JP4401577B2 - Deposition method - Google Patents

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Description

【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に基づく成膜方法、真空成膜装置の制御装置、及び真空成膜装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
イオンプレーティングに基づく真空成膜装置にあっては、真空チャンバ内を所定のガス圧力としつつ高周波電力を供給し、真空チャンバ内にプラズマ放電を生成することにより、真空チャンバ内に配置された基板に成膜できるようにされている。
【0003】
そして、かかるイオンプレーティングにより成膜を行う場合、成膜時のガス圧力や電力の大きさは、成膜条件に従って一定のガス圧値や電力値を取るように制御される。即ち、膜の原料や基板の種類等に応じて、目標とする膜に形成できるように所望のプラズマを生成するべく、ガス圧力及び電力が制御されるようにされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかるイオンプレーティングに基づく真空成膜を行うにあたり、比較的にガス圧力を低くして成膜したい場合がある。
【0005】
即ち、成膜の対象となる基板が樹脂製等である場合に、基板に対する熱的影響を低減したいことがあり、ガス圧力をより低圧として成膜することが望まれる。
【0006】
また、低圧で成膜したほうが、蒸発源から飛び出た蒸発粒子が基板に到達するまでにガス分子に衝突する確率が低くなり、高圧で成膜する場合に比べてより高エネルギーの状態で基板に入射させることができる。これにより、成膜された膜の密度を高くすることができ、膜の光に対する屈折率を高めること等ができる。
【0007】
しかし、ガス圧力を低くした状態で成膜しようとすると、プラズマ放電を安定して生成させることが難しく、プラズマ放電を発生させ得ないか、一旦発生させたプラズマ放電の不安定を招き消滅させてしまう場合もある。
【0008】
そこで、本発明は、イオンプレーティングにより成膜するにあたり、プラズマ放電を安定して維持させるように成膜条件の制御を行うことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、真空チャンバ内を所定のガス圧力とし、少なくとも所定の高周波電力を前記真空チャンバ内に供給して前記真空チャンバ内に配置された基板にイオンプレーティングにより成膜する成膜方法であって、前記基板への成膜を第一のガス圧力下で第一の高周波電力を供給してする主工程と、該主工程に先駆けて所定のガス圧力下で所定の高周波電力を供給してプラズマ放電を生成させる予備工程とを含んでなり、
前記予備工程において、その開始時のガス圧力を前記第一のガス圧力より大きくし、その開始時の高周波電力を前記第一の高周波電力以上とし、
前記主工程の開始時までに、ガス圧力を前記第一のガス圧力にまで減少させ、高周波電力を前記第一の高周波電力に調整することを特徴としている(請求項1)。
【0010】
この成膜方法によると、実際に基板に成膜を行う主工程に先駆けて前記予備工程を実行し、該予備工程よりプラズマ放電を生成させてプラズマ放電を安定させた後に前記主工程を実行する。従って、前記主工程における成膜条件である第一のガス圧力及び第一の高周波電力下ではプラズマ放電を開始させることが容易でない場合でも、前記予備工程により予めプラズマ放電が安定して生成されているので、主工程における成膜条件下でプラズマ放電を安定して維持することができる。
【0011】
そして、前記予備工程において、前記ガス圧力の減少を開始した後に、前記高周波電力の調整を開始することができる(請求項2)。これにより、高周波電力を調整する前にガス圧力を変化させるので、真空チャンバ側に高周波電力を供給するにあたり、その動作をより安定させ易くプラズマ放電をより安定させ易い。
【0012】
そして、前記ガス圧力の減少を開始した後に前記高周波電力の調整を開始するにあたり(請求項2)、ガス圧力を前記第一のガス圧力にまで減少させた後に前記高周波電力の調整を開始することができる(請求項3)。これにより、ガス圧力を第一のガス圧力とした後に高周波電力を調整するので、高周波電力を調整しつつ供給してプラズマ放電を維持するにあたり、該プラズマ放電をより安定させ易い。
【0013】
そして、以上の成膜方法について(請求項1乃至3)、真空チャンバ内にさらに直流電力を供給して行うことができ、
前記主工程における直流電力を第一の直流電力として供給し、
前記直流電力を予備工程より供給するとともに、前記主工程の開始時までに前記第一の直流電力にまで増加させることができる(請求項4)。
【0014】
これにより、前記直流電力も供給して成膜するにあたり、成膜上所要の第一の直流電力とされる主工程に先駆けて予備工程より直流電力を供給するので、主工程における直流電力の供給に伴うプラズマ放電の不安定を招くことがない。
【0015】
そして、前記予備工程において直流電力を供給するにあたり(請求項4)、前記高周波電力を第一の高周波電力に調整した後に開始することができる(請求項5)。これにより、予備工程において、真空チャンバ内に高周波電力と直流電力とを供給するにあたり、これら双方を共に変化させることがないので、プラズマ放電をより安定にして維持することができる。
【0025】
【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。
【0026】
図1は、本発明の実施に用いることができる真空成膜装置20の概略構成を示す模式図である。この真空成膜装置20は、イオンプレーティングと呼ばれる真空成膜の方式に基づき膜を形成できるように構成されている。
【0027】
真空チャンバ1は、内部の空間が真空ポンプによって排気される。また、真空チャンバ1は、内部の空間に給気口18より不活性ガスや膜の原料ガスを供給できるように構成されている。
