JP3143252B2 - 硬質炭素薄膜形成装置およびその形成方法 - Google Patents
硬質炭素薄膜形成装置およびその形成方法Info
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- JP3143252B2 JP3143252B2 JP05035056A JP3505693A JP3143252B2 JP 3143252 B2 JP3143252 B2 JP 3143252B2 JP 05035056 A JP05035056 A JP 05035056A JP 3505693 A JP3505693 A JP 3505693A JP 3143252 B2 JP3143252 B2 JP 3143252B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学部品、工具等の保
護材料あるいは耐環境性半導体材料として使用される硬
質炭素膜（ダイヤモンド膜、ダイヤモンドライクカーボ
ン（ＤＬＣ）膜を含む。）をプラズマＣＶＤ法により基
板上に形成する硬質炭素膜形成装置およびその形成方法
に関する。
護材料あるいは耐環境性半導体材料として使用される硬
質炭素膜（ダイヤモンド膜、ダイヤモンドライクカーボ
ン（ＤＬＣ）膜を含む。）をプラズマＣＶＤ法により基
板上に形成する硬質炭素膜形成装置およびその形成方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の硬質炭素膜形成装置としては、
特開平３−２５７０９９号公報に開示されたものがあ
る。図５はこの公報に開示された従来のダイヤモンド膜
形成装置を示す断面図である。同図において、符号１で
示すものは基板、２は基板を配置する基板ホルダー兼高
周波電極、３は反応槽、４は反応槽３の終端に設けられ
た排気口、５は原料ガスと添加ガス導入口、６は高周波
電源、７は接地電極である。
特開平３−２５７０９９号公報に開示されたものがあ
る。図５はこの公報に開示された従来のダイヤモンド膜
形成装置を示す断面図である。同図において、符号１で
示すものは基板、２は基板を配置する基板ホルダー兼高
周波電極、３は反応槽、４は反応槽３の終端に設けられ
た排気口、５は原料ガスと添加ガス導入口、６は高周波
電源、７は接地電極である。
【０００３】次に、このように構成された従来のダイヤ
モンド膜形成装置におけるダイヤモンド膜形成方法を説
明する。まず、基板１を反応槽３内の基板加熱が可能な
基板ホルダー兼高周波電極２に設置した後、密閉した反
応槽３内部を排気口４より真空に排気する。配置した基
板１は、基板加熱が可能な基板ホルダー２により処理温
度に加熱される。反応槽３内に炭化水素ガス等の原料ガ
ス、アルゴンやネオン等の希釈ガスおよびＨ2やＳｉＨ4
ガス等の添加ガスをガス導入口５より導入する。原料ガ
ス、希釈ガスおよび添加ガスは、ガス導入口５より排気
口４方向に排気される途中、電極間に印加された電圧に
よりプラズマ分解される。プラズマ中の正イオンは、高
周波電極２とプラズマとの空間に印加される負のシース
電圧により加速され基板１上に衝突するとともに、この
効果により基板１上にダイヤモンド膜が形成される。こ
の後、原料ガスの導入を停止し、減圧排気した後、基板
１を取り出す。
モンド膜形成装置におけるダイヤモンド膜形成方法を説
明する。まず、基板１を反応槽３内の基板加熱が可能な
基板ホルダー兼高周波電極２に設置した後、密閉した反
応槽３内部を排気口４より真空に排気する。配置した基
板１は、基板加熱が可能な基板ホルダー２により処理温
度に加熱される。反応槽３内に炭化水素ガス等の原料ガ
ス、アルゴンやネオン等の希釈ガスおよびＨ2やＳｉＨ4
ガス等の添加ガスをガス導入口５より導入する。原料ガ
ス、希釈ガスおよび添加ガスは、ガス導入口５より排気
口４方向に排気される途中、電極間に印加された電圧に
よりプラズマ分解される。プラズマ中の正イオンは、高
周波電極２とプラズマとの空間に印加される負のシース
電圧により加速され基板１上に衝突するとともに、この
効果により基板１上にダイヤモンド膜が形成される。こ
の後、原料ガスの導入を停止し、減圧排気した後、基板
１を取り出す。
【０００４】硬質炭素膜の形成方法としては、例えば特
開平３−１３１５０９号公報に開示されている。すなわ
ち、プラズマ室内の合計ガス圧は、５〜１００mTorr の
範囲であり、下地へのイオンの衝突エネルギーを、バイ
アス電圧を約１００〜１５００Ｖの範囲内で制御するこ
とで、硬質炭素膜の形成を可能としている。
開平３−１３１５０９号公報に開示されている。すなわ
ち、プラズマ室内の合計ガス圧は、５〜１００mTorr の
範囲であり、下地へのイオンの衝突エネルギーを、バイ
アス電圧を約１００〜１５００Ｖの範囲内で制御するこ
とで、硬質炭素膜の形成を可能としている。
【０００５】また、グラファイト成分を含まない均質な
硬質炭素膜を形成する方法としては、例えば特開昭６２
−１７４３７９号公報に開示されている。この場合、酸
