JP6102816B2 - Film forming apparatus, film forming method, and film forming program - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマを用いて、鋼材等の導電性材料の表面に被膜を形成する成膜装置、成膜方法及び成膜プログラムに関するものである。   The present invention relates to a film forming apparatus, a film forming method, and a film forming program for forming a film on the surface of a conductive material such as steel using plasma.

従来より、プラズマを用いて、鋼材等の導電性を有する被加工材料の表面に被膜を形成する成膜装置に関し種々提案されている。例えば、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。)を成膜する技術が特許文献1(特開2004−47207号公報)等により知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, various film forming apparatuses that use plasma to form a coating on the surface of a material to be processed such as a steel material have been proposed. For example, a technique for forming diamond-like carbon (hereinafter referred to as “DLC”) on the surface of a work material is known from Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-47207) and the like.

この特許文献1に開示された技術では、プラズマ生成装置には、棒状の被加工材料が、処理容器内において、石英窓内面から突出して配置される。プラズマ生成装置は、処理容器内に配置された被加工材料に向けて、マイクロ波供給口である石英窓を通してマイクロ波を供給する。これにより、石英窓内面の周辺領域にプラズマが生成される。被加工材料は、生成されたプラズマに覆われ、シース層が生成される。   In the technique disclosed in Patent Document 1, a rod-shaped work material is disposed in the plasma generation apparatus so as to protrude from the inner surface of the quartz window in the processing container. The plasma generation apparatus supplies a microwave through a quartz window, which is a microwave supply port, toward a workpiece material arranged in the processing container. Thereby, plasma is generated in the peripheral region of the inner surface of the quartz window. The material to be processed is covered with the generated plasma, and a sheath layer is generated.

プラズマ生成装置は、マイクロ波の供給中に、被加工材料へ負のバイアス電圧を印加する。この結果、生成されたシース層が、被加工材料の表面に沿って拡大する。供給されたマイクロ波は、この拡大されたシース層に沿って高エネルギ密度の表面波として伝搬する。これにより、被加工材料の石英窓周辺から離れた部分へ、すなわち、被加工材料の石英窓側の一端から処理容器内に突出した他端へとプラズマが伸長する。この結果、原料ガスが表面波によってプラズマ励起されて高密度プラズマとなり、被加工材料の表面全体に成膜処理される。   The plasma generation apparatus applies a negative bias voltage to the material to be processed while the microwave is supplied. As a result, the generated sheath layer expands along the surface of the workpiece material. The supplied microwave propagates as a surface wave of high energy density along the expanded sheath layer. As a result, the plasma extends to a portion of the workpiece material away from the periphery of the quartz window, that is, from one end of the workpiece material on the quartz window side to the other end protruding into the processing container. As a result, the source gas is plasma-excited by surface waves to become high-density plasma, and film formation is performed on the entire surface of the material to be processed.

特開2004−47207号公報JP 2004-47207 A

ここに、特許文献1に記載された成膜方法では、被加工材料を覆うように高密度プラズマが形成され、成膜の進行に伴って被加工材料の表面温度が上昇し続ける。成膜開始温度が高い場合には、被加工材料が、目標とする膜厚に成膜される前に、被加工材料の処理限界温度を超えてしまうことが考えられる。よって、処理限界温度以下で、所定の膜厚を成膜させるため、なるべく低い温度で成膜を開始したいという要望がある。そのため、成膜される時点の温度を低くすると、処理表面における化学反応の活性が不安定であり、被加工材料の表面に成膜される膜の欠陥が、成膜される時点の温度が高い場合に比べ多い。   Here, in the film forming method described in Patent Document 1, high-density plasma is formed so as to cover the material to be processed, and the surface temperature of the material to be processed continues to rise as the film formation proceeds. When the film formation start temperature is high, it is conceivable that the material to be processed exceeds the processing limit temperature of the material to be processed before the film is formed to a target film thickness. Therefore, there is a demand to start film formation at a temperature as low as possible in order to form a predetermined film thickness below the processing limit temperature. Therefore, if the temperature at the time of film formation is lowered, the activity of the chemical reaction on the processing surface is unstable, and defects at the film formed on the surface of the material to be processed have a high temperature at the time of film formation. More than the case.

本発明は上述した問題点を解消するため、被加工材料の表面に発生する膜の欠陥を低減することが可能な成膜装置、成膜方法及び成膜プログラムを提供することを目的とする。   In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a film forming apparatus, a film forming method, and a film forming program capable of reducing film defects generated on the surface of a material to be processed.

前記目的を達成するため請求項1に係る成膜装置は、導電性を有する被加工材料が備えられた処理容器にガスを供給するガス供給部と、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パルス状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から供給される前記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と、前記マイクロ波供給部に、前記負電圧印加部により前記被加工材料に負のバイアス電圧が印加される期間において、前記被加工材料の処理表面に沿って供給されるパルス状のマイクロ波を供給させるように制御をする制御部と、前記被加工材料の表面温度を検出する検出部と、を備え、前記検出部を介して検出される前記被加工材料の表面温度が300℃以下であるとき、前記制御部は、前記マイクロ波供給部に供給させる前記マイクロ波の1パルス当たりの供給時間を100μ秒以下に制御して、成膜を行うことを特徴とする。 In order to achieve the object, a film forming apparatus according to claim 1 includes a gas supply unit that supplies a gas to a processing vessel provided with a conductive material to be processed, and plasma along a processing surface of the material to be processed. A microwave supply unit that supplies a pulsed microwave for generating a negative voltage, and a negative voltage application unit that applies a negative bias voltage to the workpiece material to expand a sheath layer along a treatment surface of the workpiece material; A microwave supply port for propagating the microwave supplied from the microwave supply unit to the expanded sheath layer, and a negative bias applied to the workpiece material by the negative voltage application unit in the microwave supply unit during the period in which the voltage is applied, the control unit for controlling so as to supply the microwaves pulsed supplied along the processing surface of the work piece, the surface of the material to be processed Comprising a detector for detecting a degree, a, when the surface temperature of the processed material to be detected through the detection portion is 300 ° C. or less, the control unit, the micro to be supplied to the microwave supply unit Film formation is performed by controlling the supply time per pulse of the wave to 100 μsec or less .

請求項に係る成膜装置は、請求項1に記載の成膜装置において、前記制御部は、前記マイクロ波供給部に、連続する前記パルス状のマイクロ波のパルス間の供給停止時間が1μ秒以上の間隔で、前記マイクロ波を供給させるように制御をすることを特徴とする。 The film forming apparatus according to claim 2, A film forming apparatus according to claim 1, wherein, the microwave supply unit, the supply stop time between the pulsed microwave successive pulses 1μ Control is performed so that the microwave is supplied at intervals of seconds or more.

請求項に係る成膜装置は、請求項1又は請求項2に記載の成膜装置において、前記制御部は、前記マイクロ波供給部による前記パルス状のマイクロ波の供給と、前記負電圧印加部による前記負のバイアス電圧の印加とを行うタイミングを、同期させように制御をすることを特徴とする。 The film forming apparatus according to claim 3 is the film forming apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the control unit supplies the pulsed microwave by the microwave supply unit and applies the negative voltage. the timing of the application of the negative bias voltage by section, characterized in that the control such Ru synchronized.

請求項に係る成膜方法は、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パルス状の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、前記マイクロ波供給部による前記マイクロ波の供給を制御する制御部と、前記被加工材料の表面温度を検出する検出部と、を備えた成膜装置で実行される成膜方法であって、前記負電圧印加部が、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、前記制御部が、前記マイクロ波供給部に、前記負電圧印加部により前記被加工材料に負のバイアス電圧が印加される期間において、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前記パルス状のマイクロ波を供給させて、前記マイクロ波を拡大された前記シース層へ伝播させるように制御をするマイクロ波供給制御工程と、前記検出部を介して検出される前記被加工材料の表面温度が300℃以下であるか否かを判定する温度判定工程と、を備え、前記温度判定工程で前記検出部を介して検出される前記被加工材料の表面温度が300℃以下であると判定された場合には、前記マイクロ波供給制御工程において、前記制御部が、前記マイクロ波供給部に供給させる前記マイクロ波の1パルス当たりの供給時間を100μ秒以下に制御して、成膜することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a film forming method comprising: a microwave supply unit that supplies a pulsed microwave to a conductive work material via a microwave supply port; and a negative bias voltage applied to the work material. A negative voltage application unit, a control unit that controls the supply of the microwave by the microwave supply unit , and a detection unit that detects a surface temperature of the material to be processed. In the film method, the negative voltage application unit applies a negative bias voltage to the workpiece material to expand a sheath layer along the processing surface of the workpiece material, and the control unit includes: the microwave supply unit, in the period in which the negative bias voltage the material to be processed by the negative voltage application unit is applied, the pulsed microphone for generating plasma along the processing surface of the material to be processed By supplying the waves, and a microwave supply control step of the control to propagate into the sheath layer which is enlarged microwave, the surface temperature of the processed material to be detected through the detecting section 300 A temperature determining step for determining whether or not the temperature is equal to or lower than ° C., and it is determined that the surface temperature of the workpiece material detected through the detection unit in the temperature determining step is equal to or lower than 300 ° C. In the microwave supply control step, the control unit performs film formation by controlling the supply time per pulse of the microwave supplied to the microwave supply unit to 100 μsec or less. To do.

