JP6060016B2 - 成膜装置、成膜方法及び成膜プログラム - Google Patents
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Description
例えば、上述した被加工材料の表面にダイヤモンドライクカーボン(以下、「DLC」という。)成膜処理する技術が特許文献1等により知られている。
また、請求項6に係る成膜方法は、導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、制御部と、を備えた成膜装置で実行される成膜方法であって、前記制御部が実行する、前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を備え、前記制御部は、前記制御工程において、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に印加される前記負のバイアス電圧の電圧値を1パルス毎又は複数パルス毎に徐々に変化させて、前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする。
更に、請求項7に係る成膜方法は、導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、制御部と、を備えた成膜装置で実行される成膜方法であって、前記制御部が実行する、前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を備え、前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波供給工程において、前記被加工材料にパルス状のマイクロ波を供給し、前記制御部は、前記制御工程において、前記マイクロ波の1パルス内において、前記負のバイアス電圧の電圧値を変化させて前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする。
また、請求項9に係る成膜プログラムは、導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、を備えた成膜装置を制御するコンピュータによって、前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を前記成膜装置に実行させる成膜プログラムであって、前記制御工程において、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に印加される前記負のバイアス電圧の電圧値を1パルス毎又は複数パルス毎に徐々に変化させて、前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御するように前記成膜装置に実行させるためのプログラムである。
更に、請求項10に係る成膜プログラムは、導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、を備えた成膜装置を制御するコンピュータによって、前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を前記成膜装置に実行させる成膜プログラムであって、前記マイクロ波供給工程において、前記被加工材料にパルス状のマイクロ波を供給し、前記制御工程において、前記マイクロ波の1パルス内において、前記負のバイアス電圧の電圧値を変化させて前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御するように前記成膜装置に実行させるためのプログラムである。
図1及び図2に示すように、第1実施形態に係る成膜装置1は、処理容器2、真空ポンプ3、ガス供給部5、及び制御部6等から構成されている。処理容器2は、ステンレス等の金属製であって、気密構造の処理容器である。真空ポンプ3は、圧力調整バルブ7を介して処理容器2の内部を真空排気可能なポンプである。処理容器2の内部には、成膜対象である導電性を有する被加工材料8が、ステンレス等で形成された導電性を有する保持具9により保持されている。
通常、表面波励起プラズマを発生させる場合、ある程度以上の電子(イオン)密度におけるプラズマと、これに接する誘電体との界面に沿ってマイクロ波が供給される。供給されたマイクロ波は、この界面に電磁波のエネルギーが集中した状態で表面波として伝播される。その結果、界面に接するプラズマは高エネルギー密度の表面波によって励起され、さらに増幅される。これにより高密度プラズマが生成されて維持される。ただし、この誘電体を導電性材料に換えた場合、導電性材料は表面波の導波路としては機能せず、好ましい表面波の伝播及びプラズマ励起を生ずることはできない。
次に、表面波の定在波分布について図3、図6乃至図8に基づいて説明する。
図6(A)に示すように、被加工材料8の先端部と負電圧電極25との接続部分において、マイクロ波の供給方向である図6(A)中の上下方向において、不連続な形状の不連続部41が形成されている場合には、不連続部41の周辺の表面に形成されるシース層42が不連続な形状になる。そのため、シース層42内を表面波として伝搬するマイクロ波は、この不連続部41の周辺に形成されたシース層42の不連続な部分で反射され、マイクロ波供給口22の上端面22Aから供給されるマイクロ波による表面波と干渉して、定在波を生成する。
図9に示すように、マイクロ波パルス51の周期は、T3(秒)である。マイクロ波パルス51の1パルス毎の供給時間は、T2(秒)であり、第1実施形態では、T2はT3の約1/2に設定されている。また、負のバイアス電圧パルス52の周期は、マイクロ波パルス51の周期と同じ周期で、T3(秒)である。例えば、マイクロ波パルス51と負のバイアス電圧パルス52の周期は、T3=2(ミリ秒)である。
図10に示すように、印加電圧テーブル55は、「順番」と、「マイクロ波出力(kW)」と、「負のバイアス電圧(V)」とから構成されている。この「順番」には、マイクロ波パルスを供給する順番「1」〜「M」(回目)が記憶されている。
次に、上記のように構成された成膜装置1のCPU31が実行する処理であって、被加工材料8の処理表面にDLC膜を成膜する成膜処理について図11乃至図13に基づいて説明する。この成膜処理は、保持具9に保持された被加工材料8が処理容器2の内部にセットされた状態で、作業者による成膜処理開始の指示が、不図示の操作部に設けられた操作ボタンを介して成膜装置1の制御部6に入力されたことをCPU31が検知することにより実行される。
次に、上記S24でCPU31が実行する「シース厚さ制御処理1」であるサブ処理について図12及び図13に基づいて説明する。
図12に示すように、先ず、S111において、CPU31は、タイマ35の計測時間を「0」にリセットし、成膜時間の計測を開始する。そして、S112において、CPU31は、回数カウンタのカウント値Nを、図10に示す印加電圧テーブル55の「順番」とし、この「順番」に対応づけられた「マイクロ波出力(kW)」を印加電圧テーブル55から読み出す。
図13に示すように、マイクロ波の出力電力が約1kW電力の各マイクロ波パルス51の1パルス供給毎に、負の印加電圧が−358V(シース電位は、−388V)の負のバイアス電圧パルス52A、負の印加電圧が−279V(シース電位は、−309V)の負のバイアス電圧パルス52B、負の印加電圧が−200V(シース電位は、−230V)の負のバイアス電圧パルス52C、負の印加電圧が−279Vの負のバイアス電圧パルス52Dを順番に繰り返し被加工材料8に印加する。