【0028】
そして、給気口18のチャンバ1内へガスを導通させるバルブの開閉度や真空ポンプの排気力を調節することにより、チャンバ1内のガス圧力の自在な調節が可能であり、10-3Pa以上10-1Pa以下の範囲についても自在に調節できる。
【0029】
そして、前記給気口18のバルブの開閉度や真空ポンプの排気力は後に説明する制御装置12により制御されるようにされており、これによりチャンバ1内のガス圧力が制御されるようにされている。
【0030】
真空チャンバ1内の上部には、膜が形成される基板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、図1に特に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、回転自在に保持される。
【0031】
基板ホルダ2は、導電性材料によって形成され、高周波電源15及び直流電源16の各々と接続されている。即ち、この真空成膜装置20の例では、基板ホルダ2は、プラズマ放電を生成させる電力を供給するための電極として機能するようにされている。
【0032】
高周波電源15は高周波電力を出力し、直流電源16は直流電力を出力する。高周波電源15は、図1に図示されない直流ブロッキングコンデンサと図1に示されるマッチング回路(MB)17とを介して基板ホルダ2と接続される。また、直流電源16は、図1に図示されないチョークコイルを介して基板ホルダ2と接続される。
【0033】
そして、高周波電源15及び直流電源16とチャンバ1側とを接続するにあたり、図1に示されるように、導電性材料で形成される真空チャンバ1が接地されるとともに、高周波電源15の出力端子のうち基板ホルダ2側に対する他方側が接地される。また、直流電源16は、基板ホルダ2側が負極となるように接続される。
【0034】
なお、直流電源16を用いることなく高周波電力のみ供給するのであっても成膜は可能であるが、直流電力も供給するようにすると、イオンをより強く基板5へ入射させることができ、基板5に対して膜を付着させ易く成膜が容易となる。
【0035】
また、上記高周波電源15及び直流電源16は、出力の大きさや出力の開始及び終了のタイミング、時間に対して出力が変化する特性等について、後に説明する制御装置12によって制御されるようにされている。また、高周波電源15については、出力の周波数についても制御装置12により制御されるようにされている。
【0036】
マッチング回路17は、高周波電源15に対するチャンバ1側のインピーダンスをマッチングさせるべくマッチング動作する。このマッチング回路17は、図2に示すように、例えば可変コンデンサC1、C2及びチョークコイルL1からなる周知のものである。
【0037】
そして、マッチング回路17は、チャンバ1内のガス圧力の変化等に伴うチャンバ1側のインピーダンスの変化や、電源15の動作状態の変化に伴う電源15側のインピーダンスの変化に対して、該マッチング回路17のインピーダンスが自動的に変化し、電源15側のインピーダンスとチャンバ1側のインピーダンスとをマッチングさせるようにされている。
【0038】
チャンバ1内の下部には、膜の原料物質をチャンバ1内の空間に蒸発させるための蒸発源10が配置されている。蒸発源10を、図1に示されるように、ルツボ7と電子銃8とにより構成することができる。そして、ルツボ7には膜の原料9が供給される。膜の原料9は、電子銃8による電子ビーム11の照射によりチャンバ1内の空間へ蒸発される。そして、前記真空チャンバ1内に供給された高周波電力及び直流電力により、前記蒸発源10より蒸発した膜の原料をプラズマ化させることができる。
【0039】
制御装置12は、該制御装置12以外の成膜装置20に含まれる以上に説明した各機器の動作を制御するべく制御信号を出力し、またこれら機器より出力された信号が入力されるようにされており、成膜装置20によって実行される成膜工程を制御するようにされている。
【0040】
なお、制御装置12と前記各機器との間での信号の入出力は、ディジタル制御において周知である特に図示されないインターフェース機構やA/D変換機構等を介してするように構成されている。
【0041】
制御装置12は、プログラマブルコントローラを備え、該プログラマブルコントローラに与えられるプログラムに成膜手順を自在に記述できるようにされている。これにより、制御装置12は、成膜装置20により実行させる成膜条件を予め自在に設定することができ、所望の成膜工程を実行させることができる。
【0042】
なお、プログラマブルコントローラの例としてシーケンサを挙げることができる。シーケンサによると、実行したい工程の内容をプログラムに記述することが容易であり、所望の成膜工程を設定することが容易である。
【0043】
そして、制御装置12のプログラマブルコントローラに与えられるプログラムには、基板5に成膜する主工程を実行するための成膜条件、及び主工程に先駆けてプラズマ放電を生成する予備工程を実行するための成膜条件が記述されている。
【0044】
そして、主工程の成膜条件として設定される内容には、以下の内容が含まれる。即ち、主工程にあっては、チャンバ1内のガス圧力が第一のガス圧力とされる。この第一のガス圧力は、比較的に低圧とされ概ね6.67×10-3Pa以上6.67×10-2Pa以下の範囲とされる。また、主工程において、高周波電源15より出力される電力は第一の高周波電力とされ、直流電源16より出力される電力は第一の直流電力とされる。
【0045】
上記第一のガス圧力、第一の高周波電力及び第一の直流電力について、基板5や膜の原料物質の種類等に応じた所要のプラズマを生成させ、目標とする膜に成膜できるように選択される。
【0046】
また、予備工程における成膜条件として設定される内容には、以下の内容が含まれる。即ち、予備工程におけるチャンバ1内のガス圧力は、その開始時において前記第一のガス圧力より大きくされ、前記主工程の開始時までに前記第一のガス圧力にまで減少される。
【0047】