素を反応ガスとして添加することで、グラファイトの生
成を抑制して均質な硬質炭素膜の形成を可能としてい
る。
硬質炭素膜を形成する方法としては、例えば特開昭６２
−１７４３７９号公報に開示されている。この場合、酸
素を反応ガスとして添加することで、グラファイトの生
成を抑制して均質な硬質炭素膜の形成を可能としてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の硬
質炭素膜形成に使用されるプラズマ装置においては、基
板１と材質の異なる硬質炭素膜厚の増大とともに、基板
表面の導電性および印加高周波電圧により生ずる基板表
面電位が変化する。これに応じて、高周波電極２上に配
置した基板１表面のプラズマの状態、プラズマ電位が変
化し、高周波電極２に生じるバイアス電圧が変化する。
この結果、成膜に寄与するイオンおよびそのエネルギー
も変化するため、成膜の開始とともに膜方向の膜質が変
化し均質な膜が得られないといった欠点があった。
質炭素膜形成に使用されるプラズマ装置においては、基
板１と材質の異なる硬質炭素膜厚の増大とともに、基板
表面の導電性および印加高周波電圧により生ずる基板表
面電位が変化する。これに応じて、高周波電極２上に配
置した基板１表面のプラズマの状態、プラズマ電位が変
化し、高周波電極２に生じるバイアス電圧が変化する。
この結果、成膜に寄与するイオンおよびそのエネルギー
も変化するため、成膜の開始とともに膜方向の膜質が変
化し均質な膜が得られないといった欠点があった。
【０００７】したがって、本発明は上記した欠点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、膜質
を均質とする硬質炭素薄膜形成装置およびその製造方法
を提供することにある。
てなされたものであり、その目的とするところは、膜質
を均質とする硬質炭素薄膜形成装置およびその製造方法
を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係る硬質炭素薄膜形成装置は、原料ガスを
プラズマ放電により分解し、反応槽内の電極間の基板上
に硬質炭素膜を堆積させる硬質炭素薄膜形成装置であっ
て、プラズマ放電に必要なバイアス電圧および電力を可
変可能に供給する高周波電源と、この高周波電源のバイ
アス電圧および電力を制御するバイアス電圧制御装置お
よび供給電力制御装置と、電極に生じるバイアス電圧を
計測して前記バイアス電圧制御装置および供給電力制御
装置に計測結果を送出するバイアス電圧計測装置とで構
成される。また、本発明に係る硬質炭素薄膜形成装置
は、硬質炭素膜の膜厚を測定電極に生じるバイアス電圧
を計測して前記バイアス電圧制御装置および供給電力制
御装置に計測結果を送出する膜厚測定装置を備える。ま
た、本発明に係る硬質炭素薄膜形成装置は、電極間で放
電するプラズマ放電の発光強度を測定して前記バイアス
電圧制御装置および供給電力制御装置に測定結果を送出
する発光強度測定装置を備える。また、本発明に係る硬
質炭素薄膜形成装置は、高周波電極側の電流を測定して
前記バイアス電圧制御装置および供給電力制御装置に測
定結果を送出する電流計を備える。
に、本発明に係る硬質炭素薄膜形成装置は、原料ガスを
プラズマ放電により分解し、反応槽内の電極間の基板上
に硬質炭素膜を堆積させる硬質炭素薄膜形成装置であっ
て、プラズマ放電に必要なバイアス電圧および電力を可
変可能に供給する高周波電源と、この高周波電源のバイ
アス電圧および電力を制御するバイアス電圧制御装置お
よび供給電力制御装置と、電極に生じるバイアス電圧を
計測して前記バイアス電圧制御装置および供給電力制御
装置に計測結果を送出するバイアス電圧計測装置とで構
成される。また、本発明に係る硬質炭素薄膜形成装置
は、硬質炭素膜の膜厚を測定電極に生じるバイアス電圧
を計測して前記バイアス電圧制御装置および供給電力制
御装置に計測結果を送出する膜厚測定装置を備える。ま
た、本発明に係る硬質炭素薄膜形成装置は、電極間で放
電するプラズマ放電の発光強度を測定して前記バイアス
電圧制御装置および供給電力制御装置に測定結果を送出
する発光強度測定装置を備える。また、本発明に係る硬
質炭素薄膜形成装置は、高周波電極側の電流を測定して
前記バイアス電圧制御装置および供給電力制御装置に測
定結果を送出する電流計を備える。
【０００９】また、本発明に係る硬質炭素薄膜形成方法
は、硬質炭素薄膜形成中に変動するバイアス電圧を初期
設定値と同一となるようにバイアス電圧制御または供給
電力制御によって補正する。また、本発明に係る硬質炭
素薄膜形成方法は、硬質炭素薄膜形成中に変動する成膜
速度を成膜初期の値と同一となるように、バイアス電圧
制御または供給電力制御によって補正する。また、本発
明に係る硬質炭素薄膜形成方法は、電極間で放電するプ
ラズマの発光強度を成膜初期の値と同一となるように、
バイアス電圧制御または供給電力制御によって補正す
る。また、本発明に係る硬質炭素薄膜形成方法は、高周