請求項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パルス状の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、前記被加工材料の表面温度を検出する検出部と、を備え、前記マイクロ波供給口を介して供給される前記パルス状のマイクロ波を、前記負電圧印加部により印加される負のバイアス電圧によって拡大される、前記被加工材料の処理表面に沿うシース層へ伝播させて、成膜を行う成膜装置を制御するコンピュータによって、前記負電圧印加部に、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させる負電圧印加工程と、前記マイクロ波供給部に、前記負電圧印加部により前記被加工材料に負のバイアス電圧が印加される期間において、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前記パルス状のマイクロ波を供給させるように制御をする制御工程と、前記検出部を介して検出される前記被加工材料の表面温度が300℃以下であるか否かを判定する温度判定工程と、を前記成膜装置に実行させる成膜プログラムであって、前記温度判定工程で前記検出部を介して検出される前記被加工材料の表面温度が300℃以下であると判定された場合には、前記制御工程において、前記マイクロ波供給部に供給させる前記マイクロ波の1パルス当たりの供給時間を100μ秒以下に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。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a film forming program comprising: a microwave supply unit that supplies a pulsed microwave to a conductive work material via a microwave supply port; and a negative bias voltage applied to the work material. A negative voltage application unit, and a detection unit that detects a surface temperature of the workpiece material, and the pulsed microwave supplied through the microwave supply port is applied by the negative voltage application unit. is expanded by a negative bias voltage, the by propagating the sheath layer along the processing surface of the material to be processed, depending on the computer to control a film forming apparatus for forming a film, to the negative voltage application unit, the object A negative voltage application step of applying a negative bias voltage to the workpiece material to expand the sheath layer along the processing surface of the workpiece material; and the microwave supply unit to the workpiece by the negative voltage application unit In a period in which a negative bias voltage is applied to the charge, the control step of controlling so as to supply the pulsed microwave for generating plasma along the processing surface of the workpiece material, the detection A temperature determination step for determining whether or not the surface temperature of the workpiece material detected through a section is 300 ° C. or less, and a film formation program for causing the film formation apparatus to execute the temperature determination step If it is determined that the surface temperature of the work material detected through the detection unit is 300 ° C. or less, one pulse of the microwave to be supplied to the microwave supply unit in the control step The film forming apparatus is caused to execute so as to control the pertinent supply time to 100 μsec or less .

請求項1に係る成膜装置、請求項に係る成膜方法及び請求項に係る成膜プログラムでは、検出部を介して検出される被加工材料の表面温度が300℃以下の状態では、制御部を介して、マイクロ波供給部は、被加工材料の処理表面に沿って供給されるパルス状のマイクロ波の1パルス当たりの供給時間が100μ秒以下となるように制御されて成膜が行われ In the film forming apparatus according to claim 1, the film forming method according to claim 4 , and the film forming program according to claim 5 , in a state where the surface temperature of the work material detected through the detection unit is 300 ° C. or less, via the control unit, the microwave supply unit is deposited is controlled so that the supply time per one pulse of microwave pulsed supplied along the processing surface of the work piece becomes less than 100μ seconds done Ru.

これにより、成膜開始温度が300℃以下の比較的低い温度である場合に、膜の表面欠陥が発生し易くなる場合であっても、パルス状のマイクロ波の1パルス当たりの供給時間が100μ秒以下となるように制御することにより、膜の表面欠陥の発生を抑制して膜の品質を向上させることができる。 As a result, when the film formation start temperature is a relatively low temperature of 300 ° C. or lower, even if the surface defects of the film are likely to occur, the supply time per pulse of the pulsed microwave is 100 μm. by controlling so that the second or less, it is isosamples suppressing the occurrence of surface defects of the film to improve the quality of the film.

請求項に係る成膜装置では、マイクロ波供給部は、連続するパルス状のマイクロ波のパルス間の供給停止時間を1μ秒以上に設定してマイクロ波を供給する。これにより、パルス状のマイクロ波によるプラズマの発生が断続的になり、これにより膜の表面欠陥の発生を抑制して膜の品質を向上させることができる。 In the film forming apparatus according to the second aspect , the microwave supply unit supplies the microwave by setting the supply stop time between the pulses of the continuous pulsed microwave to 1 μsec or more. Thus, plasma generation by pulsed microwave is intermittently, which makes it isosamples suppressing the occurrence of surface defects of the film to improve the quality of the film.

請求項に係る成膜装置では、制御部は、パルス状のマイクロ波の供給と負のバイアス電圧の印加とが同期するようにマイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する。すなわち、パルス状のマイクロ波が供給されている時間中、これに同期して負電圧印加部からイアス電圧も印加される。これにより、被加工材料を覆うプラズマの発生が断続的となり、これにより膜の表面欠陥の発生を抑制して膜の品質を向上させることができる。 In the film forming apparatus according to claim 3 , the control unit controls the microwave supply unit and the negative voltage application unit so that the supply of the pulsed microwave and the application of the negative bias voltage are synchronized. That is, during the time the pulsed microwave is supplied, bias voltage is applied from the synchronization negative voltage application unit thereto. Thus, generation of plasma to cover the work piece becomes intermittent, thereby to suppress the occurrence of surface defects of the film to improve the quality of the film can Rukoto.

第1実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the film-forming apparatus which concerns on 1st Embodiment. 成膜装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure of the film-forming apparatus. マイクロ波パルスの波形、及び負のバイアス電圧パルスの波形の模式図である。It is a schematic diagram of the waveform of a microwave pulse and the waveform of a negative bias voltage pulse. DLC膜を製膜する際の成膜条件を示すテーブルである。It is a table which shows the film-forming conditions at the time of forming a DLC film. 被膜の単位膜厚当たりの昇温率を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature increase rate per unit film thickness of a film. 成膜装置で行われる成膜処理プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the film-forming process program performed with the film-forming apparatus. 成膜装置で行われる成膜処理プログラムの第1成膜加工処理のフローチャートである。It is a flowchart of the 1st film-forming process of the film-forming process program performed with the film-forming apparatus. マイクロ波の1パルス当たりの供給時間と被膜の表面欠陥数との関係を示すテーブルである。It is a table which shows the relationship between the supply time per pulse of a microwave, and the number of surface defects of a film. マイクロ波の1パルス当たりの供給時間と被膜の表面欠陥数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the supply time per pulse of a microwave, and the number of surface defects of a film. 第2実施形態に係る成膜装置で行われる成膜処理プログラムの第2成膜加工処理のフローチャートである。It is a flowchart of the 2nd film-forming process of the film-forming process program performed with the film-forming apparatus which concerns on 2nd Embodiment.

以下、本発明に係る成膜装置について、本発明を具体化した第1実施形態及び第2実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、第1実施形態に係る成膜装置1の概略構成について図1及び図2に基づいて説明する。   Hereinafter, a film forming apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings based on a first embodiment and a second embodiment that embody the present invention. First, a schematic configuration of the film forming apparatus 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図1は、第1実施形態の成膜装置1の全体構成を示す概略図である。図1に示すように、本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、後述する圧力調整バルブ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、石英等の誘電体からなるマイクロ波供給口22が設けられる。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a film forming apparatus 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the film forming apparatus 1 according to the present embodiment includes a processing vessel 2, a vacuum pump 3, a gas supply unit 5, a control unit 6, and the like. The processing container 2 is made of metal such as stainless steel and has a hermetic structure. The vacuum pump 3 is a pump capable of evacuating the inside of the processing container 2 via a pressure adjusting valve 7 described later. Inside the processing container 2, a microwave supply port 22 made of a dielectric such as quartz is provided.

ガス供給部5は、処理容器2の内部に成膜用の原料ガスと不活性ガスとを供給する。具体的には、He、Ne、Ar、Kr、またはXeなどの不活性ガスとCH、C、又はTMS(テトラメチルシラン)等の原料ガスとが供給される。本実施形態では、成膜用には、CH、およびTMSの原料ガスが用いられる。 The gas supply unit 5 supplies a film forming source gas and an inert gas into the processing container 2. Specifically, an inert gas such as He, Ne, Ar, Kr, or Xe and a source gas such as CH 4 , C 2 H 2 , or TMS (tetramethylsilane) are supplied. In the present embodiment, CH 4 and TMS source gases are used for film formation.

ガス供給部5から供給される原料ガスおよび不活性ガスの流量と、圧力とは、後述する制御部6により制御されてもよいし、作業者により制御されてもよい。原料ガスは、アルキン、アルケン、アルカン、芳香族化合物などのCH結合を有する化合物、または炭素が含まれる化合物が含まれるガスであればよい。Hが原料ガスに含まれてもよい。 The flow rates and pressures of the source gas and the inert gas supplied from the gas supply unit 5 may be controlled by the control unit 6 described later, or may be controlled by an operator. The source gas may be a gas containing a compound having a CH bond such as alkyne, alkene, alkane, aromatic compound, or a compound containing carbon. H 2 may be included in the source gas.

処理容器2には、マイクロ波供給口22の中央に同軸導波管21の中心導体が延長されている。処理容器2の内部には、棒状の表面に導電性を有する被加工材料8が設けられる。被加工材料8は、ステンレス等で形成された導電性を有する保持具9により保持される。被加工材料8は、保持具9により、同軸導波管21の中心導体の延長線上に保持される。マイクロ波供給口22において、同軸導波管21の中心導体と保持具9との間には、真空を保持するために、石英等の誘電体が配置される。被加工材料8の材質は、表面が導電性を有していれば、特に限定されるものではないが、本実施形態では焼戻し鋼である。ここで焼戻し鋼とは、JIS G4051(機械構造用炭素鋼鋼材)、G4401(炭素工具鋼鋼材)、G44−4(合金工具用鋼材)、又はマルエージング鋼材などの材料である。被加工材料8は、焼戻し鋼以外にも、セラミック、または樹脂に導電性の材料がコーティングされているものでもよい。   In the processing container 2, the central conductor of the coaxial waveguide 21 is extended at the center of the microwave supply port 22. A processing material 8 having conductivity on a rod-shaped surface is provided inside the processing container 2. The work material 8 is held by a conductive holder 9 made of stainless steel or the like. The workpiece 8 is held on the extension line of the central conductor of the coaxial waveguide 21 by the holder 9. In the microwave supply port 22, a dielectric such as quartz is disposed between the central conductor of the coaxial waveguide 21 and the holder 9 in order to maintain a vacuum. The material of the work material 8 is not particularly limited as long as the surface has conductivity, but is tempered steel in the present embodiment. Here, the tempered steel is a material such as JIS G4051 (carbon steel material for mechanical structure), G4401 (carbon tool steel material), G44-4 (steel material for alloy tool), or maraging steel material. In addition to tempered steel, the workpiece 8 may be ceramic or resin coated with a conductive material.