この予備工程の開始時を含む初期のガス圧力について、第一のガス圧力に対する4倍以上100倍以下の範囲、例えば1.33×10-1Pa以上6.67×10-1Pa以下の範囲で設定するのが好ましい。即ち、予備工程の初期においてプラズマ放電を安定して生成させる一方、第一のガス圧力に比べて必要以上に大きな圧力としないためである。
【0048】
また、予備工程における高周波電源15の出力について、その開始時における出力は前記第一の高周波電力以上とされ、前記主工程の開始時までに前記第一の高周波電力に調整することが行われる。即ち、予備工程において、開始時の高周波電力が第一の高周波電力より大きくされる場合には主工程の開始時までに第一の高周波電力とするべく減少され、また、開始時の高周波電力が第一の高周波電力とされる場合には、そのまま主工程の開始時まで維持される。
【0049】
この予備工程の開始時を含む初期の高周波電力について、第一の高周波電力に対する5倍以下の範囲で設定するのが好ましい。即ち、予備工程の初期においてプラズマ放電を安定して生成させる一方、第一の高周波電力に比べて必要以上に大きな電力としないためである。
【0050】
また、直流電源16の出力について、予備工程より出力が開始され、前記主工程の開始時までに前記第一の直流電力にまで増加される。
【0051】
前記予備工程においてガス圧力を減少させるにあたり、一定時間内に連続して変化させるのが好ましい。ガス圧力を変化させるにあたり、急峻に変化させることなく連続して変化させることにより、プラズマ放電を安定させることができ、一旦生成させたプラズマを安定して維持させ得るからである。
【0052】
また、前記予備工程において高周波電力を減少させるにあたっては、一定時間内に連続して変化させるのが好ましい。高周波電力を変化させるにあたり、急峻に変化させることなく連続して変化させることにより、プラズマ放電を安定させることができ、一旦生成させたプラズマ放電を安定して維持させ得るからである。
【0053】
また、前記予備工程において直流電力を増加させるにあたり、一定時間内に連続して変化させるのが好ましい。直流電力を変化させるにあたり、急峻に変化させることなく連続して変化させることにより、プラズマ放電を安定させることができ、一旦生成させたプラズマを安定して維持させ得るからである。
【0054】
そして、前記ガス圧力、高周波電力及び直流電力を一定時間内に連続して変化させるにあたっては、時間の経過に対して直線的に変化させるのがより好ましい。このようにすると、経過時間に比例してガス圧力や電力を緩やかに変化させるので、プラズマ放電をより確実に安定させ得るからである。
【0055】
また、前記予備工程におけるガス圧力と高周波電源15の出力に関して、ガス圧力を第一のガス圧力とした後に高周波電力の調整を開始させるのがより好ましい。即ち、ガス圧力を第一のガス圧力に安定させた以降にあっては、真空チャンバ1側のインピーダンスを高周波電源15のインピーダンスとマッチングさせるにあたり、マッチング回路17の調節がより容易であり、プラズマ放電の安定をより容易に図ることができるからである。
【0056】
また、前記予備工程における高周波電源15の出力と直流電源16の出力に関して、高周波電力を第一の高周波電力に調整した後に直流電力の出力を開始させるのがより好ましい。高周波電力を変化させつつ併せて直流電力の供給も開始する場合に比べて、プラズマ放電をより確実に安定させることができるからである。
【0057】
以上に説明した予備工程を実行することにより、以下の意義がある。即ち、基板5に成膜を行う主工程における第一のガス圧力が前記低圧とされると、所要の第一のガス圧力及び第一の高周波電力によりプラズマ放電を開始させることは容易でない。上記予備工程を実行すると、ここで設定される初期のガス圧力及び電力の条件下であると、プラズマ放電を開始させることが容易となる。
【0058】
そして、予備工程の終期においてプラズマ放電を安定して維持し、プラズマの異常放電等の不安定を起こさせることもなく、プラズマ放電を安定させた状態でその後に実行される主工程へ移行することができる。
【0059】
以上説明した予備工程及び主工程を実行するための成膜条件のより具体的な例について、図3を参酌しつつ説明する。図3は、成膜工程の時間の経過に対する、ガス圧力及び電力についての成膜条件を示す図である。
【0060】
図3において、横軸は経過時間に対応している。また、縦軸は、真空チャンバ1内のガス圧力G、高周波電源15より出力される高周波電力P、直流電源16より出力される直流電力に係る電圧Dの大きさに対応している。図3において、Iは予備工程として実行される範囲であり、IIは主工程として実行される範囲である。
【0061】
主工程では、第一のガス圧力G1は6.67×10-3Pa〜6.67×10-2Paの範囲におけるいずれか一の圧力とされ、第一の高周波電力P1が200W程度の出力とされ、第一の直流電力はその直流電圧D1を500V程度として供給されている。また、主工程における前記ガス圧力G1、高周波電力P1、直流電力D1は、図3に示されるように、時間の経過に対して変化することなく、主工程の開始時より略一定となるように制御される。
【0062】
次に、予備工程において、初期のガス圧力G0は、開始時より時間T1まで1.33×10-1Pa程度で略一定とされる。そして、予備工程におけるガス圧力は、時間T1より減少を開始し、時間T2で前記第一のガス圧力G1となるように減少される。そして、時間T2以降は前記第一のガス圧力G1で略一定を保つようにされる。
【0063】
前記時間T1について1秒以上5秒以下の範囲に設定するのが望ましい。前記予備工程における初期のガス圧力をかかる時間の範囲で維持すれば、プラズマ放電を開始して安定させる上で十分だからである。
【0064】
そして、前記ガス圧力を時間T1からT2にかけて減少させるにあたり、図3に示されるように、時間に対して直線的に減少させている。即ち、ガス圧力の減少量と時間との間で一定の比例関係が成立するように減少させている。
【0065】
