の出力であるパルスバイア
    スの部分とを含み、前記パルスバイアスの電圧の絶対値
    が前記負バイアスの電圧の絶対値より小さい前記バイア
    ス電圧を１ｋＨｚ以上１ＧＨｚ以下の周期で出力するこ
    とにより予備プラズマを生成させる予備プラズマ生成プ
    ロセスを実行した後に、 膜の原料物質を蒸散させて成膜を行うための成膜プラズ
    マを生成させることができる真空雰囲気とするととも
    に、前記バイアス電圧に加えて前記高周波電力を出力す
    ることにより、前記成膜プラズマを生成させて前記基板
    に成膜を行う成膜プロセスを実行できるように構成され
    た請求項７乃至９のいずれかに記載のイオンプレーティ
    ング成膜装置。
  11. 【請求項１１】 前記成膜プロセスを実行するに際して
    前記高周波電力とともに印加される前記バイアス電圧の
    周期が１０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下とされることを
    特徴とする請求項１０に記載のイオンプレーティング成
    膜装置。
  12. 【請求項１２】 前記真空チャンバ内を６．７×１０-3
    Ｐａ以上６．７×１０-1Ｐａ以下の真空雰囲気とし、所
    定の負電圧及び出力時間からなる負バイアスの部分と一
    定時間正電圧をなすパルス状の出力であるパルスバイア
    スの部分とを含み、前記パルスバイアスの電圧の絶対値
    が前記負バイアスの電圧の絶対値より小さいバイアス電
    圧を１ｋＨｚ以上１ＧＨｚ以下の周期で出力することに
    より予備プラズマを生成させる予備プラズマ生成プロセ
    スを実行した後に、 膜の原料物質を蒸散させて成膜を行うための成膜プラズ
    マを生成させ得る真空雰囲気とするとともに、前記バイ
    アス電圧を１ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下の周期で出力する
    ことにより前記成膜プラズマを生成させて前記基板に成
    膜を行う成膜プロセスを実行できるように構成された請
    求項１乃至６のいずれかに記載のイオンプレーティング
    成膜装置。
  13. 【請求項１３】 基板を保持するための基板ホルダと前
    記基板に形成される膜の原料物質を保持するための蒸発
    源とが配設される真空チャンバの内部を真空雰囲気と
    し、前記基板ホルダを介して前記真空チャンバ内に所定
    の電力を供給してプラズマを生成させて前記基板に成膜
    するイオンプレーティング成膜方法であって、 前記真空チャンバ内を６．７×１０-3Ｐａ以上６．７×
    １０-1Ｐａ以下の真空雰囲気とするとともに、所定の負
    電圧及び出力時間からなる負バイアスの部分と一定時間
    正電圧をなすパルス状の出力であるパルスバイアスの部
    分とを含み、前記パルスバイアスの電圧の絶対値が前記
    負バイアスの電圧の絶対値より小さいバイアス電圧を１
    ｋＨｚ以上１ＧＨｚ以下の周期で印加してプラズマを生
    成させる予備プラズマ生成工程と、 前記真空チャンバ内を前記膜の原料物質を蒸散させて成
    膜を行うための成膜プラズマを生成させることができる
    真空雰囲気とするとともに、前記バイアス電圧に加えて
    高周波電力を印加して前記成膜プラズマを生成させる成
    膜プラズマ生成工程とを含んでなるイオンプレーティン
    グ成膜方法。
  14. 【請求項１４】 前記成膜プラズマ生成工程におけるバ
    イアス電圧の周期が、１０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下
    とされることを特徴とする請求項１３に記載のイオンプ
    レーティング成膜方法。
  15. 【請求項１５】 基板を保持するための基板ホルダと前
    記基板に形成される膜の原料物質を保持するための蒸発
    源とが配設される真空チャンバの内部を真空雰囲気と
    し、前記基板ホルダを介して前記真空チャンバ内に所定
    の電力を供給してプラズマを生成させて前記基板に成膜
    するイオンプレーティング成膜方法であって、 前記真空チャンバ内を６．７×１０-3Ｐａ以上６．７×
    １０-1Ｐａ以下の真空雰囲気とするとともに、所定の負
    電圧及び出力時間からなる負バイアスの部分と一定時間
    正電圧をなすパルス状の出力であるパルスバイアスの部
    分とを含み、前記パルスバイアスの電圧の絶対値が前記
    負バイアスの電圧の絶対値より小さいバイアス電圧を１
    ｋＨｚ以上１ＧＨｚ以下の周期で印加してプラズマを生
    成させる予備プラズマ生成工程と、 前記真空チャンバ内を前記膜の原料物質を蒸散させて成
    膜を行うための成膜プラズマを生成させ得る真空雰囲気
    とするとともに、前記バイアス電圧を１ＭＨｚ以上１Ｇ
    Ｈｚ以下の周期で印加することにより前記成膜プラズマ
    を生成させる成膜プラズマ生成工程とを含んでなる、イ
    オンプレーティング成膜方法。
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