JP3329117B2

JP3329117B2 - イオンプレーティング法及び装置

Info

Publication number: JP3329117B2
Application number: JP01495895A
Authority: JP
Inventors: 孝浩中東; 陽土居
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1995-02-01
Filing date: 1995-02-01
Publication date: 2002-09-30
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JPH08209339A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、いわゆるエンジニアリ
ングコーティングや半導体デバイスの製造における膜形
成等に用いるイオンプレーティング方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来用いられてきたイオンプレーティン
グ装置の一例として図９に示す装置を挙げることができ
る。この装置は、高周波放電により得られるプラズマを
用いて蒸着粒子をイオン化するタイプのもので、チャン
バ１を有し、チャンバ１内の対向する位置に被成膜基体
Ｓ７を支持する支持ホルダ２及び蒸発源３が設置されて
いる。ホルダ２には、被成膜基体Ｓ７を所定の成膜温度
に維持するためのヒータ２１が付設され、またホルダ２
は接地されている。ホルダ２と蒸発源３との間には高周
波電力供給用のアンテナ４が配置してあり、このアンテ
ナ４にはマッチングボックス４１を介して高周波電源４
２が接続されている。また、チャンバ１にはプラズマ原
料ガス供給部５が付設されて、プラズマ原料ガスをチャ
ンバ１内のアンテナ４と蒸発源３との中間位置に導入で
きるようになっている。プラズマ原料ガス供給部５はマ
スフローコントローラ５１１、５１２・・・及び開閉弁
５２１、５２２・・・を介して接続された１又は２以上
のプラズマ原料ガスのガス源５３１、５３２・・・から
なっている。さらにチャンバ１内には弁部６１を介して
排気ポンプ６２が接続された排気装置６が付設されて、
チャンバ１内を所定の真空度にすることができる。

【０００３】このイオンプレーティング装置によると、
チャンバ１内の被成膜基体支持ホルダ２に被成膜基体Ｓ
７が支持された後、チャンバ１内が排気装置６の運転に
より所定の真空度とされる。基体Ｓ７はヒータ２１によ
りホルダ２を加熱することで所定の成膜温度に維持され
る。次いでプラズマ原料ガス供給部５からプラズマ原料
ガスが、チャンバ１内に導入されると共に、高周波電源
４２によりマッチングボックス４１を介してアンテナ４
に高周波電力が印加され、前記導入されたプラズマ原料
ガスがプラズマ化される。一方、蒸発源３から目的とす
る膜の構成原子を含む蒸着物質３ａがホルダ２に支持さ
れた被成膜基体Ｓ５に向けて真空蒸着される。蒸着粒子
は前記発生したプラズマ中のラジカルや電子と衝突して
一部がイオン化され、イオン化した粒子や中性の蒸着粒
子等が被成膜基体Ｓ７上に堆積して膜が形成される。

【０００４】プラズマ原料ガスとしてアルゴン（Ａｒ）
ガス等の不活性ガスを用いると、蒸着物質３ａの構成原
子からなる膜が形成され、プラズマ原料ガスとして、例
えば酸素（Ｏ₂）ガス、窒素（Ｎ₂）ガス、メタン（Ｃ
Ｈ₄）ガス等反応性のガスを用いると、このガスの構成
原子と蒸着物質の構成原子からなる化合物膜が形成され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなイオンプレーティング法及び装置によると、通常１
×１０^-4Ｔｏｒｒ程度の低圧下でプラズマを発生させる
ため、また、プラズマＣＶＤのようにほぼ同サイズの高
周波電極と接地電極の間に高周波電力を印加するのでは
なく、アンテナと接地されたチャンバとの間に高周波電
力を印加するためプラズマを発生（点灯）させ難い。さ
らに、被成膜基体に到達する蒸着粒子の運動エネルギは
たかだか熱速度の大きさであり、且つ、その運動エネル
ギを制御することができないため、被成膜基体の温度を
変えることで形成される膜の結晶性や基体との密着性等
の制御を行っており、成膜中の基体温度を低くすること
が難しかった。