波電極側の電流を成膜初期の値と同一となるように、バ
イアス電圧制御または供給電力制御によって補正する。
は、硬質炭素薄膜形成中に変動するバイアス電圧を初期
設定値と同一となるようにバイアス電圧制御または供給
電力制御によって補正する。また、本発明に係る硬質炭
素薄膜形成方法は、硬質炭素薄膜形成中に変動する成膜
速度を成膜初期の値と同一となるように、バイアス電圧
制御または供給電力制御によって補正する。また、本発
明に係る硬質炭素薄膜形成方法は、電極間で放電するプ
ラズマの発光強度を成膜初期の値と同一となるように、
バイアス電圧制御または供給電力制御によって補正す
る。また、本発明に係る硬質炭素薄膜形成方法は、高周
波電極側の電流を成膜初期の値と同一となるように、バ
イアス電圧制御または供給電力制御によって補正する。
【００１０】
【作用】本発明によれば、バイアス電圧を初期設定値と
同一となるようにバイアス電圧制御または供給電力制御
を行うので、硬質炭素薄膜形成時に、高周波電極に生じ
るバイアス電圧が変化せず、一定となる。また、本発明
によれば、硬質炭素薄膜形成中に変動する成膜速度を成
膜初期の値と同一となるように、バイアス電圧制御また
は供給電力制御を行うので、成膜速度が一定となる。ま
た、本発明によれば、電極間で放電するプラズマの発光
強度を成膜初期の値と同一となるように、バイアス電圧
制御または供給電力制御を行うので、プラズマの発光強
度が初期設定値に保持される。また、本発明によれば、
高周波電極側の電流を成膜初期の値と同一となるよう
に、バイアス電圧制御または供給電力制御を行うので、
高周波電極側の電流が初期設定値に保持される。
同一となるようにバイアス電圧制御または供給電力制御
を行うので、硬質炭素薄膜形成時に、高周波電極に生じ
るバイアス電圧が変化せず、一定となる。また、本発明
によれば、硬質炭素薄膜形成中に変動する成膜速度を成
膜初期の値と同一となるように、バイアス電圧制御また
は供給電力制御を行うので、成膜速度が一定となる。ま
た、本発明によれば、電極間で放電するプラズマの発光
強度を成膜初期の値と同一となるように、バイアス電圧
制御または供給電力制御を行うので、プラズマの発光強
度が初期設定値に保持される。また、本発明によれば、
高周波電極側の電流を成膜初期の値と同一となるよう
に、バイアス電圧制御または供給電力制御を行うので、
高周波電極側の電流が初期設定値に保持される。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明に係る硬質炭素薄膜形成装置の構成図
であり、従来技術と同一、または同等の構成については
同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図におい
て、８はバイアス電圧計測装置、９は供給電力制御装
置、１０はバイアス電圧制御装置、１１はバイアス電圧
および供給電力可変型高周波電源である。そして、バイ
アス電圧計測装置８により、成膜中のバイアス電圧がイ
ンプロセスで計測され、測定されたバイアス電圧が初期
設定値と同一となるよう供給電力制御装置９またはバイ
アス電圧制御装置１０を使用して、バイアス電圧および
供給電力可変型高周波電源１１を制御して、高周波電極
２側のバイアス電圧が一定となるよう電極に印加される
供給電力およびバイアス電圧を制御している。
る。図１は本発明に係る硬質炭素薄膜形成装置の構成図
であり、従来技術と同一、または同等の構成については
同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図におい
て、８はバイアス電圧計測装置、９は供給電力制御装
置、１０はバイアス電圧制御装置、１１はバイアス電圧
および供給電力可変型高周波電源である。そして、バイ
アス電圧計測装置８により、成膜中のバイアス電圧がイ
ンプロセスで計測され、測定されたバイアス電圧が初期
設定値と同一となるよう供給電力制御装置９またはバイ
アス電圧制御装置１０を使用して、バイアス電圧および
供給電力可変型高周波電源１１を制御して、高周波電極
２側のバイアス電圧が一定となるよう電極に印加される
供給電力およびバイアス電圧を制御している。
【００１２】次に、このように構成された硬質炭素薄膜
形成装置を使用して、原料ガスとして炭化水素ガスであ
るメタンのみを利用したダイヤモンドライクカーボン
（ＤＬＣ）の膜形成方法を説明する。成膜が進むととも
に、基板１上にＤＬＣ膜が形成されることに応じて基板
１上のプラズマの状態が変化し、これによって、高周波
電極２に生じるバイアス電圧が、設定値から減少変動す
る。この設定値から減少変動したバイアス電圧は、バイ
アス電圧計測装置８により測定され、このバイアス電圧
計測装置８によって計測されたバイアス電圧と初期に設
定したバイアス電圧との差を検出して、バイアス電圧制
御装置１０および供給電力制御装置９によって、高周波
電源１１から供給されるバイアス電圧または電力の制御
が行われる。