次に、第2実施形態に係る成膜装置61について図14乃至図16に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記図1乃至図13の第1実施形態に係る成膜装置1の構成等と同一符号は、第1実施形態に係る成膜装置1の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。尚、図16において、表面波励起プラズマ66の輪郭は定在波の影響により、実際には、波打つ形状になる。また、実際の表面波励起プラズマ66の大きさは、図16に示す表面波励起プラズマ66の大きさとは限らない。
但し、図9に示されるマイクロ波パルス51と負のバイアス電圧パルス52の印加タイミングに替えて、図14に示されるマイクロ波パルス51と負のバイアス電圧パルス62の印加タイミングが、ROM33又はHDD34に記憶されている。また、図10に示される印加電圧テーブル55に替えて、図14に示される負のバイアス電圧パルス62の「0V」である初期印加電圧VA、負のシース層初期拡大印加電圧VB、負のシース層通常拡大印加電圧VCが、ROM33又はHDD34に記憶されている。つまり、負のバイアス電圧パルス62の1パルス毎の印加電圧波形は、ほぼ同じ波形である。
図14に示すように、マイクロ波パルス51は、第1実施形態に係る成膜装置1のマイクロ波パルス51と同じパルス波形である。また、負のバイアス電圧パルス62の周期は、マイクロ波パルス51の周期と同じ周期である。
次に、上記S24でCPU31が実行する「シース厚さ制御処理2」のサブ処理について図14乃至図16に基づいて説明する。
図15に示すように、先ず、S211において、CPU31は、上記S111の処理を実行する。そして、S212において、CPU31は、マイクロ波の出力電力P1(kW)をROM33又はHDD34から読み出し、このマイクロ波の出力電力P1(kW)を、印加電圧テーブル55から読み出した「マイクロ波出力(kW)」として、上記S112の処理を実行する。また、CPU31は、負のバイアス電圧パルス62の「0V」である初期印加電圧VAをRAM32から読み出し、初期印加電圧VAを負電圧電源15に送信する。
次に、第3実施形態に係る成膜装置71について図17乃至図19に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記図1乃至図13の第1実施形態に係る成膜装置1の構成等と同一符号は、第1実施形態に係る成膜装置1の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。
但し、図17に示すように、図10に示される印加電圧テーブル55の「負のバイアス電圧(V)」には、マイクロ波パルス51を供給する「順番」に対応づけて、シース層42のシース厚さを所定の範囲で徐々に大きくするように設定された負のバイアス電圧パルス72A、72B、72C、・・・の負の印加電圧値が記憶されている。また、各バイアス電圧パルス72A、72B、72C、・・・の負の印加電圧値は連続的に変化するように、各負の印加電圧値は、初期電圧VDから最終電圧VEまで徐々に大きくなるように設定されている。
次に、第4実施形態に係る成膜装置81について図20及び図21に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記第3実施形態に係る成膜装置71の構成等と同一符号は、第3実施形態に係る成膜装置71の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。
第4実施形態に係る成膜装置81の概略構成は、第3実施形態に係る成膜装置71とほぼ同じ構成である。
次に、第5実施形態に係る成膜装置91について図22に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記第3実施形態に係る成膜装置71の構成等と同一符号は、第3実施形態に係る成膜装置71の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。
第5実施形態に係る成膜装置91の概略構成は、第3実施形態に係る成膜装置71とほぼ同じ構成である。
次に、第6実施形態に係る成膜装置95について図23及び図24に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記図1乃至図13の第1実施形態に係る成膜装置1の構成等と同一符号は、第1実施形態に係る成膜装置1の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。
但し、図23に示すように、図10に示される印加電圧テーブル55の「負のバイアス電圧(V)」には、マイクロ波パルス51を供給する「順番」に対応づけて、負電圧電極25に印加する負のバイアス電圧パルス96の負の印加電圧VKと、負電圧電極25に印加する負のバイアス電圧パルス97の負の印加電圧VKよりも絶対値が大きい負の印加電圧VLが、マイクロ波パルス51の供給回数の複数回、例えば4回毎に、交互に繰り返し記憶されている。例えば、負の印加電圧VK=−200V(シース電位は、−230V)であり、負の印加電圧VL=−400V(シース電位は、−430V)である。
2 処理容器
5 ガス供給部
6 制御部
8 被加工材料
9 保持具
11 マイクロ波パルス制御部
12 マイクロ波発振器
13 マイクロ波電源
15 負電圧電源
16 負電圧パルス発生部
22 マイクロ波供給口
25 負電圧電極
31 CPU
41 不連続部
42 シース層
43 定在波
51 マイクロ波パルス
52、62、72A〜72E、82A〜82E 負のバイアス電圧パルス
96、97 負のバイアス電圧パルス
Claims (10)
- 導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御部と、を備え、
前記マイクロ波供給部は、供給するマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波供給口を有し、
前記制御部は、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に電圧値の異なる複数種類のパルス状の負のバイアス電圧を順次印加して、前記シース層のシース厚さの拡大と減縮を繰り返すように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする成膜装置。 - 導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御部と、を備え、
前記マイクロ波供給部は、供給するマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波供給口を有し、
前記制御部は、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に印加される前記負のバイアス電圧の電圧値を1パルス毎又は複数パルス毎に徐々に変化させて、前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする成膜装置。 - 導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御部と、を備え、