【０００６】そこで本発明は、所定真空下で真空蒸着と
高周波放電によるプラズマ生成を組み合わせて基体上に
膜形成するイオンプレーティング法及び装置であり、プ
ラズマ生成のために高周波電力がアンテナに印加される
イオンプレーティング法及び装置であって、低圧下で高
周波電力がアンテナに印加されるにもかかわらずプラズ
マの発生が容易で、高密度のプラズマを生成させること
ができ、しかも、被成膜基体を比較的低温に保って成膜
を行うことができるイオンプレーティング法及び装置を
提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者は前記課
題を解決するため研究を重ねたところ、プラズマ原料ガ
スのプラズマ化を変調した高周波電力を印加することで
行えば、プラズマの発生が容易で、しかも高密度のプラ
ズマを生成することができることを見出した。また、変
調を施さない場合に比べて低い基体温度で同じ成膜速度
が得られることを見出した。

【０００８】前記知見に基づき本発明は、排気装置と、
プラズマ原料ガス供給手段と、プラズマ生成のための高
周波電力供給アンテナを含む高周波電力供給手段とが付
設されたチャンバ内に、前記アンテナを間にして互いに
対向する位置に被成膜基体支持手段と蒸発源とを備えた
成膜装置を用い、前記チャンバ内の支持手段に被成膜基
体を支持させ、前記排気装置により前記チャンバ内を所
定真空度とし、前記プラズマ原料ガス供給手段により前
記チャンバ内にプラズマ原料ガスを導入して、前記高周
波電力供給手段により基本高周波電力に所定の変調を重
畳した状態の高周波電力を印加して該ガスをプラズマ化
するとともに、前記蒸発源から前記支持手段に支持され
た被成膜基体に向けて物質蒸着することで該基体に膜形
成するイオンプレーティング法を提供する。

【０００９】また前記知見に基づき本発明は、内部で成
膜を行うチャンバと、該チャンバ内の対向する位置に設
けられた被成膜基体支持手段及び蒸発源と、該チャンバ
に対し設けられた排気装置、プラズマ原料ガス供給手段
及びプラズマを生成させるための高周波電力供給手段と
を備え、前記高周波電力供給手段は、前記チャンバ内に
おいて前記被成膜基体支持手段と前記蒸発源の間に配置
された高周波電力供給アンテナを含み、基本高周波電力
に所定の変調を重畳した状態の高周波電力を印加できる
高周波電力供給手段であるイオンプレーティング装置を
提供する。

【００１０】前記方法及び装置において、高周波電力供
給手段とは、成膜を行うチャンバ内にあって高周波電力
が印加される電極やチャンバ外に備えられた電源等を含
む、プラズマ生成のための高周波電力の供給に供される
手段である。高周波電力が印加される電極はアンテナ
（高周波電力供給アンテナ）であり、このアンテナはチ
ャンバ内において被成膜基体支持手段と蒸発源の間に配
置されており、換言すれば、アンテナを間にして被成膜
基体支持手段と蒸発源が互いに対向している。前記方法
及び装置における蒸発源は、電子ビーム、抵抗、レー
ザ、高周波等の手段で物質を蒸発させるものが考えら
れ、その他イオンビーム、マグネトロン、高周波等の手
段でターゲットをスパッタすることで支持手段に支持さ
れた被成膜基体に向けて物質蒸着するものであってもよ
い。

【００１１】前記方法及び装置において基本高周波電力
に重畳される変調としては、代表的には振幅変調が考え
られる。本発明方法及び装置において用いることができ
るプラズマ原料ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、
ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプト
ン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の不活性ガス
や水素ガス、酸素（Ｏ ₂）ガス、窒素（Ｎ₂）ガス、メ
タン（ＣＨ₄）ガス、エタン（Ｃ₂Ｈ₆）ガス等の活性
ガスを挙げることができる。例えば前記不活性ガスを用
いるときには蒸着物質の構成原子からなる膜が形成さ
れ、前記活性ガスを用いるときにはこのガスの構成原子
と蒸着物質の構成原子からなる化合物膜が形成される。
蒸着物質、プラズマ原料ガス及びこれらにより形成され
る膜の組み合わせとしては表１に示す組み合わせを例示
することができる。

【００１２】

【表１】

【００１３】また特に、前記原料ガスのプラズマ化を、
基本高周波電力に該基本高周波電力の周波数の１／１０
以下の周波数で第１の振幅変調を重畳した状態の高周波
電力の印加により行うことが考えられる。これは、第１
の振幅変調周波数が基本高周波電力の周波数の１／１０
より大きいとインピーダンスの整合をとり難く、高周波
電力供給手段により所定の電力を供給し難いからであ
る。