形成装置を使用して、原料ガスとして炭化水素ガスであ
るメタンのみを利用したダイヤモンドライクカーボン
（ＤＬＣ）の膜形成方法を説明する。成膜が進むととも
に、基板１上にＤＬＣ膜が形成されることに応じて基板
１上のプラズマの状態が変化し、これによって、高周波
電極２に生じるバイアス電圧が、設定値から減少変動す
る。この設定値から減少変動したバイアス電圧は、バイ
アス電圧計測装置８により測定され、このバイアス電圧
計測装置８によって計測されたバイアス電圧と初期に設
定したバイアス電圧との差を検出して、バイアス電圧制
御装置１０および供給電力制御装置９によって、高周波
電源１１から供給されるバイアス電圧または電力の制御
が行われる。
【００１３】すなわち、ＤＬＣ膜の形成に応じた基板１
上のプラズマの状態の変化の一つである高周波電極のバ
イアス電圧の変化は、電極に印加する供給電力と直流バ
イアス電圧の制御によりなくすことができる。この場
合、標準的な成膜条件である、圧力０．２Torr、供給高
周波電力０．２W／cm2 、 電極側バイアス電圧−１２０
Ｖのもとでは、基板側バイアス電圧を設定値と同一にな
るように供給電力を制御することによりバイアス電圧の
補正が可能である。また、初期設定供給電力の±２０％
の範囲で供給電力を制御しても、初期のバイアス電圧の
設定値に復帰しない場合のみ、バイアス電圧制御装置１
０により直流バイアス電圧を補正する。この結果、形成
されるＤＬＣ膜のバイアス電圧は成膜中常に一定とな
り、膜厚方向に均質な所望のＤＬＣ膜が形成できる。
上のプラズマの状態の変化の一つである高周波電極のバ
イアス電圧の変化は、電極に印加する供給電力と直流バ
イアス電圧の制御によりなくすことができる。この場
合、標準的な成膜条件である、圧力０．２Torr、供給高
周波電力０．２W／cm2 、 電極側バイアス電圧−１２０
Ｖのもとでは、基板側バイアス電圧を設定値と同一にな
るように供給電力を制御することによりバイアス電圧の
補正が可能である。また、初期設定供給電力の±２０％
の範囲で供給電力を制御しても、初期のバイアス電圧の
設定値に復帰しない場合のみ、バイアス電圧制御装置１
０により直流バイアス電圧を補正する。この結果、形成
されるＤＬＣ膜のバイアス電圧は成膜中常に一定とな
り、膜厚方向に均質な所望のＤＬＣ膜が形成できる。
【００１４】図２は本発明第２の実施例を示す構成図で
ある。同図において、９は供給電力制御装置、１０はバ
イアス電圧制御装置、１１はバイアス電圧および供給電
力可変型高周波電源、１２は膜厚測定装置である。そし
て、膜厚測定装置１２により、成膜中の膜厚がインプロ
セスで計測され、測定された成膜速度が初期設定値と同
一となるよう供給電力制御装置９またはバイアス電圧制
御装置１０を使用して、バイアス電圧および供給電力可
変型高周波電源１１を制御して、設定膜厚と同一になる
ように電極に印加される供給電力およびバイアス電圧を
制御している。
ある。同図において、９は供給電力制御装置、１０はバ
イアス電圧制御装置、１１はバイアス電圧および供給電
力可変型高周波電源、１２は膜厚測定装置である。そし
て、膜厚測定装置１２により、成膜中の膜厚がインプロ
セスで計測され、測定された成膜速度が初期設定値と同
一となるよう供給電力制御装置９またはバイアス電圧制
御装置１０を使用して、バイアス電圧および供給電力可
変型高周波電源１１を制御して、設定膜厚と同一になる
ように電極に印加される供給電力およびバイアス電圧を
制御している。
【００１５】次に、このように構成された硬質炭素薄膜
形成装置を使用して、原料ガスとして炭化水素ガスであ
るメタンのみを利用したダイヤモンドライクカーボン
（ＤＬＣ）の膜形成方法を説明する。成膜が進むととも
に、基板１上にＤＬＣ膜が形成されることに応じて基板
１上のプラズマの状態が変化し、これによって、成膜速
度が、初期値から減少変動する。この初期値から減少変
動した成膜速度は、膜厚測定装置１２により測定され、
この膜厚測定装置１２によって計測された成膜速度と初
期の成膜速度との差を検出して、バイアス電圧制御装置
１０および供給電力制御装置９によって、高周波電源１
１から供給されるバイアス電圧または電力の制御が行わ
れる。
形成装置を使用して、原料ガスとして炭化水素ガスであ
るメタンのみを利用したダイヤモンドライクカーボン
（ＤＬＣ）の膜形成方法を説明する。成膜が進むととも
に、基板１上にＤＬＣ膜が形成されることに応じて基板
１上のプラズマの状態が変化し、これによって、成膜速
度が、初期値から減少変動する。この初期値から減少変
動した成膜速度は、膜厚測定装置１２により測定され、
この膜厚測定装置１２によって計測された成膜速度と初
期の成膜速度との差を検出して、バイアス電圧制御装置
１０および供給電力制御装置９によって、高周波電源１
１から供給されるバイアス電圧または電力の制御が行わ
れる。
【００１６】すなわち、ＤＬＣ膜の形成に応じた基板１
上のプラズマの状態の変化の一つである基板側電極のバ
イアス電圧の減少変動は、そのバイアス電圧の変化に応