前記マイクロ波供給部は、供給するマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波供給口を有し、
前記制御部は、前記被加工材料に前記負のバイアス電圧を印加する負電圧電極の形状が、前記シース層内を前記マイクロ波が表面波として伝搬する伝搬方向において、不連続部を形成する場合には、前記シース層内を伝搬する前記表面波の波長に基づいて前記負のバイアス電圧の電圧値を変化させて、前記シース層のシース厚さを変化させることを特徴とする成膜装置。 - 導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御部と、を備え、
前記マイクロ波供給部は、供給するマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波供給口を有し、
前記マイクロ波供給部は、前記被加工材料にパルス状のマイクロ波を供給し、
前記制御部は、前記マイクロ波の1パルス内において、前記負のバイアス電圧の電圧値を変化させて前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする成膜装置。 - 導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、制御部と、を備えた成膜装置で実行される成膜方法であって、
前記制御部が実行する、
前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、
前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、
前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、
を備え、
前記制御部は、前記制御工程において、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に電圧値の異なる複数種類のパルス状の負のバイアス電圧を順次印加して、前記シース層のシース厚さの拡大と減縮を繰り返すように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする成膜方法。 - 導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、制御部と、を備えた成膜装置で実行される成膜方法であって、
前記制御部が実行する、
前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、
前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、
前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、
を備え、
前記制御部は、前記制御工程において、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に印加される前記負のバイアス電圧の電圧値を1パルス毎又は複数パルス毎に徐々に変化させて、前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする成膜方法。 - 導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、制御部と、を備えた成膜装置で実行される成膜方法であって、
前記制御部が実行する、
前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、
前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、
前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、
を備え、
前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波供給工程において、前記被加工材料にパルス状のマイクロ波を供給し、
前記制御部は、前記制御工程において、前記マイクロ波の1パルス内において、前記負のバイアス電圧の電圧値を変化させて前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする成膜方法。 - 導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、を備えた成膜装置を制御するコンピュータによって、
前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、
前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、
前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を前記成膜装置に実行させる成膜プログラムであって、
前記制御工程において、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に電圧値の異なる複数種類のパルス状の負のバイアス電圧を順次印加して、前記シース層のシース厚さの拡大と減縮を繰り返すように前記負電圧印加部を駆動制御するように前記成膜装置に実行させることを特徴とする成膜プログラム。 - 導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、を備えた成膜装置を制御するコンピュータによって、
前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、
前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、
前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を前記成膜装置に実行させる成膜プログラムであって、
前記制御工程において、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に印加される前記負のバイアス電圧の電圧値を1パルス毎又は複数パルス毎に徐々に変化させて、前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御するように前記成膜装置に実行させることを特徴とする成膜プログラム。 - 導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、を備えた成膜装置を制御するコンピュータによって、
前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、
前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、
前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を前記成膜装置に実行させる成膜プログラムであって、
前記マイクロ波供給工程において、前記被加工材料にパルス状のマイクロ波を供給し、
前記制御工程において、前記マイクロ波の1パルス内において、前記負のバイアス電圧の電圧値を変化させて前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御するように前記成膜装置に実行させることを特徴とする成膜プログラム。
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