【００１４】また、前記方法及び装置において、前記原
料ガスのプラズマ化を、基本高周波電力に変調を施し
（代表的には該基本高周波電力の周波数の１／１０以下
の周波数の振幅変調）、該変調周波数の１／１００以上
１００倍未満程度の周波数でさらに第２の振幅変調を重
畳した状態の高周波電力の印加により行うことが考えら
れる。

【００１５】振幅変調（第１の振幅変調、或いは第１及
び第２の振幅変調）は、プラズマの発生（点灯）を容易
にし、且つ、その後のプラズマ密度を大きくするうえで
有利であり、特にかかる振幅変調は電力印加のオンオフ
を伴うこと（換言すればパルス状に変調すること）が望
ましいと考えられる。なお、前記基本高周波電力として
は普通には連続するサイン波、パルス波、三角形波等に
よる高周波電力が考えられる。

【００１６】また、本発明における振幅変調は、電力印
加時のピークツーピーク電力が、電力印加時において常
に厳密に一定でなくてもよく、電力印加の立ち上がりや
立ち下がりにおいて小さくなってもよいが、代表的には
電力印加時において実質上一定と見なし得るようにパル
ス状に行うことが考えられる。また、変調を施したガス
プラズマ化用の高周波電力は、代表的には、その原形を
任意の高周波信号を発生させ得る高周波信号発生器（フ
ァンクションジエネレータ）により作り、これをＲＦア
ンプで増幅して得ることが考えられるが、基本高周波電
力を生成し、これに第１の変調を施したり、さらには第
２の変調を施したりして順次操作により得ること等も考
えられる。第１の変調のみを重畳する場合は、電源とし
てこのような高周波電力を供給可能な高周波電源を用い
ることができる。

【００１７】また、本発明方法及び装置において、被成
膜基体支持手段に直流バイアスを印加しながら成膜を行
うことが考えられる。この直流バイアス印加により、プ
ラズマ中のイオン、イオン化した蒸着粒子、電子等が加
速されて被成膜基体上へ照射されるため、形成される膜
の基体との密着性が向上したり、結晶性が高く緻密な膜
が形成されたりする等の効果が見込める。

【００１８】また、本発明方法及び装置において、被成
膜基体支持手段に交流バイアスを印加しながら成膜を行
うことが考えられる。これにより、交流バイアス印加時
の条件を適宜設定することで、該基体に入射するイオ
ン、電子等のエネルギを制御でき、ひいては膜質を制御
することができる。なお、特に電気絶縁性材料からなる
被成膜基体上に膜形成する場合は、このように被成膜基
体支持手段に交流バイアスを印加しながら成膜を行うこ
とが考えられる。

【００１９】さらに、前記交流バイアスを、所定周波数
の基本高周波バイアスに変調を重畳した状態の高周波バ
イアスとすることが考えられ、変調条件を適宜選ぶこと
で、前記被成膜基体支持手段への交流バイアス印加のオ
ンオフと同様の効果を容易に得ることができ、それによ
っても膜質のコントロール等を行うことができる。

【００２０】

【作用】本発明によると、所定真空下で真空蒸着と高周
波放電によるプラズマ生成を組み合わせて被成膜基体上
に膜形成するイオンプレーティング法及び装置におい
て、変調を施した状態の高周波電力を印加することでプ
ラズマ原料ガスを分解する。これにより、プラズマ中の
電子・イオンの温度が成膜に必要なラジカルを多く生成
するように制御されて、低圧下で高周波電力をアンテナ
に供給するにもかかわらずプラズマの発生（点灯）が容
易になるとともに、プラズマ密度が高くなり、その結
果、成膜速度が向上する。

【００２１】さらにこれにより、従来のプラズマ原料ガ
スのプラズマ化を変調を施さない高周波電力の印加によ
り行う場合のように成膜中の基体温度を高く保つことに
より膜質の向上を図る必要がないため、基体温度を低く
保って成膜を行うことができる。また、このような振幅
変調による高速電子のハイエネルギテイルの作用で良質
の膜が形成される。なおここにいうハイエネルギテイル
とは、図７に示す高周波電力印加状態に関連する電子温
度・時間の関係を示すグラフにおける曲線ａ中、テイル
部分ｂの状態をさしている。