じた成膜速度の減少を計測することにより推定すること
ができる。したがって、バイアス電圧の減少は、成膜速
度が変化しないように電極に印加される供給電力とバイ
アス電圧を制御することによりなくすことができる。こ
の場合、標準的な成膜条件である、圧力０．２Torr、供
給高周波電力０．２W／cm2 、 電極側バイアス電圧−１
２０Ｖ、設定成膜速度１０nm／min のもとでは、成膜速
度を設定値と同一になるよう供給電力を制御することが
可能である。また、初期設定供給電力の±２０％の範囲
で供給電力を制御しても、もとの成膜速度を設定値に復
帰しない場合のみ、バイアス電圧制御装置１０により直
流バイアス電圧を補う。この結果、形成されるＤＬＣ膜
の堆積速度は成膜中常に一定となり、膜厚方向に均質な
所望のＤＬＣ膜が形成できる。
上のプラズマの状態の変化の一つである基板側電極のバ
イアス電圧の減少変動は、そのバイアス電圧の変化に応
じた成膜速度の減少を計測することにより推定すること
ができる。したがって、バイアス電圧の減少は、成膜速
度が変化しないように電極に印加される供給電力とバイ
アス電圧を制御することによりなくすことができる。こ
の場合、標準的な成膜条件である、圧力０．２Torr、供
給高周波電力０．２W／cm2 、 電極側バイアス電圧−１
２０Ｖ、設定成膜速度１０nm／min のもとでは、成膜速
度を設定値と同一になるよう供給電力を制御することが
可能である。また、初期設定供給電力の±２０％の範囲
で供給電力を制御しても、もとの成膜速度を設定値に復
帰しない場合のみ、バイアス電圧制御装置１０により直
流バイアス電圧を補う。この結果、形成されるＤＬＣ膜
の堆積速度は成膜中常に一定となり、膜厚方向に均質な
所望のＤＬＣ膜が形成できる。
【００１７】図３は本発明の第３の実施例を示す構成図
である。同図において、９は供給電力制御装置、１０は
バイアス電圧制御装置、１１はバイアス電圧および供給
電力可変型高周波電源、１３は発光強度測定装置であ
る。そして、上述した実施例２では、ＤＬＣ膜の形成に
応じた基板側電極のバイアス電圧の変化に応じた成膜速
度の変化を計測し、その変化がなくなるよう供給電力制
御装置９またはバイアス電圧制御装置１０を利用したの
に対し、本実施例では、電極間で発生するプラズマの発
光強度を発光強度測定装置１３により計測し、その変化
がゼロとなるよう両者を制御する方法となっており、同
様の効果が期待できる。
である。同図において、９は供給電力制御装置、１０は
バイアス電圧制御装置、１１はバイアス電圧および供給
電力可変型高周波電源、１３は発光強度測定装置であ
る。そして、上述した実施例２では、ＤＬＣ膜の形成に
応じた基板側電極のバイアス電圧の変化に応じた成膜速
度の変化を計測し、その変化がなくなるよう供給電力制
御装置９またはバイアス電圧制御装置１０を利用したの
に対し、本実施例では、電極間で発生するプラズマの発
光強度を発光強度測定装置１３により計測し、その変化
がゼロとなるよう両者を制御する方法となっており、同
様の効果が期待できる。
【００１８】次に、このように構成された硬質炭素薄膜
形成装置を使用して、原料ガスとして炭化水素ガスであ
るメタンのみを利用したダイヤモンドライクカーボン
（ＤＬＣ）の膜形成方法を説明する。成膜が進むととも
に、基板１上にＤＬＣ膜が形成されることに応じて基板
１上のプラズマの状態が変化し、これによって、プラズ
マの発光強度が、初期値から減少変動する。この初期値
から減少変動した発光強度は、発光強度測定装置１３に
より測定され、この発光強度測定装置１３によって計測
された発光強度と初期の発光強度との差を検出して、バ
イアス電圧制御装置１０および供給電力制御装置９によ
って、高周波電源１１から供給されるバイアス電圧また
は電力の制御が行われる。
形成装置を使用して、原料ガスとして炭化水素ガスであ
るメタンのみを利用したダイヤモンドライクカーボン
（ＤＬＣ）の膜形成方法を説明する。成膜が進むととも
に、基板１上にＤＬＣ膜が形成されることに応じて基板
１上のプラズマの状態が変化し、これによって、プラズ
マの発光強度が、初期値から減少変動する。この初期値
から減少変動した発光強度は、発光強度測定装置１３に
より測定され、この発光強度測定装置１３によって計測
された発光強度と初期の発光強度との差を検出して、バ
イアス電圧制御装置１０および供給電力制御装置９によ
って、高周波電源１１から供給されるバイアス電圧また
は電力の制御が行われる。
【００１９】すなわち、ＤＬＣ膜の形成に応じた基板側
電極のバイアス電圧の減少とそれに応じた発光強度の減
少は、電極に印加される供給電力とバイアス電圧の制御
によりなくすことができる。この場合、標準的な成膜条
件である、圧力０．２Torr、供給高周波電力０．２W／c
m2 、 電極側バイアス電圧−１２０Ｖのもとでは、電極
間の発光強度を設定値と同一になるよう供給電力を制御
することが可能である。また、初期設定供給電力の±２