マイクロ波供給口22の上端面を除く外周面、つまり、マイクロ波導入面22Aを除く外周面は、ステンレス等の金属で形成された側面導体23で被覆されている。側面導体23は、処理容器2の内側面にネジ止め等によって固定され、電気的に処理容器2に接続されている。   The outer peripheral surface excluding the upper end surface of the microwave supply port 22, that is, the outer peripheral surface excluding the microwave introduction surface 22A, is covered with a side conductor 23 formed of a metal such as stainless steel. The side conductors 23 are fixed to the inner side surface of the processing container 2 by screws or the like, and are electrically connected to the processing container 2.

処理容器2の内部には、保持された被加工材料8に対してDLC成膜処理を行うためのプラズマが発生される。このプラズマは、マイクロ波パルス制御部11、マイクロ波発振器12、マイクロ波電源13(図2参照)、負電圧電源15、及び負電圧パルス発生部16により発生される。本実施形態では、特開2004−47207号公報に開示された方法(以下、「MVP法(Microwave sheath−Voltage combination Plasma法)」という。)により表面波励起プラズマが発生される。以降の記載では、MVP法を説明する。   Plasma for performing a DLC film forming process on the held work material 8 is generated inside the processing container 2. This plasma is generated by the microwave pulse controller 11, the microwave oscillator 12, the microwave power source 13 (see FIG. 2), the negative voltage power source 15, and the negative voltage pulse generator 16. In the present embodiment, surface wave excitation plasma is generated by a method disclosed in JP 2004-47207 A (hereinafter referred to as “MVP method (Microwave shear-Voltage combination Plasma method)”). In the following description, the MVP method will be described.

マイクロ波パルス制御部11は、制御部6の指示に従い、パルス信号を発振する。発振したパルス信号は、マイクロ波発振器12へ送信される。マイクロ波発振器12は、マイクロ波パルス制御部11からのパルス信号に従って、マイクロ波パルスを発生する。マイクロ波電源13は、制御部6の指示に従い、指示された出力で2.45GHzのマイクロ波を発振するマイクロ波発振器12へ電力を供給する。マイクロ波発振器12は、2.45GHzのマイクロ波を、マイクロ波パルス制御部11からのパルス信号に従って、パルス状にして後述するアイソレータ17に供給する。なお、マイクロ波は2.45GHzに限らず、0.3GHz〜50GHzのパルス周波数であればよい。   The microwave pulse control unit 11 oscillates a pulse signal in accordance with an instruction from the control unit 6. The oscillated pulse signal is transmitted to the microwave oscillator 12. The microwave oscillator 12 generates a microwave pulse according to the pulse signal from the microwave pulse controller 11. The microwave power source 13 supplies power to the microwave oscillator 12 that oscillates a microwave of 2.45 GHz with the instructed output in accordance with an instruction of the control unit 6. The microwave oscillator 12 supplies a 2.45 GHz microwave in the form of a pulse according to a pulse signal from the microwave pulse control unit 11 and supplies it to an isolator 17 described later. The microwave is not limited to 2.45 GHz, and may be a pulse frequency of 0.3 GHz to 50 GHz.

マイクロ波は、マイクロ波発振器12からアイソレータ17、チューナ18、導波管19、導波管19から図示されない同軸導波管変換器を介して突設された同軸導波管21を経由しマイクロ波供給口22のマイクロ波導入面22Aから、処理容器2内に供給される。アイソレータ17は、マイクロ波の反射波がマイクロ波発振器12へ戻ることを防ぐものである。チューナ18は、マイクロ波の反射波が最小になるようにチューナ18前後のインピーダンスを整合するものである。   The microwave is transmitted from the microwave oscillator 12 to the isolator 17, the tuner 18, the waveguide 19, and the waveguide 19 via a coaxial waveguide 21 protruding from the waveguide 19 via a coaxial waveguide converter (not shown). It is supplied into the processing container 2 from the microwave introduction surface 22A of the supply port 22. The isolator 17 prevents the reflected wave of the microwave from returning to the microwave oscillator 12. The tuner 18 matches the impedances before and after the tuner 18 so that the reflected wave of the microwave is minimized.

成膜装置1は、負電圧電源15と、負電圧パルス発生部16と、負電圧電極25とを備える。負電圧電源15は、制御部6と接続される。負電圧電源15は、制御部6の指示に従い、負電圧パルス発生部16に負のバイアス電圧を供給する。負電圧パルス発生部16は、負電圧電源15から供給された負のバイアス電圧を、パルス状の負のバイアス電圧にするパルス化を行う。このパルス化の処理は、負電圧パルス発生部16が制御部6の指示に従い、負のバイアス電圧のパルスの大きさ、周期、及び、デューティ比を制御する処理である。負電圧電極25は、被加工材料8または保持具9と電気的に接続される。負電圧電極25により、パルス状の負のバイアス電圧が、被加工材料8に印加される。被加工材料8が、金属基材の場合、またはセラミック、または樹脂に導電性の材料がコーティングされた場合であっても、被加工材料8の少なくとも処理表面の全域にパルス状の負のバイアス電圧が印加される。また、保持具9の表面全域にも被加工材料8を介してパルス状の負のバイアス電圧が印加される。   The film forming apparatus 1 includes a negative voltage power supply 15, a negative voltage pulse generator 16, and a negative voltage electrode 25. The negative voltage power supply 15 is connected to the control unit 6. The negative voltage power supply 15 supplies a negative bias voltage to the negative voltage pulse generator 16 in accordance with an instruction from the controller 6. The negative voltage pulse generator 16 pulsates the negative bias voltage supplied from the negative voltage power supply 15 into a pulsed negative bias voltage. This pulsing process is a process in which the negative voltage pulse generator 16 controls the magnitude, cycle, and duty ratio of a negative bias voltage pulse in accordance with an instruction from the controller 6. The negative voltage electrode 25 is electrically connected to the work material 8 or the holder 9. A negative negative bias voltage is applied to the workpiece material 8 by the negative voltage electrode 25. Even when the work material 8 is a metal substrate, or a ceramic or resin is coated with a conductive material, at least the entire processing surface of the work material 8 has a pulsed negative bias voltage. Is applied. A pulsed negative bias voltage is also applied to the entire surface of the holder 9 via the workpiece 8.

被加工材料8は、負電圧電極25により負のバイアス電圧が印加されると、帯電する。被加工材料8が帯電することにより、マイクロ波導入面22Aからマイクロ波が供給されて生成されたシース層が、包囲空間20内において、被加工材料8の周囲に拡大される。マイクロ波は、被加工材料8の周囲に拡大されたシース層により、保持具9及び被加工材料8の処理表面に伝搬される。パルス状のマイクロ波が供給され、およびパルス状の負のバイアス電圧が同一時間に印加されることにより、図1に示すように、表面波励起プラズマ28が発生される。   The workpiece 8 is charged when a negative bias voltage is applied by the negative voltage electrode 25. When the workpiece material 8 is charged, the sheath layer generated by supplying the microwave from the microwave introduction surface 22 </ b> A is expanded around the workpiece material 8 in the enclosed space 20. The microwave is propagated to the processing surface of the holder 9 and the workpiece material 8 by the sheath layer expanded around the workpiece material 8. By supplying a pulsed microwave and applying a pulsed negative bias voltage at the same time, a surface wave excited plasma 28 is generated as shown in FIG.

[表面波励起プラズマの詳細な説明]
通常、表面波励起プラズマを発生させる場合、まず、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。
[Detailed explanation of surface wave excitation plasma]
Usually, when generating surface wave excitation plasma, first, a microwave is supplied along an interface between a plasma having a certain level of electron (ion) density and a dielectric in contact with the plasma. The supplied microwave is propagated as a surface wave with the energy of electromagnetic waves concentrated on this interface. As a result, the plasma in contact with the interface is excited by a high energy density surface wave and further amplified. Thereby, a high density plasma is generated and maintained. However, when this dielectric is replaced with a conductive material, the conductive material does not function as a surface wave waveguide, and preferable surface wave propagation and plasma excitation cannot occur.

一方、プラズマに接する物体の表面近傍には、本質的に単一極性の荷電粒子層、いわゆるシース層が形成される。物体が、負のバイアス電圧を加えた導電性を有する被加工材料8の場合、シース層とは電子密度が低い層、すなわち、正極性であって、マイクロ波のパルス周波数帯においてはほぼ比誘電率ε≒1の層である。このため、印加する負のバイアス電圧の絶対値を例えば−100Vの絶対値より大きくすることによりシース層のシース厚さを厚くできる。すなわちシース層が拡大する。このシース層が、プラズマとプラズマに接する物体との界面に表面波を伝播させる誘電体として作用する。   On the other hand, an essentially unipolar charged particle layer, a so-called sheath layer, is formed near the surface of an object in contact with plasma. When the object is a work material 8 having conductivity to which a negative bias voltage is applied, the sheath layer is a layer having a low electron density, that is, a positive polarity, and substantially has a dielectric constant in the microwave pulse frequency band. It is a layer with a rate ε≈1. For this reason, the sheath thickness of the sheath layer can be increased by making the absolute value of the negative bias voltage to be applied larger than the absolute value of, for example, −100V. That is, the sheath layer expands. This sheath layer acts as a dielectric that propagates surface waves to the interface between the plasma and the object in contact with the plasma.

従って、被加工材料8を保持する保持具9の一端に近接して配置されたマイクロ波供給口22からマイクロ波が供給され、かつ被加工材料8及び保持具9に負のバイアス電圧が印加されると、マイクロ波はシース層とプラズマとの界面に沿って表面波として伝搬する。この結果、被加工材料8及び保持具9の表面に沿って表面波に基づく高密度励起プラズマが発生する。この高密度励起プラズマが、図1に破線で示す表面波励起プラズマ28である。   Accordingly, the microwave is supplied from the microwave supply port 22 disposed in the vicinity of one end of the holder 9 that holds the workpiece 8, and a negative bias voltage is applied to the workpiece 8 and the holder 9. Then, the microwave propagates as a surface wave along the interface between the sheath layer and the plasma. As a result, high-density excitation plasma based on surface waves is generated along the surfaces of the workpiece 8 and the holder 9. This high-density excitation plasma is a surface wave excitation plasma 28 shown by a broken line in FIG.