【００２２】前記の第１の変調に第２の変調（振幅変
調）を重畳させるときは、成膜速度が一層向上し、膜質
も一層向上する。これは第２の振幅変調により電子温度
が高く維持され、それだけガス分解が一層促進されるか
らであると考えられる。また、本発明のイオンプレーテ
ィング法及び装置において、被成膜基体支持手段に直流
バイアスを印加しながら被成膜基体に成膜を行うときに
は、プラズマ中の電子、イオン、イオン化した蒸着粒子
等が加速されて該基体上に照射され、その結果、該基体
表面のスパッタ洗浄や基体と膜との界面での混合層形成
等により膜密着性が向上したり、結晶性が高く緻密な膜
が形成されたりする。

【００２３】また、前記成膜基体支持手段に交流バイア
スを印加しながら被成膜基体に成膜を行うときには、交
流バイアスの条件を適宜設定することで該基体に入射す
るイオン・電子等のエネルギを制御でき、ひいては膜質
を制御することができる。さらに、前記の被成膜基体支
持手段に印加される交流バイアスを所定周波数の基本高
周波バイアスに変調を重畳した状態の高周波バイアスと
するときには、変調条件を適宜設定することで、前記交
流バイアス印加のオンオフと同様の効果を容易に得るこ
とができ、それによっても膜質のコントロール等を行う
ことができる。

【００２４】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１は本発明のイオンプレーティング装置の１例の
概略構成を示している。この装置は、図９に示す従来装
置において高周波電源４２に代えて高周波電力発生装置
４３を採用し、プラズマ原料ガス供給部５に代えて、被
成膜基体Ｓ１とアンテナ４の中間位置にガスを導入でき
るガス供給部７ａ及びアンテナ４と蒸着源３の中間位置
にガスを導入できるガス供給部７ｂからなるプラズマ原
料ガス供給部７を採用したものである。ガス供給部７
ａ、７ｂはそれぞれマスフローコントローラ７１１ａ、
７１２ａ・・・、７１１ｂ、７１２ｂ・・・及び開閉弁
７２１ａ、７２２ａ・・・、７２１ｂ、７２２ｂ・・・
を介して接続された１又は２以上のプラズマ原料ガスの
ガス源７３１ａ、７３２ａ・・・、７３１ｂ、７３２ｂ
・・・からなっている。装置４３には、マッチングボッ
クス４１ＡにＲＦアンプ４４Ａを介して接続された高周
波信号発生器４５が含まれている。高周波電力発生装置
４３、マッチングボックス４１Ａ及びアンテナ４は高周
波電力供給手段を構成している。また、蒸発源３はここ
では電子ビーム蒸発源である。その他の構成は図９に示
す装置と同構成であり、図９に示すと同様の部品には同
じ符号を付してある。

【００２５】本例によると、高周波電力発生装置４３
は、図８の（Ａ）に示す１３．５６ＭＨｚのサイン波連
続高周波電力に同図（Ｂ）に示すように該周波数１３．
５６ＭＨｚの１０分の１以下の周波数で第１の振幅変調
を施し、オン時間Ｔ１、オフ時間Ｔ２が順次繰り返され
る状態の高周波電力を発生するように設定されている。
オン時におけるピークツーピーク電力は一定である。

【００２６】このイオンプレーティング装置によると本
発明方法は次のように実施される。すなわち、成膜対象
基体Ｓ１がチャンバ１内の被成膜基体支持ホルダ２上に
設置され、ヒータ２１で所定温度に加熱される一方、該
チャンバ１内が排気装置６の運転にて所定成膜真空度と
される。次いで、プラズマ原料ガス供給部７から所定量
のプラズマ原料ガスが導入されるとともに、アンテナ４
に高周波電力発生装置４３から前記のとおり振幅変調が
重畳された状態の高周波電力が印加され、それによって
導入されたガスがプラズマ化される。このとき、プラズ
マ原料ガスのうち互いに混合することが望ましくないガ
スについてはガス供給部７ａ、７ｂから別々にチャンバ
１内に導入したり、基体Ｓ１付近に導入すると反応が意
図されているにも拘らず蒸着物質３ａと反応せず単独で
膜形成されるガスについては、ガス供給部７ｂからチャ
ンバ１内のアンテナ４と蒸着源３との間に導入したりす
ることができる。一方、ホルダ２に支持された被成膜基
体Ｓ１に蒸発源３を用いて、目的とする膜の構成原子を
含む蒸着物質３ａが真空蒸着される。蒸着粒子は前記発
生したプラズマ中のラジカルやイオンと衝突して一部が
イオン化され、イオン化した粒子、中性の蒸着粒子等が
被成膜基体Ｓ１上に堆積して膜が形成される。