０％の範囲で供給電力を制御しても、もとの発光強度の
設定値に復帰しない場合のみ、バイアス電圧制御装置に
より直流バイアス電圧を補う。この結果、電極間で放電
するプラズマの発光強度は成膜中常に一定となり、膜厚
方向に均質な所望のＤＬＣ膜が形成できる。
電極のバイアス電圧の減少とそれに応じた発光強度の減
少は、電極に印加される供給電力とバイアス電圧の制御
によりなくすことができる。この場合、標準的な成膜条
件である、圧力０．２Torr、供給高周波電力０．２W／c
m2 、 電極側バイアス電圧−１２０Ｖのもとでは、電極
間の発光強度を設定値と同一になるよう供給電力を制御
することが可能である。また、初期設定供給電力の±２
０％の範囲で供給電力を制御しても、もとの発光強度の
設定値に復帰しない場合のみ、バイアス電圧制御装置に
より直流バイアス電圧を補う。この結果、電極間で放電
するプラズマの発光強度は成膜中常に一定となり、膜厚
方向に均質な所望のＤＬＣ膜が形成できる。
【００２０】図４は本発明の第４の実施例を示す構成図
である。同図において、９は供給電力制御装置、１０は
バイアス電圧制御装置、１１はバイアス電圧および供給
電力可変型高周波電源、１４は高周波電極側にとりつけ
た電流計である。そして、上述した実施例２では、ＤＬ
Ｃ膜の形成に応じた基板側電極のバイアス電圧の変化に
応じた成膜速度の変化を計測し、その変化がなくなるよ
う供給電力制御装置９またはバイアス電圧制御装置１０
を利用したのに対し、本実施例では、高周波電極に衝突
するイオン、電子の量に応じて変化する電流を電流計１
４により計測し、その変化がゼロとなるよう両者を制御
する方法となっており、同様の効果が期待できる。
である。同図において、９は供給電力制御装置、１０は
バイアス電圧制御装置、１１はバイアス電圧および供給
電力可変型高周波電源、１４は高周波電極側にとりつけ
た電流計である。そして、上述した実施例２では、ＤＬ
Ｃ膜の形成に応じた基板側電極のバイアス電圧の変化に
応じた成膜速度の変化を計測し、その変化がなくなるよ
う供給電力制御装置９またはバイアス電圧制御装置１０
を利用したのに対し、本実施例では、高周波電極に衝突
するイオン、電子の量に応じて変化する電流を電流計１
４により計測し、その変化がゼロとなるよう両者を制御
する方法となっており、同様の効果が期待できる。
【００２１】次に、このように構成された硬質炭素薄膜
形成装置を使用して、原料ガスとして炭化水素ガスであ
るメタンのみを利用したダイヤモンドライクカーボン
（ＤＬＣ）の膜形成方法を説明する。成膜が進むととも
に、基板１上にＤＬＣ膜が形成されることに応じて基板
１上のプラズマの状態が変化し、これによって、電流計
１４によって測定される電流値が、初期値から減少変動
する。この電流値の差を検出して、バイアス電圧制御装
置１０および供給電力制御装置９によって、高周波電源
１１から供給されるバイアス電圧または電力の制御が行
われる。
形成装置を使用して、原料ガスとして炭化水素ガスであ
るメタンのみを利用したダイヤモンドライクカーボン
（ＤＬＣ）の膜形成方法を説明する。成膜が進むととも
に、基板１上にＤＬＣ膜が形成されることに応じて基板
１上のプラズマの状態が変化し、これによって、電流計
１４によって測定される電流値が、初期値から減少変動
する。この電流値の差を検出して、バイアス電圧制御装
置１０および供給電力制御装置９によって、高周波電源
１１から供給されるバイアス電圧または電力の制御が行
われる。
【００２２】すなわち、ＤＬＣ膜の形成に応じた高周波
電極に流れる電流の減少は、電極に印加される供給電力
とバイアス電圧の制御によりなくすることができる。こ
の場合、標準的な成膜条件である、圧力０．２Torr、供
給高周波電力０．２W／cm2 、電極側バイアス電圧−１２
０Ｖのもとでは、高周波電極に流れる電流を設定値（お
よそ電極面積７８．５cm2 の場合およそ数１００mA）と
同一になるよう供給電力を制御することが可能である。
また、初期設定供給電力の±２０％の範囲で供給電力を
制御しても、もとの電流設定値に復帰しない場合のみ、
バイアス電圧制御装置により直流バイアス電圧を補う。
この結果、高周波電極に流れる電流は成膜中常に一定と
なり、膜厚方向に均質な所望のＤＬＣ膜が形成できる。
電極に流れる電流の減少は、電極に印加される供給電力
とバイアス電圧の制御によりなくすることができる。こ
の場合、標準的な成膜条件である、圧力０．２Torr、供
給高周波電力０．２W／cm2 、電極側バイアス電圧−１２
０Ｖのもとでは、高周波電極に流れる電流を設定値（お
よそ電極面積７８．５cm2 の場合およそ数１００mA）と
同一になるよう供給電力を制御することが可能である。
また、初期設定供給電力の±２０％の範囲で供給電力を
制御しても、もとの電流設定値に復帰しない場合のみ、
バイアス電圧制御装置により直流バイアス電圧を補う。
この結果、高周波電極に流れる電流は成膜中常に一定と