そして、ガス圧力を時間に対して直線的に減少させるにあたり、その比例係数kGを、−3.33×10-3Pa/sec以上−1.32×10-1Pa/sec以下の範囲とするのが望ましい。これにより、チャンバ1側のインピーダンスを緩やかに変化させ、プラズマ放電をより安定して維持させ得るからである。
【0066】
次に、予備工程において、初期の高周波電力P0は、開始時より時間T2まで600W程度で略一定とされる。そして、予備工程における高周波電力は、時間T2より減少を開始し、時間T3で前記第一の高周波電力P1となるように調整される。そして、時間T3以降は前記第一の高周波電力P1で略一定を保つようにされる。
【0067】
そして、時間T2からT3にかけて高周波電力を減少させるにあたり、図3に示されるように、時間に対して直線的に減少させている。即ち、高周波電力の減少量と時間との間で一定の比例関係が成立するように減少させている。そして、高周波電力を時間に対して直線的に減少させるにあたり、その比例係数kPを、−100W/sec以上の範囲とするのが望ましい。これにより、供給する電力を緩やかに減少させ、プラズマ放電をより安定して維持させ得るからである。
【0068】
次に、予備工程において、直流電力は、時間T3より供給が開始され、時間T4(予備工程の終了時、及び主工程の開始時にあたる)で前記第一の直流電力となるように増加される。そして、直流電力を増加させるにあたり、図3に示されるように、時間に対して直線的に増加させている。即ち、直流電力の増加量と時間との間で一定の比例関係が成立するように増加させている。そして、直流電力を時間に対して直線的に増加させるにあたり、その比例係数kDを、30V/sec以上100V/sec以下の範囲とするのが望ましい。これにより、供給する電力を緩やかに増加させ、プラズマ放電をより安定して維持させ得るからである。
【0069】
なお、主工程における第一の高周波電力P1と、予備工程における初期の高周波電力P0との間で電力差を設ける必要がない場合は、予備工程において、初期の高周波電力P0を600W程度に維持するよう調整した状態のまま第一の高周波電力P1として主工程に移行してもよい。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、イオンプレーティングにより成膜を行うにあたり、基板に実際に成膜する主工程に先駆けて予備工程を実行し、該予備工程よりプラズマ放電を生成させて安定させるので、その後に実行される主工程における成膜条件下においてもプラズマ放電を安定させ維持することができる。これにより、前記主工程における成膜条件が、プラズマ放電を開始させることが容易でない条件に設定されている場合であっても、該主工程においてプラズマ放電を安定させて維持できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に用いることができる真空成膜装置の模式図である。
【図2】図1の真空成膜装置のマッチング回路の概略的な回路図である。
【図3】時間とともに変化する成膜条件の具体例を表す図である。
【符号の説明】
1 真空チャンバ
2 基板ホルダ
5 基板
7 ルツボ
8 電子銃
9 膜の原料物質
10 蒸発源
11 電子ビーム
12 制御装置
15 高周波電源
16 直流電源
17 マッチング回路
18 給気口
20 真空成膜装置
C1、C2 可変コンデンサ
L1 チョークコイル
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a film forming method based on ion plating, a vacuum film forming apparatus control device, and a vacuum film forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
In a vacuum film-forming apparatus based on ion plating, a substrate disposed in a vacuum chamber is generated by supplying high-frequency power while maintaining a predetermined gas pressure in the vacuum chamber and generating plasma discharge in the vacuum chamber. It can be formed into a film.
[0003]
When film formation is performed by such ion plating, the gas pressure and electric power during film formation are controlled so as to take a constant gas pressure value and electric power value according to the film formation conditions. That is, the gas pressure and power are controlled so as to generate a desired plasma so that it can be formed into a target film according to the raw material of the film, the type of the substrate, and the like.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when performing vacuum film formation based on such ion plating, it may be desired to form a film at a relatively low gas pressure.