このような被加工材料8の表面の近傍での表面波励起による高密度プラズマの電子密度は1011〜1012cm―3に達する。このMVP法を用いたプラズマCVDによりDLC成膜処理される場合は、通常のプラズマCVDによりDLC成膜処理される場合よりも1桁から2桁高い成膜速度3〜30(ナノm/秒)が得られるので高速成膜が可能である。 The electron density of the high-density plasma due to surface wave excitation in the vicinity of the surface of the workpiece 8 reaches 10 11 to 10 12 cm −3 . When the DLC film formation process is performed by plasma CVD using the MVP method, the film formation speed is 3 to 30 (nanometers / second), which is one to two orders of magnitude higher than the case where the DLC film formation process is performed by normal plasma CVD. Therefore, high-speed film formation is possible.

このMVP法では、金属基材である被加工材料8及び保持具9の表面近傍に高密度励起プラズマを発生させるので、被加工材料8及び保持具9の表面温度が焼き戻し温度以上、例えば、約250℃〜約300℃に上昇する。但し、高速成膜が可能であるため、成膜時間は通常のプラズマCVDの成膜時間の1/10〜1/100となる。即ち、成膜時間を数十秒〜数分に短縮できるので、被加工材料8の表面温度が焼き戻し温度を超えても、被加工材料8の軟化を抑制することができる。このような成膜時間が短い高速成膜において、成膜中における被加工材料8の表面温度は、後述する放射温度計29を用いて低誤差で測定することが重要となる。   In this MVP method, high-density excitation plasma is generated in the vicinity of the surfaces of the work material 8 and the holder 9 that are metal substrates, so that the surface temperature of the work material 8 and the holder 9 is equal to or higher than the tempering temperature, for example, The temperature rises from about 250 ° C to about 300 ° C. However, since high-speed film formation is possible, the film formation time is 1/10 to 1/100 of the normal plasma CVD film formation time. That is, since the film formation time can be shortened to several tens of seconds to several minutes, the softening of the work material 8 can be suppressed even if the surface temperature of the work material 8 exceeds the tempering temperature. In such high-speed film formation with a short film formation time, it is important to measure the surface temperature of the workpiece 8 during film formation with a low error using a radiation thermometer 29 described later.

なお、負電圧電源15、および負電圧パルス発生部16が、本発明の負電圧印加部の一例である。マイクロ波パルス制御部11、マイクロ波発振器12、マイクロ波電源13、アイソレータ17、チューナ18、導波管19、及び同軸導波管21が本発明のマイクロ波供給部の一例である。尚、成膜装置1は負電圧電源15、および負電圧パルス発生部16を備えたが、更に正電圧電源、および正電圧パルス発生部を備えてもよいし、負電圧パルス発生部16の代わりに、パルス状の負のバイアス電圧でなく、連続する負のバイアス電圧を印加する負電圧発生部を備えてもよい。   The negative voltage power supply 15 and the negative voltage pulse generator 16 are examples of the negative voltage application unit of the present invention. The microwave pulse control unit 11, the microwave oscillator 12, the microwave power source 13, the isolator 17, the tuner 18, the waveguide 19, and the coaxial waveguide 21 are examples of the microwave supply unit of the present invention. The film forming apparatus 1 includes the negative voltage power supply 15 and the negative voltage pulse generator 16, but may further include a positive voltage power supply and a positive voltage pulse generator, or instead of the negative voltage pulse generator 16. In addition, a negative voltage generator for applying a continuous negative bias voltage instead of a pulsed negative bias voltage may be provided.

成膜装置1には、処理容器2の側壁に設けられた石英窓27の外側近傍の位置に、放射温度計29が配置されている。放射温度計29は、被加工材料8の処理表面のうち、被加工材料8の上端部から下端部までの、図1に示す範囲H1の処理表面の任意の位置の表面温度を連続的に測定する。尚、放射温度計29は、マイクロ波供給口22から突出する保持具9の表面温度を測定し、被加工材料8の処理表面の表面温度を推定してもよい。放射温度計29は、制御部6に電気的に接続される。また、液晶ディスプレイ(LCD)30が制御部6に電気的に接続される。また、不図示のブザー等が制御部6に電気的に接続される。放射温度計29が、本発明の検出部の一例である。   In the film forming apparatus 1, a radiation thermometer 29 is disposed at a position near the outside of the quartz window 27 provided on the side wall of the processing container 2. The radiation thermometer 29 continuously measures the surface temperature at any position of the processing surface in the range H1 shown in FIG. 1 from the upper end portion to the lower end portion of the processing material 8 among the processing surface of the processing material 8. To do. The radiation thermometer 29 may measure the surface temperature of the holder 9 protruding from the microwave supply port 22 to estimate the surface temperature of the processing surface of the workpiece 8. The radiation thermometer 29 is electrically connected to the control unit 6. A liquid crystal display (LCD) 30 is electrically connected to the control unit 6. A buzzer (not shown) or the like is electrically connected to the control unit 6. The radiation thermometer 29 is an example of the detection unit of the present invention.

放射温度計29は、被加工材料8の処理表面からの測定波長帯の中心波長λの赤外線を受信し、受信された赤外線の強度Vを算出する。放射温度計29は、算出した赤外線の強度Vと、予め記憶している温度計設定放射率εとから被加工材料8の処理表面の表面温度として算出して出力する。放射温度計29は、算出した出力温度を所定時間毎に、例えば、0.1秒毎に、制御部6へ出力する。 The radiation thermometer 29 receives infrared rays having a center wavelength λ in the measurement wavelength band from the processing surface of the workpiece 8 and calculates the intensity V of the received infrared rays. The radiation thermometer 29 calculates and outputs the surface temperature of the processing surface of the workpiece 8 from the calculated infrared intensity V and the thermometer setting emissivity ε 1 stored in advance. The radiation thermometer 29 outputs the calculated output temperature to the control unit 6 every predetermined time, for example, every 0.1 second.

図2は、成膜装置1の電気的構成の概略を示す概略ブロック図である。図2に示すように、制御部6には、圧力調整バルブ7、大気開放バルブ10、真空計26、放射温度計29、液晶ディスプレイ(LCD)30、負電圧電源15、負電圧パルス発生部16、マイクロ波パルス制御部11、ガス供給部5、及びマイクロ波電源13が電気的に接続されている。   FIG. 2 is a schematic block diagram showing an outline of the electrical configuration of the film forming apparatus 1. As shown in FIG. 2, the control unit 6 includes a pressure adjustment valve 7, an atmosphere release valve 10, a vacuum gauge 26, a radiation thermometer 29, a liquid crystal display (LCD) 30, a negative voltage power supply 15, and a negative voltage pulse generator 16. The microwave pulse control unit 11, the gas supply unit 5, and the microwave power source 13 are electrically connected.

制御部6は、負電圧電源15とマイクロ波電源13に制御信号を出力してマイクロ波パルスの印加電力とパルス状の負電圧の印加電圧を制御する。制御部6は、負電圧パルス発生部16及びマイクロ波パルス制御部11に制御信号を出力することによって、パルス状の負のバイアス電圧の印加タイミング、供給電圧、デューティ比、及びマイクロ波発振器12から発生されるマイクロ波パルスの供給タイミング、デューティ比、及び供給電力を制御する。   The control unit 6 outputs control signals to the negative voltage power supply 15 and the microwave power supply 13 to control the applied power of the microwave pulse and the applied voltage of the pulsed negative voltage. The control unit 6 outputs a control signal to the negative voltage pulse generation unit 16 and the microwave pulse control unit 11, thereby applying the pulsed negative bias voltage application timing, supply voltage, duty ratio, and the microwave oscillator 12. The supply timing, duty ratio, and supply power of the generated microwave pulse are controlled.

制御部6は、ガス供給部5に流量制御信号を出力して原料ガス及び不活性ガスの供給を制御する。制御部6は、処理容器2に取り付けられた真空計26から入力される処理容器2内の圧力を表す圧力信号に基づいて、制御信号を圧力調整バルブ7に出力する。この制御信号が入力された圧力調整バルブ7は、この制御信号に含まれる圧力信号に基づいて、バルブ開度を調節することにより、処理容器2内の圧力を制御する。   The control unit 6 outputs a flow rate control signal to the gas supply unit 5 to control the supply of the source gas and the inert gas. The control unit 6 outputs a control signal to the pressure adjustment valve 7 based on a pressure signal representing a pressure in the processing container 2 input from a vacuum gauge 26 attached to the processing container 2. The pressure adjusting valve 7 to which the control signal is input controls the pressure in the processing container 2 by adjusting the valve opening based on the pressure signal included in the control signal.

制御部6は、全開、全閉の制御信号を大気開放バルブ10に出力する。全開の制御信号が入力された大気開放バルブ10は、バルブ開度を全開にする。全閉の制御信号が入力された大気開放バルブ10は、バルブ開度を全閉にする。大気開放バルブ10が全開になった場合には、処理容器2は、大気開放バルブ10を介して、内部の圧力が外気圧と同じになる。   The control unit 6 outputs fully open and fully closed control signals to the atmosphere release valve 10. The air release valve 10 to which the fully open control signal is input fully opens the valve opening. The atmospheric release valve 10 to which the fully closed control signal is input makes the valve opening fully closed. When the atmosphere release valve 10 is fully opened, the internal pressure of the processing container 2 becomes the same as the external pressure via the atmosphere release valve 10.

制御部6は、CPU31、RAM32、ROM33、ハードディスクドライブ(以下、「HDD」という。)34、全成膜処理の経過時間を計測するタイマ35、イオンクリーニング、DLC膜の成膜処理の終了を判定する終了判定用タイマ36等を備えるコンピュータから構成される。CPU31は、RAM32等の揮発性記憶装置に種々の情報を一時記憶し、後述により説明する成膜処理プログラムを実行して、成膜装置1の全体の制御を行う。   The control unit 6 determines the end of the CPU 31, RAM 32, ROM 33, hard disk drive (hereinafter referred to as “HDD”) 34, timer 35 that measures the elapsed time of all film forming processes, ion cleaning, and DLC film forming processes. And a computer including an end determination timer 36 and the like. The CPU 31 temporarily stores various types of information in a volatile storage device such as the RAM 32 and executes a film formation processing program described later to control the entire film formation apparatus 1.