【００２７】このイオンプレーティング装置によると、
振幅変調した高周波電力の印加により原料ガスをプラズ
マ化することでプラズマ中の電子・イオンの温度が成膜
に必要なラジカルが多く生成するように制御されて、プ
ラズマの発生が容易になるとともに、プラズマ密度を高
くすることができ、その結果、成膜速度を向上させるこ
とができる。また、このような振幅変調による高速電子
のハイエネルギテイルの作用で良質の膜が形成される。
また、従来に比べて低い基体温度で成膜を行うことがで
きる。

【００２８】図２は本発明のイオンプレーティング装置
の他の例の概略構成を示している。この装置は図１に示
す前記装置における高周波電力発生装置４３を高周波電
力発生装置４６に代えたものであり、他の構成は図１の
装置と同様である。高周波電力発生装置４６は、マッチ
ングボックス４１ＢにＲＦアンプ４４Ｂを介して接続さ
れた高周波信号発生器４７を含んでおり、図８の（Ａ）
に示す１３．５６ＭＨｚのサイン波連続高周波電力に同
図（Ｂ）に示すように該周波数１３．５６ＭＨｚの１０
分の１以下の周波数で第１の振幅変調を施し、さらに、
同図（Ｃ）に示すように該第１変調の周波数１／（Ｔ１
＋Ｔ２）より高く、該周波数の１００倍未満の周波数で
第２の振幅変調を施し、第１振幅変調によるオン時間Ｔ
１についてオン時間Ｔ３、オフ時間Ｔ４が順次繰り返さ
れる状態の高周波電力を発生するように設定されてい
る。

【００２９】このイオンプレーティング装置によると、
前記のとおりの第１及び第２の振幅変調が重畳された状
態の高周波電力の印加により原料ガスがプラズマ化され
る結果、成膜速度が一層向上するとともに被成膜基体Ｓ
２上に形成される膜の膜質が一層向上する。図３は本発
明のイオンプレーティング装置のさらに他の例の概略構
成を示している。この装置は図１に示す前記装置におけ
る高周波電力発生装置４３を高周波電力発生装置４８に
代えたものであり、他の構成は図１の装置と同様であ
る。

【００３０】高周波電力発生装置４８は、マッチングボ
ックス４１ＣにＲＦアンプ４４Ｃを介して接続された高
周波信号発生器４９を含んでおり、図８の（Ａ）に示す
１３．５６ＭＨｚのサイン波連続高周波電力に同図
（Ｂ）に示すように該周波数１３．５６ＭＨｚの１０分
の１以下の周波数で第１の振幅変調を施し、さらに、同
図（Ｄ）に示すように該第１変調の周波数１／（Ｔ１＋
Ｔ２）より低く、１／１００以上の周波数で第２の振幅
変調を施し、オン時間について前記第１変調波のオン時
間Ｔ１、オフ時間Ｔ２が順次繰り返される状態の高周波
電力を発生するように設定されている。

【００３１】このイオンプレーティング装置によると、
図２の装置によると同様にして前記のとおりの第１及び
第２の振幅変調が重畳された状態の高周波電力の印加に
より原料ガスがプラズマ化される結果、成膜速度が一層
向上するとともに被成膜基体Ｓ３上に形成される膜の膜
質が一層向上する。図４は本発明のイオンプレーティン
グ装置のさらに他の例の概略構成を示している。この装
置は、図１に示す前記装置において基体ホルダ２に直流
電源２２が接続されたものであり、他の構成は図１の装
置と同じである。

【００３２】このイオンプレーティング装置によると、
基体ホルダ２に直流バイアスが印加されつつ基体Ｓ４上
に膜形成されるため、プラズマ中の電子、イオン、イオ
ン化した蒸着粒子等が加速されて基体Ｓ４上に照射さ
れ、その結果膜質や膜密着性等が向上する。図５は本発
明のイオンプレーティング装置のさらに他の例の概略構
成を示している。この装置は、図１に示す前記装置にお
いて基体ホルダ２に交流電源２３が接続されたものであ
り、他の構成は図１の装置と同じである。