[0005]
That is, when the substrate to be formed is made of resin or the like, it may be desired to reduce the thermal influence on the substrate, and it is desired to form the film at a lower gas pressure.
[0006]
In addition, when the film is formed at a low pressure, the probability that the vaporized particles that have jumped out of the evaporation source will collide with the gas molecules before reaching the substrate is lower. It can be made incident. Thereby, the density of the formed film can be increased, and the refractive index of the film with respect to light can be increased.
[0007]
However, it is difficult to generate a plasma discharge stably when trying to form a film with a low gas pressure, and it is difficult to generate a plasma discharge, or it may cause instability of the generated plasma discharge and cause it to disappear. Sometimes it ends up.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to control film forming conditions so as to stably maintain plasma discharge when forming a film by ion plating.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is configured by ion plating on a substrate disposed in the vacuum chamber by setting the inside of the vacuum chamber to a predetermined gas pressure and supplying at least a predetermined high-frequency power into the vacuum chamber. A film forming method for forming a film, comprising: a main step of supplying a first high-frequency power under a first gas pressure to form a film on the substrate; and a predetermined step under a predetermined gas pressure prior to the main step. And a preliminary step of generating a plasma discharge by supplying a high frequency power of
In the preliminary step, the gas pressure at the start is larger than the first gas pressure, the high frequency power at the start is equal to or higher than the first high frequency power,
By the start of the main process, the gas pressure is reduced to the first gas pressure, and the high-frequency power is adjusted to the first high-frequency power (Claim 1).
[0010]
According to this film forming method, the preliminary step is executed prior to the main step of actually forming a film on the substrate, and the main step is executed after the plasma discharge is generated from the preliminary step to stabilize the plasma discharge. . Therefore, even if it is not easy to start the plasma discharge under the first gas pressure and the first high-frequency power, which are the film forming conditions in the main process, the plasma discharge is stably generated in advance by the preliminary process. Therefore, the plasma discharge can be stably maintained under the film forming conditions in the main process.
[0011]
Then, in the preliminary step, the adjustment of the high-frequency power can be started after the gas pressure starts decreasing (Claim 2). As a result, the gas pressure is changed before the high-frequency power is adjusted. Therefore, when the high-frequency power is supplied to the vacuum chamber, the operation can be made more stable and the plasma discharge can be made more stable.
[0012]
In starting the adjustment of the high-frequency power after starting the reduction of the gas pressure (Claim 2), the adjustment of the high-frequency power is started after reducing the gas pressure to the first gas pressure. (Claim 3). Thereby, since the high frequency power is adjusted after the gas pressure is set to the first gas pressure, the plasma discharge is more easily stabilized when the high frequency power is supplied while maintaining the plasma discharge.
[0013]
And about the above film-forming method (Claims 1 thru | or 3), it can carry out by supplying further DC power in a vacuum chamber,
Supply the DC power in the main process as the first DC power,
The DC power can be supplied from the preliminary process and increased to the first DC power by the start of the main process.
[0014]
Thereby, when supplying the DC power, the DC power is supplied from the preliminary process prior to the main process, which is the first DC power required for film formation. Instability of the plasma discharge accompanying this is not caused.
[0015]
And in supplying the DC power in the preliminary step (Claim 4), it can be started after the high-frequency power is adjusted to the first high-frequency power (Claim 5). As a result, in the preliminary process, when both the high frequency power and the direct current power are supplied into the vacuum chamber, both of them are not changed, so that the plasma discharge can be maintained more stably.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
[0026]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a vacuum film forming apparatus 20 that can be used in the practice of the present invention. The vacuum film forming apparatus 20 is configured to be able to form a film based on a vacuum film forming method called ion plating.
[0027]
The interior space of the vacuum chamber 1 is evacuated by a vacuum pump. The vacuum chamber 1 is configured to be able to supply an inert gas or a film source gas from an air supply port 18 to an internal space.
[0028]
Then, by adjusting the exhaust force of the opening and closing degree and the vacuum pump valve to conduct the gas into the chamber 1 of the air supply port 18, but may be freely adjusted in the gas pressure in the chamber 1, 10 -3 Pa The range of 10 −1 Pa or less can be freely adjusted.
[0029]
The degree of opening and closing of the valve of the air supply port 18 and the exhaust force of the vacuum pump are controlled by a control device 12 described later, whereby the gas pressure in the chamber 1 is controlled. ing.
[0030]
A substrate holder 2 for holding a substrate 5 on which a film is formed is disposed in the upper part of the vacuum chamber 1. The substrate holder 2 is driven to rotate by a motor not specifically shown in FIG. 1, and is held rotatably.
[0031]
The substrate holder 2 is formed of a conductive material and is connected to each of the high frequency power source 15 and the DC power source 16. That is, in the example of the vacuum film forming apparatus 20, the substrate holder 2 functions as an electrode for supplying electric power for generating plasma discharge.
