JP6100580B2 - 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(DLC)成膜処理する技術が特許文献1等により知られている。
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。
図3に示すように、マイクロ波パルス38の周期は、T3(秒)である。マイクロ波パルス38の1パルス毎の供給時間は、T2(秒)である。従って、マイクロ波パルス38の周期に対するマイクロ波パルス38の1パルス毎の供給時間の比率であるデューティ比は、T2/T3である。後述のように、制御部6のCPU31は、成膜中に供給されるマイクロ波パルス38のデューティ比T2/T3を変化させるようにマイクロ波パルス制御部11を制御する。
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、「ワーク種類」がA〜Gの被加工材料8の処理表面にDLC膜を成膜する成膜処理について図9乃至図11に基づいて説明する。この成膜処理は、CPU31が、先ず、保持具9に保持された被加工材料8が処理容器2の内部に作業者又は不図示の自動搬送機によりセットされて、開閉センサ24からのオン信号の入力を検知する。
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、「ワーク種類」がHの被加工材料8が、処理容器2内にセットされて、DLC膜を成膜する成膜処理について図8、図12乃至図14に基づいて説明する。
成膜装置1に「ワーク種類」がHの被加工材料8がセットされた場合には、CPU31は、「ワーク種類」がA〜Gの被加工材料8がセットされた際と同様に上記S11〜S23の成膜処理を実行して、被加工材料8の処理表面にDLC膜を成膜する。但し、後述のように、CPU21は、S21〜S22の処理において、図8に示す「ワーク種類」が「H」の「DLC層成膜条件」に従ってDLC層膜を成膜する。
図8、図12及び図13に示すように、S21において、CPU31は、S12でRAM32に記憶した「負のバイアス電圧(V)」の印加電圧値、例えば、「−400V」、「マイクロ波出力(kW)」の供給電力値、例えば、「3.0kW」を読み出し、S18と同様の処理を実行する。CPU31は、S12でRAM32に記憶した「マイクロ波/負のバイアス電圧パルス周波数(Hz)」の周波数値、例えば、「500Hz」を読み出し、S18と同様に、マイクロ波パルス38及び負のバイアス電圧パルス39のDLC層成膜時の周期T3(秒)を算出して、RAM32に記憶する。
2 処理容器
3 真空ポンプ
5 ガス供給部
6 制御部
7 圧力調整バブル
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
17 導波管
18 マイクロ波供給口
29 プラズマ発光検出器
38 マイクロ波パルス
39 負のバイアス電圧パルス
46 中間層膜
47、48、53、55、56、61、62 デューティ比
51 DLC層膜
57 0デューティ層膜
58 中硬度DLC層膜
59 高硬度DLC層膜
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パルス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から供給されるマイクロ波パルス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、
前記制御部は、成膜中に供給される前記マイクロ波パルスの周期に対するマイクロ波1パルスの供給時間の比率であるデューティ比が変化するように前記マイクロ波供給部を制御し、
前記デューティ比は、成膜されるダイヤモンドライクカーボン膜の膜特性が第1膜特性となる第1デューティ比と、成膜されるダイヤモンドライクカーボン膜の膜特性が前記第1膜特性と異なる第2膜特性となる第2デューティ比とを含み、
前記制御部は、
膜硬度と密着性と摩擦特性との少なくともいずれか1つを前記第1膜特性及び前記第2膜特性として、
成膜初期において、前記密着性が良くなる前記第1膜特性となる70%以下の前記第1デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給し、成膜終期において、前記膜硬度あるいは前記摩擦特性が前記成膜初期に成膜されたダイヤモンドライクカーボン膜の前記第1膜特性と異なる前記第2膜特性となる80%以上の前記第2デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする成膜装置。 - 前記制御部は、成膜終期において、前記膜硬度が高くなる前記第2膜特性となる前記第2デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
- 前記被加工材料が配置された処理容器に少なくとも炭素と水素とを有する原料ガスと不活性ガスとを供給するガス供給部と、
前記処理容器内の前記原料ガス及び前記不活性ガスを排気する排気部と、を備え、
前記制御部は、成膜終期において、少なくとも2つの異なる80%以上の前記第2デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする請求項2に記載の成膜装置。 - 前記被加工材料が配置された処理容器に炭素と水素と添加金属元素とを有する原料ガスと不活性ガスとを供給するガス供給部と、
前記処理容器内の前記原料ガス及び前記不活性ガスを排気する排気部と、を備え、