なり、膜厚方向に均質な所望のＤＬＣ膜が形成できる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、バ
イアス電圧を初期設定値と同一となるように、または、
硬質炭素薄膜形成中に変動する成膜速度を成膜初期の値
と同一となるように、または、電極間で放電するプラズ
マの発光強度を成膜初期の値と同一となるように、また
は、高周波電極側の電流を成膜初期の値と同一となるよ
うに、バイアス電圧制御または供給電力制御を行うの
で、硬質炭素膜形成時に、プラズマの状態、プラズマ電
位、高周波電極に生じるバイアス電位等がほとんど変化
することがなく、この結果、イオンの割合およびそのエ
ネルギーも、成膜中を通して一定に保持されるため、膜
方向の膜質が変化せず均質な膜を得ることが可能とな
る。また、硬質炭素膜形成時に、Ｏ2 を添加することを
せずに、グラファイト等の軟質炭素成分を含むこともな
く、膜方向に同一の膜質を持つ硬質炭素膜を安定に形成
することを可能とする。
イアス電圧を初期設定値と同一となるように、または、
硬質炭素薄膜形成中に変動する成膜速度を成膜初期の値
と同一となるように、または、電極間で放電するプラズ
マの発光強度を成膜初期の値と同一となるように、また
は、高周波電極側の電流を成膜初期の値と同一となるよ
うに、バイアス電圧制御または供給電力制御を行うの
で、硬質炭素膜形成時に、プラズマの状態、プラズマ電
位、高周波電極に生じるバイアス電位等がほとんど変化
することがなく、この結果、イオンの割合およびそのエ
ネルギーも、成膜中を通して一定に保持されるため、膜
方向の膜質が変化せず均質な膜を得ることが可能とな
る。また、硬質炭素膜形成時に、Ｏ2 を添加することを
せずに、グラファイト等の軟質炭素成分を含むこともな
く、膜方向に同一の膜質を持つ硬質炭素膜を安定に形成
することを可能とする。
【図１】本発明に係る硬質炭素薄膜形成装置の構成図で
ある。
ある。
【図２】本発明に係る硬質炭素薄膜形成装置の第２の実
施例の構成図である。
施例の構成図である。
【図３】本発明に係る硬質炭素薄膜形成装置の第３の実
施例の構成図である。
施例の構成図である。
【図４】本発明に係る硬質炭素薄膜形成装置の第４の実
施例の構成図である。
施例の構成図である。
【図５】従来の硬質炭素薄膜形成装置の構成図である。
１ 基板 ２ 基板ホルダー兼高周波電極 ３ 反応槽 ４ 排気口 ５ ガス導入口 ７ 接地電極 ８ バイアス電圧計測装置 ９ 供給電力制御装置 １０ バイアス電圧制御装置 １１ バイアス電圧および供給電力可変型高周波電源 １２ 膜厚測定装置 １３ 発光強度測定装置 １４ 電流計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−41672（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−33239（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 29/04 C23C 16/26 - 16/27 C30B 25/02 H01L 21/205 H01L 21/3065 H05H 1/46
Claims (8)
- 【請求項１】 原料ガスをプラズマ放電により分解し、
反応槽内の電極間の基板上に硬質炭素膜を堆積させる硬
質炭素薄膜形成装置において、プラズマ放電に必要なバ
イアス電圧および電力を可変可能に供給する高周波電源
と、この高周波電源のバイアス電圧および電力を制御す
るバイアス電圧制御装置および供給電力制御装置と、電
極に生じるバイアス電圧を計測して前記バイアス電圧制
御装置および供給電力制御装置に計測結果を送出するバ
イアス電圧計測装置とで構成されたことを特徴とする硬
質炭素薄膜形成装置。 - 【請求項２】 原料ガスをプラズマ放電により分解し、
反応槽内の電極間の基板上に硬質炭素膜を堆積させる硬
質炭素薄膜形成方法において、硬質炭素薄膜形成中に変
動するバイアス電圧を初期設定値と同一となるようにバ
イアス電圧制御または供給電力制御によって補正したこ
とを特徴とする硬質炭素薄膜形成方法。 - 【請求項３】 原料ガスをプラズマ放電により分解し、
反応槽内の電極間の基板上に硬質炭素膜を堆積させる硬
質炭素薄膜形成装置において、プラズマ放電に必要なバ
イアス電圧および電力を可変可能に供給する高周波電源
と、この高周波電源のバイアス電圧および電力を制御す
るバイアス電圧制御装置および供給電力制御装置と、硬
質炭素膜の膜厚を計測して前記バイアス電圧制御装置お
よび供給電力制御装置に計測結果を送出する膜厚測定装
置とで構成されたことを特徴とする硬質炭素薄膜形成装
置。 - 【請求項４】 原料ガスをプラズマ放電により分解し、
反応槽内の電極間の基板上に硬質炭素膜を堆積させる硬
質炭素薄膜形成方法において、硬質炭素薄膜形成中に変
動する成膜速度を成膜初期の値と同一となるように、バ
イアス電圧制御または供給電力制御によって補正したこ
とを特徴とする硬質炭素薄膜形成方法。 - 【請求項５】 原料ガスをプラズマ放電により分解し、