【００３３】このイオンプレーティング装置によると、
基体ホルダ２に交流バイアスが印加されつつ基体Ｓ５上
に膜形成されるため、交流バイアスの条件を適宜設定す
ることで膜質や膜密着性等を制御することができ、その
結果これらを向上させることができる。図６は本発明の
イオンプレーティング装置のさらに他の例の概略構成を
示している。この装置は、図１に示す前記装置において
基体ホルダ２にマッチングボックス２４を介して高周波
電源２５が接続されたものであり、他の構成は図１の装
置と同じである。

【００３４】このイオンプレーティング装置によると、
基体ホルダ２に変調を施した高周波バイアスが印加され
つつ基体Ｓ６上に膜形成されるため、変調条件を適宜設
定することで前記交流バイアス印加のオンオフと同様の
効果を容易に得ることができ、その結果膜質や膜密着性
等を向上させることができる。次に図１、２、４の装置
のそれぞれによりダイアモンド状炭素（ＤＬＣ：Diamon
d Like Carbon ）膜を形成した実験例及び図９の装置に
よりダイアモンド状炭素膜を形成した比較例１、並びに
図１、２、５、６の装置のそれぞれにより窒化ホウ素膜
を形成した実験例及び図９の装置により窒化ホウ素膜を
形成した比較例２を示す。実験例１図１の装置によるＤＬＣ膜の形成成膜条件基体Ｓ１：１００ｍｍ平方のポリイミド樹脂基体ホルダ：直径２００ｍｍ高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ振幅変調周波数１ｋＨｚ、オンオフ比５０％蒸着物質：炭素（Ｃ）プラズマ原料ガス：水素（Ｈ₂）ガス、１０ｓｃｃｍ成膜圧力：５×１０^-4Ｔｏｒｒ膜厚：１００８０Å 実験例２図２の装置によるＤＬＣ膜の形成成膜条件基体Ｓ２：１００ｍｍ平方のポリイミド樹脂基体ホルダ：直径２００ｍｍ高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ第１振幅変調周波数：１ｋＨｚ、オンオフ比５０％第２振幅変調周波数：６８ｋＨｚ、オンオフ比５０％蒸着物質：炭素（Ｃ）プラズマ原料ガス：水素（Ｈ₂）ガス、１０ｓｃｃｍ成膜圧力：５×１０^-4Ｔｏｒｒ膜厚：１０９２０Å 実験例３図４の装置によるＤＬＣ膜の形成成膜条件基体Ｓ４：１００ｍｍ平方のポリイミド樹脂基体ホルダ：直径２００ｍｍ高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ振幅変調周波数１ｋＨｚ、オンオフ比５０％蒸着物質：炭素（Ｃ）プラズマ原料ガス：水素（Ｈ₂）ガス、１０ｓｃｃｍ成膜圧力：５×１０^-4Ｔｏｒｒ基体バイアス電圧：−２００Ｖ膜厚：１００８０Å 比較例１図９の装置によるＤＬＣ膜の形成基体Ｓ７：１００ｍｍ平方のポリイミド樹脂基体ホルダ：直径２００ｍｍ高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ蒸着物質：炭素（Ｃ）プラズマ原料ガス：水素（Ｈ₂）ガス、１０ｓｃｃｍ成膜圧力：５×１０^-4Ｔｏｒｒ膜厚：１０２００Å 実験例４図１の装置による窒化ホウ素膜の形成成膜条件基体Ｓ１：直径１００ｍｍ平方のシリコン基体ホルダ：直径２００ｍｍ高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ振幅変調周波数１ｋＨｚ、オンオフ比５０％蒸着物質：ホウ素（Ｂ）プラズマ原料ガス：窒素（Ｎ₂）ガス、１０ｓｃｃｍ成膜圧力：５×１０^-4Ｔｏｒｒ膜厚：５０４０Å 実験例５図２の装置による窒化ホウ素膜の形成成膜条件基体Ｓ２：直径１００ｍｍ平方のシリコン基体ホルダ：直径２００ｍｍ高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ第１振幅変調周波数：１ｋＨｚ、オンオフ比５０％第２振幅変調周波数：６８ｋＨｚ、オンオフ比５０％蒸着物質：ホウ素（Ｂ）プラズマ原料ガス：窒素（Ｎ₂）ガス、１０ｓｃｃｍ成膜圧力：５×１０^-4Ｔｏｒｒ膜厚：５０４０Å 実験例６図５の装置による窒化ホウ素膜の形成成膜条件基体Ｓ５：直径１００ｍｍ平方のシリコン基体ホルダ：直径２００ｍｍ高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ振幅変調周波数１ｋＨｚ、オンオフ比５０％蒸着物質：ホウ素（Ｂ）プラズマ原料ガス：窒素（Ｎ₂）ガス、１０ｓｃｃｍ成膜圧力：５×１０^-4Ｔｏｒｒ基体バイアス：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ膜厚：５０４０Å 実験例７図６の装置による窒化ホウ素膜の形成成膜条件基体Ｓ６：直径１００ｍｍ平方のシリコン基体ホルダ：直径２００ｍｍ高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ振幅変調周波数１ｋＨｚ、オンオフ比５０％蒸着物質：ホウ素（Ｂ）プラズマ原料ガス：窒素（Ｎ₂）ガス、１０ｓｃｃｍ成膜圧力：５×１０^-4Ｔｏｒｒ基体バイアス：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ振幅変調周波数１ｋＨｚ、オンオフ比５０％膜厚：５０４０Å 比較例２図９の装置による窒化ホウ素膜の形成成膜条件基体Ｓ７：直径１００ｍｍ平方のシリコン基体ホルダ：直径２００ｍｍ高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ蒸着物質：ホウ素（Ｂ）プラズマ原料ガス：窒素（Ｎ₂）ガス、１０ｓｃｃｍ成膜圧力：５×１０^-4Ｔｏｒｒ膜厚：５０４０Å 次に、実験例１〜７及び比較例１、２の成膜における成
膜速度と成膜温度、並びにこれらの例により得られた各
膜の硬度及び基体に対する密着性をまとめて表２に示
す。なお、硬度はビッカース硬度を測定したものであ
り、膜密着性はスクラッチテスターにより測定したもの
である。