[0032]
The high frequency power source 15 outputs high frequency power, and the DC power source 16 outputs DC power. The high frequency power supply 15 is connected to the substrate holder 2 via a DC blocking capacitor not shown in FIG. 1 and a matching circuit (MB) 17 shown in FIG. The DC power supply 16 is connected to the substrate holder 2 via a choke coil not shown in FIG.
[0033]
In connecting the high frequency power supply 15 and the DC power supply 16 to the chamber 1 side, the vacuum chamber 1 formed of a conductive material is grounded and the output terminal of the high frequency power supply 15 is connected as shown in FIG. Among these, the other side with respect to the substrate holder 2 side is grounded. The DC power supply 16 is connected so that the substrate holder 2 side is a negative electrode.
[0034]
Although film formation is possible even when only high-frequency power is supplied without using the DC power supply 16, if DC power is also supplied, ions can be made to enter the substrate 5 more strongly, and the substrate 5 Therefore, the film can be easily attached to the film.
[0035]
The high-frequency power supply 15 and the DC power supply 16 are controlled by a control device 12 described later with respect to the output size, the output start and end timing, the characteristics of the output changing with time, and the like. Yes. The high frequency power supply 15 is controlled by the control device 12 with respect to the output frequency.
[0036]
The matching circuit 17 performs a matching operation to match the impedance on the chamber 1 side with respect to the high-frequency power supply 15. As shown in FIG. 2, the matching circuit 17 is a well-known circuit including, for example, variable capacitors C1 and C2 and a choke coil L1.
[0037]
The matching circuit 17 responds to a change in impedance on the chamber 1 side due to a change in gas pressure in the chamber 1 or a change in impedance on the power source 15 side due to a change in the operating state of the power source 15. The impedance 17 is automatically changed to match the impedance on the power source 15 side with the impedance on the chamber 1 side.
[0038]
An evaporation source 10 for evaporating the raw material material of the film into the space in the chamber 1 is disposed in the lower part of the chamber 1. The evaporation source 10 can be constituted by a crucible 7 and an electron gun 8 as shown in FIG. The crucible 7 is supplied with a film material 9. The raw material 9 of the film is evaporated into the space in the chamber 1 by irradiation of the electron beam 11 by the electron gun 8. Then, the raw material of the film evaporated from the evaporation source 10 can be turned into plasma by the high-frequency power and direct-current power supplied into the vacuum chamber 1.
[0039]
The control device 12 outputs a control signal to control the operation of each device described above included in the film forming device 20 other than the control device 12, and the signal output from these devices is input. The film forming process executed by the film forming apparatus 20 is controlled.
[0040]
Note that signal input / output between the control device 12 and each of the devices is configured via an interface mechanism, an A / D conversion mechanism, or the like not shown, which is well-known in digital control.
[0041]
The control device 12 includes a programmable controller, and can freely describe a film forming procedure in a program given to the programmable controller. Thereby, the control apparatus 12 can set freely the film-forming conditions performed with the film-forming apparatus 20, and can perform a desired film-forming process.
[0042]
An example of the programmable controller is a sequencer. According to the sequencer, it is easy to describe the contents of a process to be executed in a program, and it is easy to set a desired film forming process.
[0043]
The program given to the programmable controller of the control device 12 includes a film forming condition for executing a main process for forming a film on the substrate 5 and a preliminary process for generating plasma discharge prior to the main process. Deposition conditions are described.
[0044]
The contents set as the film forming conditions for the main process include the following contents. That is, in the main process, the gas pressure in the chamber 1 is set to the first gas pressure. This first gas pressure is relatively low and is generally in the range of 6.67 × 10 −3 Pa to 6.67 × 10 −2 Pa. In the main process, the power output from the high frequency power supply 15 is the first high frequency power, and the power output from the DC power supply 16 is the first DC power.
[0045]
With respect to the first gas pressure, the first high-frequency power, and the first DC power, the required plasma corresponding to the type of the substrate 5 and the raw material of the film can be generated and formed on the target film. Selected.
[0046]
The contents set as the film forming conditions in the preliminary process include the following contents. That is, the gas pressure in the chamber 1 in the preliminary process is made larger than the first gas pressure at the start thereof, and is reduced to the first gas pressure by the start of the main process.
[0047]
About the initial gas pressure including the start time of the preliminary process, a range of 4 times to 100 times the first gas pressure, for example, a range of 1.33 × 10 −1 Pa to 6.67 × 10 −1 Pa. It is preferable to set with. That is, it is because the plasma discharge is stably generated at the initial stage of the preliminary process, while the pressure is not higher than necessary as compared with the first gas pressure.
[0048]
Further, the output of the high-frequency power source 15 in the preliminary process is set to be equal to or higher than the first high-frequency power at the start, and is adjusted to the first high-frequency power by the start of the main process. That is, in the preliminary process, when the high frequency power at the start is made larger than the first high frequency power, it is reduced to the first high frequency power by the start of the main process, and the high frequency power at the start is reduced. When the first high-frequency power is used, it is maintained as it is until the start of the main process.
[0049]
The initial high-frequency power including the start of the preliminary process is preferably set in a range of 5 times or less that of the first high-frequency power. That is, it is because the plasma discharge is stably generated at the initial stage of the preliminary process, while the power is not larger than necessary as compared with the first high-frequency power.