ROM33とHDD34は、不揮発性記憶装置であり、成膜装置1により行われる成膜処理の成膜条件、およびCPU31が実行する成膜処理プログラムを記憶する。具体的には、ROM33とHDD34は、図4に示すDLC成膜条件を示すデータと、後述する図6に処理手順をフローチャートにより示す成膜処理プログラムとを記憶する。なお、成膜条件を示すデータおよび成膜処理プログラムは、図示しないドライバによりCD−ROM、またはDVD−ROMなどの記憶媒体から読み込まれてもよいし、図示しないインターネット等のネットワークからダウンロードされてもよい。   The ROM 33 and the HDD 34 are nonvolatile storage devices, and store the film forming conditions for the film forming process performed by the film forming apparatus 1 and the film forming process program executed by the CPU 31. Specifically, the ROM 33 and the HDD 34 store data indicating the DLC film forming conditions shown in FIG. 4 and a film forming processing program whose processing procedure is shown in a flowchart in FIG. The data indicating the film formation conditions and the film formation processing program may be read from a storage medium such as a CD-ROM or DVD-ROM by a driver (not shown), or downloaded from a network such as the Internet (not shown). Good.

図4は、第1実施形態における成膜装置1により実行されるDLC成膜条件の一例を示すDLC成膜条件テーブルである。DLC成膜条件テーブルには、例えば、図4に示すように、「ガス流量(sccm)」として、不活性ガスArは「50sccm」、水素Hは「50sccm」、メタンCHは「100sccm」、TMSは「20sccm」が記憶され、「圧力(Pa)」として「50Pa」、「負のDCバイアス電圧(V)」として「−250V」、「負のバイアス電圧パルスデューティ比(%)」として「90%」が記憶されている。 FIG. 4 is a DLC film forming condition table showing an example of the DLC film forming conditions executed by the film forming apparatus 1 in the first embodiment. In the DLC film formation condition table, for example, as shown in FIG. 4, as “gas flow rate (sccm)”, the inert gas Ar is “50 sccm”, the hydrogen H 2 is “50 sccm”, and the methane CH 4 is “100 sccm”. , TMS stores “20 sccm”, “pressure (Pa)” as “50 Pa”, “negative DC bias voltage (V)” as “−250 V”, “negative bias voltage pulse duty ratio (%)” “90%” is stored.

図5は、図4のDLC成膜条件テーブルの成膜条件に従って成膜が行われるときの単位膜厚当たりの昇温率の一例を示すグラフである。図4に示すDLC成膜条件テーブル41及び図5に示す被膜の単位膜厚当たりの昇温率のグラフにおいて、「マイクロ波パルスデューティ比(%)」と「昇温率(℃/μm)」とが相互に対応する。例えば、成膜条件としてマイクロ波のデューティ比を50%にした場合には、昇温率は68(℃/μm)となる。また、成膜条件としてマイクロ波パルスのデューティ比を40%にした場合には、昇温率は63(℃/μm)となる。かかるマイクロ波パルスデューティ比(%)及び「昇温率(℃/μm)」は、例えば、成膜開始時までに処理容器2内の系の温度が上がり過ぎないように、マイクロ波パルスのデューティ比(%)は50%程度に設定され、この時の昇温率は68℃/μmとなる。   FIG. 5 is a graph showing an example of a temperature increase rate per unit film thickness when film formation is performed according to the film formation conditions in the DLC film formation condition table of FIG. In the DLC film formation condition table 41 shown in FIG. 4 and the graph of the temperature rise rate per unit film thickness shown in FIG. 5, “microwave pulse duty ratio (%)” and “temperature rise rate (° C./μm)”. And correspond to each other. For example, when the microwave duty ratio is set to 50% as the film forming condition, the temperature increase rate is 68 (° C./μm). Further, when the duty ratio of the microwave pulse is set to 40% as the film forming condition, the temperature rising rate is 63 (° C./μm). The microwave pulse duty ratio (%) and the “temperature increase rate (° C./μm)” are, for example, the duty of the microwave pulse so that the temperature of the system in the processing container 2 does not rise too much by the start of film formation. The ratio (%) is set to about 50%, and the temperature increase rate at this time is 68 ° C./μm.

CPU31が、成膜処理プログラムに従って、イオンクリーニング、および成膜処理または後述する成膜加工処理において、マイクロ波の供給と負のバイアス電圧の印加を実行するとき、パルス状のマイクロ波を、マイクロ波供給口22から供給し、パルス状の負のバイアス電圧を負電圧電極25から被加工材料28へ印加する。このとき、CPU31が制御するマイクロ波パルスの供給タイミングと、パルス状の負のバイアス電圧の印加タイミングの一例について図3に基づいて説明する。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。   When the CPU 31 executes the supply of microwaves and the application of a negative bias voltage in ion cleaning and film formation processing or film formation processing described later according to the film formation program, the pulsed microwaves are converted into microwaves. Supplyed from the supply port 22, a pulsed negative bias voltage is applied from the negative voltage electrode 25 to the workpiece 28. At this time, an example of the supply timing of the microwave pulse controlled by the CPU 31 and the application timing of the pulsed negative bias voltage will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the period of the microwave pulse 38 is T3 (seconds). The supply time for each pulse of the microwave pulse 38 is T2 (seconds). Therefore, the duty ratio, which is the ratio of the supply time for each pulse of the microwave pulse 38 to the period of the microwave pulse 38, is T2 / T3.

また、パルス状の負のバイアス電圧39の周期は、マイクロ波パルス38の周期と同じ周期で、T3(秒)である。パルス状の負のバイアス電圧39の印加時間は、(T4−T1)(秒)である。このとき、パルス状の負のバイアス電圧39の周期に対するパルス状の負のバイアス電圧39の1パルス毎の印加時間の比率であるデューティ比は、(T4−T1)/T3である。   The period of the pulsed negative bias voltage 39 is the same period as the period of the microwave pulse 38 and is T3 (seconds). The application time of the pulsed negative bias voltage 39 is (T4−T1) (seconds). At this time, the duty ratio that is the ratio of the application time for each pulse of the pulsed negative bias voltage 39 to the period of the pulsed negative bias voltage 39 is (T4−T1) / T3.

そして、パルス状の負のバイアス電圧39の印加タイミングは、マイクロ波パルス38の供給開始タイミングよりもT1(秒)だけ遅延するように設定されている。遅延時間T1(秒)を示す情報は、制御部6のROM33又はHDD34に記憶されている。各時間T2、T3、T4(秒)を示す情報は、制御部6のROM33又はHDD34に格納される各DLC成膜条件テーブル41に記憶されているデータからCPU31により算出される。前記した負のバイアス電圧の印加時間は、マイクロ波パルス38が供給される時間と同等、又はマイクロ波パルス38の1周期の整数倍であることが望ましい。   The application timing of the pulsed negative bias voltage 39 is set to be delayed by T1 (seconds) from the supply start timing of the microwave pulse 38. Information indicating the delay time T1 (seconds) is stored in the ROM 33 or the HDD 34 of the control unit 6. Information indicating each time T2, T3, and T4 (seconds) is calculated by the CPU 31 from data stored in each DLC film formation condition table 41 stored in the ROM 33 or the HDD 34 of the control unit 6. The application time of the negative bias voltage is preferably equal to the time when the microwave pulse 38 is supplied or an integer multiple of one period of the microwave pulse 38.

[成膜処理]
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の処理手順について、図4および図6を用いて説明する。図6は、CPU31により実行される成膜処理プログラムの処理手順を説明するフローチャートである。この成膜処理では、先ず、保持具9に保持された被加工材料8が処理容器2の内部に作業者によりセットされる。
[Film formation]
Next, FIG. 4 and FIG. 4 show the processing procedure of the film forming process performed by the CPU 31 of the film forming apparatus 1 configured as described above, in which a DLC film is formed on the processing surface of the material 8 to be processed. 6 will be described. FIG. 6 is a flowchart for explaining the processing procedure of the film forming processing program executed by the CPU 31. In this film forming process, first, the work material 8 held by the holder 9 is set in the processing container 2 by an operator.

その後、CPU31は、自動的に、若しくは、作業者による成膜開始指示が、不図示の操作部に設けられた操作ボタンを介して制御部6に入力されたことを検知することにより「成膜処理」を開始する。   Thereafter, the CPU 31 detects that a film formation start instruction by an operator is input to the control unit 6 via an operation button provided on an operation unit (not shown). Start processing.

図6に示すように、先ず、ステップ(以下、Sと略記する)11において、CPU31は、ROM33とHDD34から、図4に示すDLC成膜条件テーブル41に示す成膜条件を読み出しRAM32に記憶する。S11では、CPU31は、成膜条件などの所定のパラメータをROM33又はHDD34から読み出して、RAM32に記憶する。所定のパラメータは、後述するイオンクリーニングパラメータ、ガス流量値等のパラメータである。これらのパラメータは、予めROM33又はHDD34に記憶された成膜条件に基づき、自動で設定されてもよい。成膜条件は、S11において、作業者が不図示の操作部を介して、各データを制御部6に入力し、CPU31が入力された各データをRAM32に記憶するようにしてもよい。   As shown in FIG. 6, first, in step (hereinafter abbreviated as “S”) 11, the CPU 31 reads out the film formation conditions shown in the DLC film formation condition table 41 shown in FIG. 4 from the ROM 33 and the HDD 34 and stores them in the RAM 32. . In S <b> 11, the CPU 31 reads predetermined parameters such as film forming conditions from the ROM 33 or the HDD 34 and stores them in the RAM 32. The predetermined parameters are parameters such as an ion cleaning parameter and a gas flow rate value which will be described later. These parameters may be automatically set based on the film formation conditions stored in advance in the ROM 33 or the HDD 34. As for the film forming conditions, in S11, an operator may input each data to the control unit 6 via an operation unit (not shown), and the CPU 31 may store the input data in the RAM 32.