前記制御部は、成膜初期において、成膜されるダイヤモンドライクカーボン膜に含まれる前記添加金属元素の含有量が高くなる前記第1デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の成膜装置。 - 前記制御部は、前記第1デューティ比に従う前記マイクロ波パルスの供給と前記第2デューティ比に従う前記マイクロ波パルスの供給との間に、75%以下のデューティ比で前記マイクロ波パルスを供給して中間層膜を成膜するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする請求項4に記載の成膜装置。
- 前記原料ガスは、添加金属元素を含み、
前記制御部は、前記マイクロ波供給部により前記マイクロ波パルスが供給されない期間に、前記負のバイアス電圧を印加するように前記負電圧印加部を制御することを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれかに記載の成膜装置。 - 前記被加工材料が配置された処理容器に炭素と水素と添加金属元素とを有する原料ガスと不活性ガスとを供給するガス供給部と、
前記処理容器内の前記原料ガス及び前記不活性ガスを排気する排気部と、を備え、
前記制御部は、前記原料ガス及び前記不活性ガスの前記処理容器内に供給されるガス流量と前記処理容器から排気される排気量とが成膜中は一定となるように前記ガス供給部と前記排気部とを制御することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の成膜装置。 - 発光波長における前記原料ガスのプラズマの発光強度を検出する発光強度検出部を備え、
前記制御部は、成膜中の前記原料ガスの消費量を一定にするように前記発光強度に基づいて前記デューティ比を調整し、この調整した前記デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする請求項7に記載の成膜装置。 - マイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を導電性を有する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から供給されるマイクロ波パルスを前記被加工材料に伝搬させるマイクロ波供給口と、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パルス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前記マイクロ波供給工程で供給されるマイクロ波パルス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が成膜中に供給される前記マイクロ波パルスの周期に対するマイクロ波1パルスの供給時間の比率であるデューティ比を変化させるように制御し、
前記デューティ比は、成膜されるダイヤモンドライクカーボン膜の膜特性が第1膜特性となる第1デューティ比と、成膜されるダイヤモンドライクカーボン膜の膜特性が前記第1膜特性と異なる第2膜特性となる第2デューティ比とを含み、
前記制御部は、前記制御工程において、
膜硬度と密着性と摩擦特性との少なくともいずれか1つを前記第1膜特性及び前記第2膜特性として、
成膜初期において、前記密着性が良くなる前記第1膜特性となる70%以下の前記第1デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給し、成膜終期において、前記膜硬度あるいは前記摩擦特性が前記成膜初期に成膜されたダイヤモンドライクカーボン膜の前記第1膜特性と異なる前記第2膜特性となる80%以上の前記第2デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給するように前記マイクロ波供給部を制御することを特徴とする成膜方法。 - マイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を導電性を有する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から供給されるマイクロ波パルスを前記被加工材料に伝搬させるマイクロ波供給口と、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パルス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前記マイクロ波供給工程で供給されるマイクロ波パルス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を制御して、成膜中に供給される前記マイクロ波パルスの周期に対するマイクロ波1パルスの供給時間の比率であるデューティ比を変化させるように前記成膜装置に実行させ、
前記デューティ比は、成膜されるダイヤモンドライクカーボン膜の膜特性が第1膜特性となる第1デューティ比と、成膜されるダイヤモンドライクカーボン膜の膜特性が前記第1膜特性と異なる第2膜特性となる第2デューティ比とを含み、
前記制御工程において、
膜硬度と密着性と摩擦特性との少なくともいずれか1つを前記第1膜特性及び前記第2膜特性として、
前記マイクロ波供給部を制御して、成膜初期において、前記密着性が良くなる前記第1膜特性となる70%以下の前記第1デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給し、成膜終期において、前記膜硬度あるいは前記摩擦特性が前記成膜初期に成膜されたダイヤモンドライクカーボン膜の前記第1膜特性と異なる前記第2膜特性となる80%以上の前記第2デューティ比で前記マイクロ波パルスを供給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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