[0050]
Further, the output of the DC power supply 16 is started from the preliminary process and increased to the first DC power by the start of the main process.
[0051]
In reducing the gas pressure in the preliminary step, it is preferable to continuously change the gas pressure within a predetermined time. This is because the plasma discharge can be stabilized by continuously changing the gas pressure without changing it abruptly, and the plasma once generated can be stably maintained.
[0052]
Further, in reducing the high-frequency power in the preliminary step, it is preferable that the high-frequency power is continuously changed within a predetermined time. This is because, when changing the high-frequency power, the plasma discharge can be stabilized by continuously changing the high-frequency power without abrupt changes, and the once generated plasma discharge can be stably maintained.
[0053]
In addition, it is preferable that the DC power is continuously changed within a certain time when the DC power is increased in the preliminary step. This is because, when changing the DC power, the plasma discharge can be stabilized by continuously changing without changing the DC power, and once generated plasma can be stably maintained.
[0054]
And when changing the said gas pressure, high frequency electric power, and direct-current power continuously within a fixed time, it is more preferable to change linearly with progress of time. This is because the gas pressure and power are gradually changed in proportion to the elapsed time, so that the plasma discharge can be stabilized more reliably.
[0055]
Further, regarding the gas pressure and the output of the high-frequency power source 15 in the preliminary process, it is more preferable to start the adjustment of the high-frequency power after setting the gas pressure to the first gas pressure. That is, after the gas pressure is stabilized at the first gas pressure, the matching circuit 17 is more easily adjusted in matching the impedance on the vacuum chamber 1 side with the impedance of the high-frequency power source 15, and plasma discharge This is because it is possible to more easily achieve stability.
[0056]
Further, regarding the output of the high frequency power supply 15 and the output of the DC power supply 16 in the preliminary process, it is more preferable to start the output of the DC power after adjusting the high frequency power to the first high frequency power. This is because the plasma discharge can be more reliably stabilized as compared with the case where the supply of DC power is also started while changing the high-frequency power.
[0057]
By performing the preliminary process described above, the following significance is obtained. That is, when the first gas pressure in the main process for forming a film on the substrate 5 is the low pressure, it is not easy to start plasma discharge with the required first gas pressure and the first high-frequency power. When the preliminary process is executed, it is easy to start plasma discharge under the initial gas pressure and power conditions set here.
[0058]
And, to maintain the plasma discharge stably at the end of the preliminary process, without causing instability such as abnormal plasma discharge, and to shift to the main process executed afterwards with the plasma discharge stabilized Can do.
[0059]
A more specific example of the film forming conditions for executing the preliminary process and the main process described above will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing film forming conditions for gas pressure and electric power with respect to the passage of time of the film forming process.
[0060]
In FIG. 3, the horizontal axis corresponds to the elapsed time. The vertical axis corresponds to the magnitude of the voltage D related to the gas pressure G in the vacuum chamber 1, the high-frequency power P output from the high-frequency power supply 15, and the DC power output from the DC power supply 16. In FIG. 3, I is a range executed as a preliminary process, and II is a range executed as a main process.
[0061]
In the main process, the first gas pressure G1 is any pressure in the range of 6.67 × 10 −3 Pa to 6.67 × 10 −2 Pa, and the output of the first high-frequency power P1 is about 200 W. The first DC power is supplied with the DC voltage D1 of about 500V. Further, as shown in FIG. 3, the gas pressure G1, the high-frequency power P1, and the DC power D1 in the main process are substantially constant from the start of the main process without changing over time. Be controlled.
[0062]
Next, in the preliminary step, the initial gas pressure G0 is made approximately constant at about 1.33 × 10 −1 Pa from the start to time T1. Then, the gas pressure in the preliminary process starts to decrease at time T1, and is decreased to become the first gas pressure G1 at time T2. After the time T2, the first gas pressure G1 is kept substantially constant.
[0063]
It is desirable to set the time T1 in the range of 1 second to 5 seconds. This is because, if the initial gas pressure in the preliminary process is maintained within the time range, it is sufficient to start and stabilize the plasma discharge.
[0064]
Then, when the gas pressure is decreased from time T1 to time T2, as shown in FIG. 3, it is decreased linearly with respect to time. That is, the gas pressure is decreased so that a certain proportional relationship is established between the amount of decrease in gas pressure and time.
[0065]
When the gas pressure is decreased linearly with respect to time, the proportional coefficient k G is set to a range of −3.33 × 10 −3 Pa / sec or more and −1.32 × 10 −1 Pa / sec or less. It is desirable to do. This is because the impedance on the chamber 1 side can be changed gently, and the plasma discharge can be maintained more stably.
[0066]
Next, in the preliminary process, the initial high-frequency power P0 is approximately constant at about 600 W from the start to time T2. Then, the high-frequency power in the preliminary process starts to decrease at time T2, and is adjusted to become the first high-frequency power P1 at time T3. After the time T3, the first high frequency power P1 is kept substantially constant.