続いて、S12において、真空ポンプ3を起動させ、処理容器2の空気を排気する。CPU31は、真空計26から入力される圧力信号に基づいて、処理容器2の内部が、所定の真空度(例えば、1.0Pa未満である。)に達するまで、真空ポンプ3を作動させる。この所定の真空度は、予めROM33又はHDD34に記憶されている。処理容器2の内部が、所定の真空度に達すると、CPU31は、S14の処理を実行する。   Subsequently, in S12, the vacuum pump 3 is activated and the air in the processing container 2 is exhausted. Based on the pressure signal input from the vacuum gauge 26, the CPU 31 operates the vacuum pump 3 until the inside of the processing container 2 reaches a predetermined degree of vacuum (for example, less than 1.0 Pa). This predetermined degree of vacuum is stored in advance in the ROM 33 or the HDD 34. When the inside of the processing container 2 reaches a predetermined degree of vacuum, the CPU 31 executes the process of S14.

処理容器2の内部が、所定の真空度(例えば、1.0Pa未満である。)に達すると、S14において、CPU31は、不活性ガスArの供給を開始する。詳細には、イオンクリーニングパラメータである不活性ガスArのガス流量値(例えば、ガス流量50sccmである。)をRAM32から読み出し、ガス供給部5に対して読み出されたガス流量値で処理容器2内へ不活性ガスArの供給をするように指示する供給信号を出力する。その後、CPU31は、圧力調整バルブ7を介して処理容器2内の原料ガス及び不活性ガスを一定流量で排気するように設定し、処理容器2の内部が所定圧力になるように調整する。CPU31は、真空計26から入力される圧力信号に基づいて、処理容器2の内部の圧力が測定される。処理容器2の内部が、所定の圧力に達したとき、CPU31は、S16の処理を実行する。   When the inside of the processing container 2 reaches a predetermined degree of vacuum (for example, less than 1.0 Pa), in S14, the CPU 31 starts supplying the inert gas Ar. Specifically, the gas flow value of the inert gas Ar that is an ion cleaning parameter (for example, the gas flow rate is 50 sccm) is read from the RAM 32, and the processing container 2 is read with the gas flow value read out to the gas supply unit 5. A supply signal for instructing supply of the inert gas Ar is output. Thereafter, the CPU 31 sets the source gas and the inert gas in the processing container 2 to be exhausted at a constant flow rate via the pressure adjusting valve 7 and adjusts the inside of the processing container 2 to a predetermined pressure. The CPU 31 measures the pressure inside the processing vessel 2 based on the pressure signal input from the vacuum gauge 26. When the inside of the processing container 2 reaches a predetermined pressure, the CPU 31 executes the process of S16.

S16において、CPU31は、RAM32に記憶されたイオンクリーニングパラメータに基づいてイオンクリーニングを開始する。このイオンクリーニングパラメータには、マイクロ波の出力電力(例えば、800Wである。)、負のバイアス電圧パルスの印加電圧(例えば、−200Vである。)が含まれている。イオンクリーニングは、アーキング発生頻度が所定の頻度未満となるまで実行される。所定の頻度は、ROM33又はHDD34に予め記憶されている。CPU31は、負のバイアス電圧の印加タイミングを負電圧電源15に送信する。CPU31は、マイクロ波の出力電力と、マイクロ波の出力電力の印加タイミングとをマイクロ波電源13に送信する。イオンクリーニングが行われ、アーキング発生頻度が所定の頻度未満となったとき、CPU31は、S18を実行する。または、イオンクリーニングパラメータとしてイオンクリーニング時間が設定されている場合には、CPU31は、イオンクリーニング開始からタイマ35で計測した時間がイオンクリーニング時間を経過したと判断したとき、S18を実行してもよい。   In S <b> 16, the CPU 31 starts ion cleaning based on the ion cleaning parameters stored in the RAM 32. The ion cleaning parameters include a microwave output power (for example, 800 W) and a negative bias voltage pulse applied voltage (for example, −200 V). The ion cleaning is executed until the arcing occurrence frequency becomes less than a predetermined frequency. The predetermined frequency is stored in advance in the ROM 33 or the HDD 34. The CPU 31 transmits the negative bias voltage application timing to the negative voltage power supply 15. The CPU 31 transmits the microwave output power and the application timing of the microwave output power to the microwave power supply 13. When ion cleaning is performed and the arcing frequency is less than the predetermined frequency, the CPU 31 executes S18. Alternatively, when the ion cleaning time is set as the ion cleaning parameter, the CPU 31 may execute S18 when determining that the time measured by the timer 35 from the start of the ion cleaning has passed the ion cleaning time. .

ここで、S16における具体的な処理を説明する。S16では、具体的には、CPU31は、負のバイアス電圧の印加電圧を負電圧電源15に送信する。CPU31は、マイクロ波の出力電力をマイクロ波電源13に送信する。CPU31は、S11で取得した負のバイアス電圧の周期T3(秒)、1パルス毎の印加時間(T4−T1)(秒)、及び、マイクロ波の供給開始タイミングからの遅延時間T1(秒)に基づいて、負のバイアス電圧の印加開始タイミングを示すオン信号及び印加停止タイミングを示すオフ信号を示すパルス信号を、負電圧パルス発生部16に送信する。CPU31は、S11で取得したパルス状のマイクロ波の周期T3(秒)、1パルス毎の供給時間T2(秒)に基づいて、マイクロ波の供給開始タイミングを示すオン信号及び供給停止タイミングを示すオフ信号を示すパルス信号をマイクロ波パルス制御部11に送信する。   Here, specific processing in S16 will be described. Specifically, in S <b> 16, the CPU 31 transmits an application voltage of a negative bias voltage to the negative voltage power supply 15. The CPU 31 transmits microwave output power to the microwave power source 13. The CPU 31 sets the negative bias voltage period T3 (seconds) acquired in S11, the application time per pulse (T4-T1) (seconds), and the delay time T1 (seconds) from the microwave supply start timing. Based on this, a pulse signal indicating an ON signal indicating the application start timing of the negative bias voltage and an OFF signal indicating the application stop timing is transmitted to the negative voltage pulse generator 16. The CPU 31 turns on the ON signal indicating the supply start timing of the microwave and the OFF indicating the supply stop timing based on the period T3 (second) of the pulsed microwave acquired in S11 and the supply time T2 (second) of each pulse. A pulse signal indicating the signal is transmitted to the microwave pulse control unit 11.

この結果、負電圧電源15は、受信した印加電圧に従い、負電圧パルス発生部16に負の印加電圧を供給する。負電圧パルス発生部16は、供給された負の印加電圧を、周期T3(秒)毎に受信した負のバイアス電圧のパルス信号に示される印加タイミングで、マイクロ波の供給開始からT1(秒)遅延して、負電圧電極25により被加工材料8に(T4−T1)秒間、印加させる。   As a result, the negative voltage power supply 15 supplies a negative applied voltage to the negative voltage pulse generator 16 according to the received applied voltage. The negative voltage pulse generator 16 applies the supplied negative applied voltage at the application timing indicated by the pulse signal of the negative bias voltage received every cycle T3 (seconds) from the start of the microwave supply T1 (seconds). After a delay, the negative voltage electrode 25 is applied to the workpiece 8 for (T4−T1) seconds.

また、マイクロ波電源13は、受信したマイクロ波の出力電力に従い、マイクロ波発振器12に電力を供給する。マイクロ波パルス制御部11は、供給されたマイクロ波の出力電力で、受信したマイクロ波のパルス信号に示される供給タイミングに従い、周期T3(秒)毎に、供給時間T2(秒)間のパルス信号をマイクロ波発振器12に送信する。マイクロ波発振器12は、周期T3(秒)毎に、受信したパルス信号に従う供給時間T2(秒)のマイクロ波を、供給された電力に応じた2.45GHzのマイクロ波電力で、アイソレータ17、チューナ18、導波管19、同軸導波管21及びマイクロ波供給口22を介して保持具9及び被加工材料8に向け供給する。   Further, the microwave power supply 13 supplies power to the microwave oscillator 12 according to the received microwave output power. The microwave pulse control unit 11 uses the output power of the supplied microwave, and in accordance with the supply timing indicated by the received microwave pulse signal, the pulse signal for the supply time T2 (seconds) every cycle T3 (seconds). Is transmitted to the microwave oscillator 12. The microwave oscillator 12 generates a microwave having a supply time T2 (seconds) according to the received pulse signal at a period T3 (seconds) with a microwave power of 2.45 GHz corresponding to the supplied power, and is connected to the isolator 17 and the tuner. 18, supplied to the holder 9 and the work material 8 through the waveguide 19, the coaxial waveguide 21, and the microwave supply port 22.

これにより、これら負のバイアス電圧により被加工材料8の表面に沿うシース層が、マイクロ波の伝搬する伝搬方向に対して直交する方向に拡大され、シース層内を伝搬するマイクロ波により不活性ガスArのプラズマが発生する。この発生された不活性ガスArのプラズマにより、被加工材料8の表面がイオンクリーニングされる。イオンクリーニングが行われると、被加工材料8の表面温度が上昇する。   As a result, the sheath layer along the surface of the workpiece 8 is expanded in the direction orthogonal to the propagation direction of the microwave by these negative bias voltages, and the inert gas is generated by the microwave propagating in the sheath layer. Ar plasma is generated. The surface of the material 8 to be processed is ion-cleaned by the generated plasma of the inert gas Ar. When ion cleaning is performed, the surface temperature of the workpiece 8 increases.

S18において、先ず、CPU31は、マイクロ波パルス制御部11にマイクロ波発振器12に送信しているパルス信号を停止するように指示する停止信号を送信する。これにより、マイクロ波発振器12は、パルス信号を受信しないため、マイクロ波パルス38の出力を停止する。また、CPU31は、負電圧パルス発生部16に負のバイアス電圧の印加を停止するように指示する停止信号を送信する。これにより、負電圧パルス発生部16は、被加工材料8への負のバイアス電圧の印加を停止する。   In S <b> 18, the CPU 31 first transmits a stop signal that instructs the microwave pulse control unit 11 to stop the pulse signal transmitted to the microwave oscillator 12. Thereby, the microwave oscillator 12 does not receive the pulse signal, and therefore stops outputting the microwave pulse 38. In addition, the CPU 31 transmits a stop signal that instructs the negative voltage pulse generator 16 to stop applying the negative bias voltage. As a result, the negative voltage pulse generator 16 stops applying the negative bias voltage to the workpiece 8.