【００３５】

【表２】

【００３６】以上の結果、振幅変調を重畳した状態の高
周波電力の印加にて原料ガスをプラズマ化することによ
り、成膜速度が向上したとともに成膜温度を低下させる
ことができ、また硬度や膜密着性が向上したことが分か
る。さらに第２の振幅変調を重畳することにより成膜速
度が一層向上したとともに硬度、膜密着性が一層向上し
たことが分かる。また基体ホルダに直流バイアスを印加
しながら成膜を行うことにより膜密着性が向上し、基体
ホルダに交流バイアスを印加しながら成膜を行うことに
より硬度及び膜密着性が向上し、さらに基体ホルダに振
幅変調を重畳した状態の高周波バイアスを印加しながら
成膜を行うことにより硬度及び膜密着性が一層向上した
ことが分かる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によると、所定真空下で真空蒸着
と高周波放電によるプラズマ生成を組み合わせて基体上
に膜形成するイオンプレーティング法及び装置であり、
プラズマ生成のために高周波電力がアンテナに印加され
るイオンプレーティング法及び装置であって、低圧下で
高周波電力がアンテナに印加されるにもかかわらずプラ
ズマの発生が容易で、高密度のプラズマを生成させるこ
とができ、しかも、被成膜基体を比較的低温に保って成
膜を行うことができるイオンプレーティング法及び装置
を提供することができる。

【００３８】また、本発明によると、従来のイオンプレ
ーティング法及び装置に比べて硬度等の膜質や被成膜基
体に対する密着性が優れた膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例であるイオンプレーティング
装置の概略構成を示す図である。

【図２】本発明の他の実施例であるイオンプレーティン
グ装置の概略構成を示す図である。

【図３】本発明のさらに他の実施例であるイオンプレー
ティング装置の概略構成を示す図である。

【図４】本発明のさらに他の実施例であるイオンプレー
ティング装置の概略構成を示す図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例であるイオンプレー
ティング装置の概略構成を示す図である。

【図６】本発明のさらに他の実施例であるイオンプレー
ティング装置の概略構成を示す図である。

【図７】プラズマ中の高速電子のハイエネルギテイルを
説明する図である。

【図８】図（Ａ）は基本高周波電力波形の概略を示す
図、図（Ｂ）は図（Ａ）の高周波電力に振幅変調を重畳
した状態の高周波電力波形の概略を示す図、図（Ｃ）は
図（Ｂ）の高周波電力に第２の振幅変調を重畳した状態
の高周波電力波形の１例の概略を示す図、図（Ｄ）は図
（Ｂ）の高周波電力に第２の振幅変調を重畳した状態の
高周波電力波形の他の例の概略を示す図である。