[0067]
Then, in reducing the high-frequency power from time T2 to T3, as shown in FIG. 3, it is decreased linearly with respect to time. That is, it is reduced so that a certain proportional relationship is established between the reduction amount of the high frequency power and the time. Then, in reducing the high-frequency power linearly with respect to time, it is desirable that the proportionality coefficient k P be in the range of −100 W / sec or more. This is because the supplied electric power can be gradually reduced and the plasma discharge can be maintained more stably.
[0068]
Next, in the preliminary process, the DC power is started to be supplied from time T3 and is increased to become the first DC power at time T4 (at the end of the preliminary process and at the start of the main process). . Then, when increasing the DC power, as shown in FIG. 3, it is increased linearly with respect to time. That is, the DC power is increased so that a certain proportional relationship is established between the amount of increase in DC power and time. When the direct-current power is increased linearly with respect to time, it is desirable that the proportionality coefficient k D be in the range of 30 V / sec to 100 V / sec. This is because the supplied electric power can be gradually increased and the plasma discharge can be maintained more stably.
[0069]
If there is no need to provide a power difference between the first high-frequency power P1 in the main process and the initial high-frequency power P0 in the preliminary process, the initial high-frequency power P0 is maintained at about 600 W in the preliminary process. You may transfer to a main process as the 1st high frequency electric power P1 with the state adjusted so.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when film formation is performed by ion plating, a preliminary process is performed prior to the main process of actually forming a film on a substrate, and plasma discharge is generated from the preliminary process to stabilize the film. Therefore, the plasma discharge can be stabilized and maintained even under the film forming conditions in the main process executed thereafter. Thereby, even when the film forming conditions in the main process are set to conditions that make it difficult to start plasma discharge, the plasma discharge can be stabilized and maintained in the main process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a vacuum film forming apparatus that can be used in the present invention.
FIG. 2 is a schematic circuit diagram of a matching circuit of the vacuum film forming apparatus of FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a specific example of film forming conditions that change with time.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Substrate holder 5 Substrate 7 Crucible 8 Electron gun 9 Film raw material 10 Evaporation source 11 Electron beam 12 Control device 15 High frequency power source 16 DC power source 17 Matching circuit 18 Air supply port 20 Vacuum film-forming device C1, C2 Variable capacitor L1 choke coil

Claims (5)

真空チャンバ内を所定のガス圧力とし、少なくとも所定の高周波電力を前記真空チャンバ内に供給して前記真空チャンバ内に配置された基板にイオンプレーティングにより成膜する成膜方法であって、
前記基板への成膜を第一のガス圧力下で第一の高周波電力を供給してする主工程と、該主工程に先駆けて所定のガス圧力下で所定の高周波電力を供給してプラズマ放電を生成させる予備工程とを含んでなり、
前記予備工程において、その開始時のガス圧力を前記第一のガス圧力より大きくし、その開始時の高周波電力を前記第一の高周波電力以上とし、
前記主工程の開始時までに、ガス圧力を前記第一のガス圧力にまで減少させ、高周波電力を前記第一の高周波電力に調整することを特徴とする成膜方法。
A film forming method for forming a film in a vacuum chamber with a predetermined gas pressure, supplying at least a predetermined high-frequency power into the vacuum chamber, and forming a film on the substrate disposed in the vacuum chamber by ion plating,
A main step of supplying a first high-frequency power under a first gas pressure to form a film on the substrate, and a plasma discharge by supplying a predetermined high-frequency power under a predetermined gas pressure prior to the main step A preliminary step of generating
In the preliminary step, the gas pressure at the start is larger than the first gas pressure, the high frequency power at the start is equal to or higher than the first high frequency power,
By the start of the main process, the gas pressure is reduced to the first gas pressure, and the high frequency power is adjusted to the first high frequency power.
前記予備工程において、前記ガス圧力の減少を開始した後に、前記高周波電力の調整を開始することを特徴とする、請求項1に記載の成膜方法。  2. The film forming method according to claim 1, wherein, in the preliminary step, the adjustment of the high-frequency power is started after the reduction of the gas pressure is started. 前記予備工程において、ガス圧力を前記第一のガス圧力にまで減少させた後に、前記高周波電力の調整を開始することを特徴とする、請求項2に記載の成膜方法。  3. The film forming method according to claim 2, wherein, in the preliminary step, the adjustment of the high-frequency power is started after the gas pressure is reduced to the first gas pressure. 前記成膜方法が真空チャンバ内にさらに直流電力を供給してするものであり、
前記主工程における直流電力を第一の直流電力として供給し、
前記直流電力を予備工程より供給するとともに、前記主工程の開始時までに前記第一の直流電力にまで増加させ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成膜方法。
The film forming method further supplies DC power into the vacuum chamber,
Supply the DC power in the main process as the first DC power,
4. The film forming method according to claim 1, wherein the DC power is supplied from a preliminary process and is increased to the first DC power by the start of the main process.
前記予備工程における直流電力の供給を、前記高周波電力を第一の高周波電力に調整した後に開始することを特徴とする、請求項4に記載の成膜方法。  5. The film forming method according to claim 4, wherein the DC power supply in the preliminary process is started after the high-frequency power is adjusted to the first high-frequency power.
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