反応槽内の電極間の基板上に硬質炭素膜を堆積させる硬
質炭素薄膜形成装置において、プラズマ放電に必要なバ
イアス電圧および電力を可変可能に供給する高周波電源
と、この高周波電源のバイアス電圧および電力を制御す
るバイアス電圧制御装置および供給電力制御装置と、電
極間で放電するプラズマ放電の発光強度を測定して前記
バイアス電圧制御装置および供給電力制御装置に測定結
果を送出する発光強度測定装置とで構成されたことを特
徴とする硬質炭素薄膜形成装置。 - 【請求項６】 原料ガスをプラズマ放電により分解し、
反応槽内の電極間の基板上に硬質炭素膜を堆積させる硬
質炭素薄膜形成方法において、電極間で放電するプラズ
マの発光強度を成膜初期の値と同一となるように、バイ
アス電圧制御または供給電力制御によって、補正したこ
とを特徴とする硬質炭素薄膜形成方法。 - 【請求項７】 原料ガスをプラズマ放電により分解し、
反応槽内の電極間の基板上に硬質炭素膜を堆積させる硬
質炭素薄膜形成装置において、プラズマ放電に必要なバ
イアス電圧および電力を可変可能に供給する高周波電源
と、この高周波電源のバイアス電圧および電力を制御す
るバイアス電圧制御装置および供給電力制御装置と、高
周波電極側の電流を測定して前記バイアス電圧制御装置
および供給電力制御装置に測定結果を送出する電流計と
で構成されたことを特徴とする硬質炭素薄膜形成装置。 - 【請求項８】 原料ガスをプラズマ放電により分解し、
反応槽内の電極間の基板上に硬質炭素膜を堆積させる硬
質炭素薄膜形成方法において、高周波電極側の電流を成
膜初期の値と同一となるように、バイアス電圧制御また
は供給電力制御によって補正したことを特徴とする硬質
炭素薄膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05035056A JP3143252B2 (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | 硬質炭素薄膜形成装置およびその形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05035056A JP3143252B2 (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | 硬質炭素薄膜形成装置およびその形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06247791A JPH06247791A (ja) | 1994-09-06 |
| JP3143252B2 true JP3143252B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=12431382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05035056A Expired - Fee Related JP3143252B2 (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | 硬質炭素薄膜形成装置およびその形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3143252B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP3409032B2 (ja) | 1998-05-08 | 2003-05-19 | 三菱電機株式会社 | 放電表面処理用の電源装置 |
| KR100626351B1 (ko) * | 1999-07-12 | 2006-09-20 | 삼성전자주식회사 | 고주파 전력 공급 장치 |
| UA81614C2 (ru) * | 2001-11-07 | 2008-01-25 | Карнеги Инститьюшн Ов Вашингтон | Устройство для изготовления алмазов, узел удержания образца (варианты) и способ изготовления алмазов (варианты) |
| JP5792986B2 (ja) * | 2011-04-21 | 2015-10-14 | 神港精機株式会社 | 表面処理装置および表面処理方法 |
| WO2019003259A1 (ja) * | 2017-06-26 | 2019-01-03 | 株式会社Ｆｕｊｉ | プラズマ処理機 |
-
1993
- 1993-02-24 JP JP05035056A patent/JP3143252B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH06247791A (ja) | 1994-09-06 |
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