【図９】従来のイオンプレーティング装置例の概略構成
を示す図である。

【符号の説明】

１チャンバ２基体ホルダ２１ヒータ２２直流電源２３交流電源２４マッチングボックス２５高周波電源３電子ビーム蒸発源３ａ蒸着物質４アンテナ４１、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃマッチングボックス４３、４６、４８高周波電力発生装置４４Ａ、４４Ｂ、４４ＣＲＦアンプ４５、４７、４９高周波信号発生器６排気装置６１弁部６２排気ポンプ７プラズマ原料ガス供給部

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/203

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排気装置と、プラズマ原料ガス供給手段
と、プラズマ生成のための高周波電力供給アンテナを含
む高周波電力供給手段とが付設されたチャンバ内に、前
記アンテナを間にして互いに対向する位置に被成膜基体
支持手段と蒸発源とを備えた成膜装置を用い、前記チャ
ンバ内の支持手段に被成膜基体を支持させ、前記排気装
置により前記チャンバ内を所定真空度とし、前記プラズ
マ原料ガス供給手段により前記チャンバ内にプラズマ原
料ガスを導入して、前記高周波電力供給手段により基本
高周波電力に所定の変調を重畳した状態の高周波電力を
印加して該ガスをプラズマ化するとともに、前記蒸発源
から前記支持手段に支持された被成膜基体に向けて物質
蒸着することで該基体に膜形成することを特徴とするイ
オンプレーティング法。
【請求項２】前記高周波電力供給手段の電力印加によ
る前記プラズマ原料ガスのプラズマ化を、基本高周波電
力に該基本高周波電力の周波数の１／１０以下の周波数
で振幅変調を重畳した状態の高周波電力を印加すること
で行う請求項１記載のイオンプレーティング法。
【請求項３】前記プラズマ原料ガスのプラズマ化を前
記基本高周波電力に前記変調を重畳し、さらに該変調周
波数の１／１００以上、１００倍未満の周波数で振幅変
調を重畳した状態の高周波電力の印加により行う請求項
１又は２記載のイオンプレーティング法。
【請求項４】前記被成膜基体支持手段に直流バイアス
を印加しながら前記被成膜基体への成膜を行う請求項
１、２又は３記載のイオンプレーティング法。
【請求項５】前記被成膜基体支持手段に交流バイアス
を印加しながら前記被成膜基体への成膜を行う請求項
１、２又は３記載のイオンプレーティング法。
【請求項６】前記被成膜基体支持手段に印加される交
流バイアスが、所定周波数の基本高周波バイアスに所定
の変調を重畳した状態の高周波バイアスである請求項５
記載のイオンプレーティング法。
【請求項７】内部で成膜を行うチャンバと、該チャンバ内の対向する位置に設けられた被成膜基体支
持手段及び蒸発源と、該チャンバに対し設けられた排気装置、プラズマ原料ガ
ス供給手段及びプラズマを生成させるための高周波電力
供給手段とを備え、前記高周波電力供給手段は、前記チ
ャンバ内において前記被成膜基体支持手段と前記蒸発源
の間に配置された高周波電力供給アンテナを含み、基本
高周波電力に所定の変調を重畳した状態の高周波電力を
印加できる高周波電力供給手段であることを特徴とする
イオンプレーティング装置。
【請求項８】前記高周波電力供給手段が、基本高周波
電力に該基本高周波電力の周波数の１／１０以下の周波
数で振幅変調を重畳した状態の高周波電力を印加できる
ものである請求項７記載のイオンプレーティング装置。
【請求項９】前記高周波電力供給手段が、前記基本高
周波電力に前記変調を重畳し、さらに該変調周波数の１
／１００以上、１００倍未満の周波数で振幅変調を重畳
した状態の高周波電力を印加できるものである請求項７
又は８記載のイオンプレーティング装置。
【請求項１０】前記被成膜基体支持手段に成膜のため
の直流バイアス印加手段が接続された請求項７、８又は
９記載のイオンプレーティング装置。
【請求項１１】前記被成膜基体支持手段に成膜のため
の交流バイアス印加手段が接続された請求項７、８又は
９記載のイオンプレーティング装置。
【請求項１２】前記交流バイアス印加手段が、所定周
波数の基本高周波バイアスに所定の変調を重畳した状態
の高周波バイアスを印加できるものである請求項１１記
載のイオンプレーティング装置。