この後更に、S18において、CPU31は、ROM33又はHDD34から原料ガス及び不活性ガスを供給するそれぞれのガス流量値を読み出し、ガス供給部5に流量制御指示として送信するガス供給部5は、流量制御指示に従い、原料ガス及び不活性ガスを処理容器2の内部に供給する。尚、原料ガス及び不活性ガスを供給するそれぞれのガス流量値は、予めROM33又はHDD34に記憶されている。例えば、不活性ガスArは50sccmである。H2は50sccm、CH4は100sccmである。TMSは、20sccmである。   Thereafter, in S18, the CPU 31 reads out the respective gas flow values for supplying the source gas and the inert gas from the ROM 33 or the HDD 34, and transmits them to the gas supply unit 5 as a flow control instruction. In accordance with the instructions, the raw material gas and the inert gas are supplied into the processing container 2. In addition, each gas flow value which supplies raw material gas and an inert gas is memorize | stored in ROM33 or HDD34 previously. For example, the inert gas Ar is 50 sccm. H2 is 50 sccm and CH4 is 100 sccm. TMS is 20 sccm.

S18において、CPU31は、原料ガス及び不活性ガスを供給した後、圧力調整バルブ7を介して処理容器2内の原料ガス及び不活性ガスを一定流量で排気するように設定し、処理容器2の内部が所定圧力になるように調整する。続いて、CPU31は、真空計26から入力される圧力信号に基づいて、処理容器2の内部が、所定の圧力に達したとき、S200において、成膜加工処理が行われる。   In S <b> 18, after supplying the source gas and the inert gas, the CPU 31 sets the source gas and the inert gas in the processing container 2 to be exhausted at a constant flow rate via the pressure adjustment valve 7. Adjust so that the inside is at a predetermined pressure. Subsequently, based on the pressure signal input from the vacuum gauge 26, the CPU 31 performs a film forming process in S200 when the inside of the processing container 2 reaches a predetermined pressure.

S200では、成膜加工処理が行われる。S200では、CPU31は、負のバイアス電圧の印加電圧を負電圧電源15に送信する。CPU31は、マイクロ波の出力電力をマイクロ波電源13に送信する。CPU31は、RAM32に成膜条件として記憶されている負のバイアス電圧の1パルスの周期T3(秒)、1パルス毎の印加時間(T4−T1)(秒)、及び、マイクロ波の供給開始タイミングからの遅延時間T1(秒)に基づいて、負のバイアス電圧のパルス信号を、負電圧パルス発生部16に送信する。CPU31は、RAM32に成膜条件として記憶されているパルス状のマイクロ波の周期T3(秒)、1パルス毎の供給時間T2(秒)に基づいて、マイクロ波のパルス信号をマイクロ波パルス制御部11に送信する。S18において、処理容器2内に、原料ガス及び不活性ガスが供給された状態において、S200において、マイクロ波が供給され、被加工材料18に負電圧が印加されると、被加工材料18の表面に成膜が行われる。   In S200, a film forming process is performed. In S <b> 200, the CPU 31 transmits a negative bias voltage application voltage to the negative voltage power supply 15. The CPU 31 transmits microwave output power to the microwave power source 13. The CPU 31 stores the negative bias voltage stored in the RAM 32 as a film forming condition, one pulse period T3 (second), one pulse application time (T4-T1) (second), and microwave supply start timing. The negative bias voltage pulse signal is transmitted to the negative voltage pulse generator 16 based on the delay time T1 (seconds) from the negative voltage pulse. The CPU 31 converts a microwave pulse signal into a microwave pulse control unit based on a pulsed microwave period T3 (seconds) stored in the RAM 32 as a film forming condition and a supply time T2 (seconds) for each pulse. 11 to send. In S18, when the source gas and the inert gas are supplied into the processing container 2, in S200, when a microwave is supplied and a negative voltage is applied to the work material 18, the surface of the work material 18 is obtained. Film formation is performed.

図8は、S200が実行されて被加工材料18に成膜が行われる場合に、S200が行われるときの温度である成膜開始温度と、供給されるマイクロ波の1パルス毎の時間とに応じて、被加工材料18の表面1mmあたりに発生する欠陥数を示す対応表である。
図9は、図8の成膜開始温度に応じて、マイクロ波の1パルス毎の時間を横軸に設定し、表面欠陥数を縦軸に設定して、マイクロ波の1パルス毎の時間に応じて発生する表面欠陥数を示したグラフである。
図8は、成膜開始温度に、160℃、200℃、300℃、400℃を設定し、被加工材料8に供給されるパルス状のマイクロ波の1パルス当たりの供給時間に、2μ秒、10μ秒、25μ秒、50μ秒、100μ秒、160μ秒、200μ秒、500μ秒、1000μ秒(1m秒)を設定して、それぞれの組み合わせを成膜条件として、被加工材料18へ成膜が行われたときのDLC膜に発生する1mm当たりの表面欠陥数を示した。
FIG. 8 shows the film formation start temperature that is the temperature at which S200 is performed and the time for each pulse of the supplied microwave when S200 is performed and film formation is performed on the workpiece 18. Accordingly, it is a correspondence table showing the number of defects generated per 1 mm 2 of the surface of the work material 18.
In FIG. 9, the time for each pulse of the microwave is set on the horizontal axis and the number of surface defects is set on the vertical axis in accordance with the film formation start temperature in FIG. It is the graph which showed the number of surface defects which generate | occur | produces according to it.
In FIG. 8, 160 ° C., 200 ° C., 300 ° C., and 400 ° C. are set as the film formation start temperature, and the supply time per pulse of the pulsed microwave supplied to the workpiece 8 is 2 μs, 10 μs, 25 μs, 50 μs, 100 μs, 160 μs, 200 μs, 500 μs, and 1000 μs (1 msec) are set, and film formation is performed on the work material 18 using each combination as a film forming condition. The number of surface defects per mm 2 generated in the DLC film when broken was shown.

尚、表面欠陥の計測は、DLC膜の撮影を行い、表面欠陥は周囲よりも濃く撮影されることを利用して、明るさを示す濃度閾値により2値化処理を行ったDLC膜の表面画像に対して画像処理範囲を1×1mmに設定する。そして、設定した画像処理範囲内において濃く撮像された部分が内接する外接円の直径が10μm以上である部分を一つの表面欠陥と判断する閾値として抽出し計測した。問題があるDLC膜であると判断する表面欠陥数の閾値は、成膜開始温度が400℃であり、且つマイクロ波の1パルス当たりの供給時間が1000μ秒の条件である従来の成膜条件で製膜されたDLC膜の1×1mmの単位面積当たりの表面欠陥数である18個とする。1×1mmの単位面積当たりで計測される表面欠陥数が従来以下の場合、被加工部材18の表面は問題がないと判断し、一方、表面欠陥数が前記表面欠陥数の閾値より多い場合は、被加工部材18の表面は問題があると判断する。表面欠陥数が多い場合は、表面欠陥が起点となり膜の剥離に結びつく虞があるため問題である。 The surface defect is measured by photographing the DLC film, and utilizing the fact that the surface defect is photographed darker than the surroundings, the surface image of the DLC film subjected to the binarization process with the density threshold value indicating brightness. Is set to 1 × 1 mm 2 . Then, a portion where the diameter of a circumscribed circle inscribed by a darkly imaged portion within the set image processing range is 10 μm or more is extracted and measured as a threshold value for determining one surface defect. The threshold value of the number of surface defects that is judged to be a problematic DLC film is a conventional film formation condition in which the film formation start temperature is 400 ° C. and the supply time per pulse of microwave is 1000 μs. The number of surface defects per unit area of 1 × 1 mm 2 of the formed DLC film is 18. When the number of surface defects measured per unit area of 1 × 1 mm 2 is below the conventional level, it is determined that the surface of the workpiece 18 has no problem, and on the other hand, the number of surface defects is larger than the threshold value of the number of surface defects Determines that the surface of the workpiece 18 has a problem. A large number of surface defects is a problem because the surface defects may be the starting point and lead to film peeling.

図8及び図9に示すように、成膜開始温度の条件ごとに、マイクロ波の1パルス当たりの供給時間に応じて、DLC膜に異なる表面欠陥数の表面欠陥が発生した。   As shown in FIGS. 8 and 9, surface defects having different numbers of surface defects occurred in the DLC film according to the supply time per one pulse of the microwave for each condition of the film formation start temperature.

成膜開始温度が160℃の条件で製膜されたDLC膜では、マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が2μ秒のとき、表面欠陥は計測されなかった。マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が10μ秒のとき、1個の表面欠陥が計測された。マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が50μ秒のとき、1個の表面欠陥が計測された。マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が100μ秒のとき、10個の表面欠陥が計測された。マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が160μ秒のとき、178個の表面欠陥が計測された。マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が200μ秒のとき、351個の表面欠陥が計測された。   In the DLC film formed at a film formation start temperature of 160 ° C., surface defects were not measured when the supply time per pulse of microwave was 2 μsec. One surface defect was measured when the supply time per pulse of the microwave was 10 μs. One surface defect was measured when the supply time per pulse of the microwave was 50 μsec. Ten surface defects were measured when the supply time per pulse of microwave was 100 μsec. When the supply time per pulse of the microwave was 160 μsec, 178 surface defects were measured. When the supply time per pulse of the microwave was 200 μs, 351 surface defects were measured.

成膜開始温度が200℃の条件で製膜されたDLC膜では、マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が25μ秒のとき、表面欠陥は計測されなかった。マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が50μ秒のとき、1個の表面欠陥が計測された。マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が100μ秒のとき、10個の表面欠陥が計測された。マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が160μ秒のとき、55個の表面欠陥が計測された。マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が200μ秒のとき、108個の表面欠陥が計測された。マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が500μ秒のとき、424個の表面欠陥が計測された。マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が1000μ秒のとき、1000個以上の表面欠陥が計測された。   In the DLC film formed under the condition where the film formation start temperature is 200 ° C., no surface defects were measured when the supply time per one pulse of the microwave was 25 μsec. One surface defect was measured when the supply time per pulse of the microwave was 50 μsec. Ten surface defects were measured when the supply time per pulse of microwave was 100 μsec. When the supply time per pulse of microwave was 160 μsec, 55 surface defects were measured. When the supply time per pulse of the microwave was 200 μs, 108 surface defects were measured. When the supply time per pulse of the microwave was 500 μs, 424 surface defects were measured. When the supply time per pulse of the microwave was 1000 μsec, 1000 or more surface defects were measured.

成膜開始温度が300℃の条件で製膜されたDLC膜では、マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が50μ秒のとき、1個の表面欠陥が計測された。マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が100μ秒のとき、7個の表面欠陥が計測された。マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が200μ秒のとき、26個の表面欠陥が計測された。   In the DLC film formed at a film formation start temperature of 300 ° C., one surface defect was measured when the supply time per pulse of the microwave was 50 μsec. When the supply time per pulse of the microwave was 100 μs, seven surface defects were measured. Twenty-six surface defects were measured when the supply time per pulse of microwave was 200 μsec.

成膜開始温度が400℃の条件で製膜されたDLC膜では、マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が50μ秒のとき、表面欠陥は計測されなかった。マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が100μ秒のとき、5個の表面欠陥が計測された。マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が500μ秒のとき、10個の表面欠陥が計測された。従来の成膜条件であるマイクロ波の1パルス当たりの供給時間が1000μ秒のとき、18個の表面欠陥が計測された。   In the DLC film formed at a film formation start temperature of 400 ° C., surface defects were not measured when the supply time per pulse of the microwave was 50 μsec. Five surface defects were measured when the supply time per pulse of the microwave was 100 μs. Ten surface defects were measured when the supply time per pulse of the microwave was 500 μsec. Eighteen surface defects were measured when the supply time per pulse of microwaves, which is a conventional film forming condition, was 1000 μsec.

このように、成膜開始温度が300℃以下であるとき、マイクロ波の1パルス当たりの供給時間を100μ秒以下に制御することが望ましい。被加工材料8の処理表面温度が300℃以下の比較的低い温度である場合、マイクロ波の1パルス当たりの供給時間を100μ秒以下に制御することにより、単位面積(1mm)当たりのDLC膜の表面欠陥数を前記表面欠陥数の閾値以下にすることができる。これに対して、成膜開始温度が300℃以下であるとき、マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が100μ秒より長いと、DLC膜の表面欠陥数は前記表面欠陥数の閾値より多くなり、表面欠陥を起点として膜の剥離が発生する虞がある。 Thus, when the film formation start temperature is 300 ° C. or lower, it is desirable to control the supply time per pulse of the microwave to 100 μsec or shorter. When the processing surface temperature of the work material 8 is a relatively low temperature of 300 ° C. or less, the DLC film per unit area (1 mm 2 ) is controlled by controlling the supply time per pulse of the microwave to 100 μsec or less. The number of surface defects can be made equal to or less than the threshold value of the number of surface defects. On the other hand, when the film formation start temperature is 300 ° C. or less and the supply time per one pulse of microwave is longer than 100 μsec, the number of surface defects of the DLC film becomes larger than the threshold value of the number of surface defects, There is a possibility that film peeling may occur starting from surface defects.

また、成膜開始温度が300℃より高い高温度域では、マイクロ波の1パルス当たりの供給時間は、100μ秒以下に限らない。成膜開始温度が300℃より高いときは、マイクロ波の1パルス当たりの供給時間が100μ秒より長い場合であっても、単位面積(1mm)当たりのDLC膜の表面欠陥数を前記表面欠陥数の閾値以下にすることが可能である。 Further, in a high temperature range where the film formation start temperature is higher than 300 ° C., the supply time per one pulse of the microwave is not limited to 100 μsec or less. When the film formation start temperature is higher than 300 ° C., the number of surface defects of the DLC film per unit area (1 mm 2 ) is calculated even if the supply time per pulse of microwave is longer than 100 μsec. It is possible to make the number below a threshold value.

[第1実施形態の成膜処理]
そこで、第1実施形態の成膜装置1では、図6に示す成膜処理プログラムにおいて、S200の成膜加工処理に代えて、成膜開始温度に応じて、マイクロ波の供給時間を異ならせる制御を行う第1成膜加工処理を実行する。図7は、成膜加工処理の一例である第1成膜加工処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、成膜加工処理が実行されるとき、成膜装置1には、被加工材料8の処理表面温度である成膜開始温度が300℃以下の場合に選択されるマイクロ波の1パルス当たりの供給時間(PWS)及び成膜開始温度が300℃より高い場合に選択されるマイクロ波の1パルス当たりの供給時間(PWL)が、成膜条件としてRAM32に記憶される。例えば、供給時間(PWS)としては、100μ秒、供給時間(PWL)としては500μ秒が記憶される。
[Film Forming Process of First Embodiment]
Therefore, in the film forming apparatus 1 of the first embodiment, in the film forming process program shown in FIG. 6, instead of the film forming process in S200, control for varying the microwave supply time according to the film forming start temperature is performed. A first film forming process is performed. FIG. 7 is a flowchart illustrating a processing procedure of a first film forming process that is an example of the film forming process. When the film forming process is executed, the film forming apparatus 1 receives the microwave per pulse selected when the film forming start temperature, which is the processing surface temperature of the material 8 to be processed, is 300 ° C. or less. The supply time (PWL) per pulse of the microwave selected when the supply time (PWS) and the film formation start temperature are higher than 300 ° C. are stored in the RAM 32 as film formation conditions. For example, 100 μsec is stored as the supply time (PWS), and 500 μsec is stored as the supply time (PWL).

図6に示す成膜処理のS18において、処理容器2の内部が、所定の圧力に達したとき、CPU31は、図7に示す第1成膜加工処理のS20を実行する。CPU31は、S20では、において、放射温度計29により連続的に算出されて出力された被加工材料8の処理表面の表面温度Tを取得する。 In S18 of the film forming process shown in FIG. 6, when the inside of the processing container 2 reaches a predetermined pressure, the CPU 31 executes S20 of the first film forming process shown in FIG. In S20, the CPU 31 obtains the surface temperature T 0 of the processing surface of the workpiece 8 that is continuously calculated and output by the radiation thermometer 29 in S20.

続くS21において、昇温率K(℃/μm)と目標膜厚t(μm)との積(K×t)が、被加工材料8、保持具9等の物性値に基づいて、被加工材料を構成する基材及び被膜の耐熱温度等で定められる限界温度TからS20で取得した被加工材料8の処理表面温度Tとの差分ΔT(T−T)よりも小さいかどうか判定される。
即ち、K×t≦ΔTが成立するかどうか判定される。尚、昇温率K、目標膜厚t、限界温度Tは、S11で予め設定されRAM32に記憶されている。成膜の進行に伴って被加工材料8の表面温度が上昇し続けることから、成膜開始温度が高い場合には目標膜厚tに到達する前に被加工材料を構成する基材及び被膜の耐熱温度等で決定される処理限界温度を超えてしまうことが考えられる。処理限界温度は、例えば、被加工材料および保持具の軟化温度である。第1実施形態で行う成膜方法であるMVP法においては、温度が上昇しやすいため、第1成膜加工処理が実行されるとき、後述する成膜が行われる前に、S21において、限界温度Tが判断されることが望ましい。
In subsequent S21, the product (K × t) of the temperature increase rate K (° C./μm) and the target film thickness t (μm) is based on the physical property values of the workpiece 8, the holder 9, etc. Is determined whether it is smaller than a difference ΔT (T L −T 0 ) from the processing surface temperature T 0 of the workpiece 8 acquired in S20 from the limit temperature T L determined by the heat resistance temperature of the base material and the coating film constituting Is done.
That is, it is determined whether K × t ≦ ΔT is satisfied. The temperature increase rate K, the target film thickness t, and the limit temperature TL are preset in S11 and stored in the RAM 32. As the film formation proceeds, the surface temperature of the work material 8 continues to rise. Therefore, when the film formation start temperature is high, before the target film thickness t is reached, the base material and the film constituting the work material are formed. It is considered that the processing limit temperature determined by the heat-resistant temperature or the like is exceeded. The processing limit temperature is, for example, the softening temperature of the work material and the holder. In the MVP method that is the film forming method performed in the first embodiment, the temperature is likely to rise. Therefore, when the first film forming process is performed, before the film forming described later is performed, in S21, the limit temperature is set. It is desirable to determine TL .

S21にて、K×tの値が、ΔTよりも大きい場合(S21:NO)には、被加工材料8の処理表面温度が高すぎてΔTが小さいことから、被加工材料8の処理表面温度Tが低下するまで待機される。
これに対して、K×tの値が、ΔTよりも小さい場合(S21:YES)には、被加工材料8の処理表面温度が十分低下したことから、S22に移行する。
When the value of K × t is larger than ΔT in S21 (S21: NO), the processing surface temperature of the work material 8 is too high and ΔT is small. T 0 is wait until the decline.
On the other hand, when the value of K × t is smaller than ΔT (S21: YES), the process surface temperature of the material 8 to be processed is sufficiently lowered, and the process proceeds to S22.

S22では。被加工材料8の処理表面温度Tが300℃以下であるかどうか判定される。300℃は、限界温度Tよりも低い温度であり、且つ、限界温度Tに達するにはまだ余裕がある温度である。 In S22. It is determined whether the processing surface temperature T 0 of the workpiece 8 is 300 ° C. or lower. 300 ° C. is a temperature lower than the limit temperature T L, and, to reach the limit temperature T L is still temperature can afford.

被加工材料8の処理表面温度Tが300℃以下である場合(S22:YES)には、マイクロ波の1パルス当たりの供給時間(PWS)である100μ秒(パルス周波数2.5kHz、デューティ比25%)が選択され、S25に移行する。一方、被加工材料8の処理表面温度Tが300℃より高い場合(S22:NO)、例えば処理表面温度Tが400℃の場合には、マイクロ波の1パルス当たりの供給時間(PWL)である500μ秒(パルス周波数1.0kHz、デューティ比50%)が選択され、S25に移行する。 When the processing surface temperature T 0 of the workpiece 8 is 300 ° C. or lower (S22: YES), 100 μs (pulse frequency 2.5 kHz, duty ratio), which is a supply time (PWS) per one pulse of the microwave 25%) is selected, and the process proceeds to S25. On the other hand, when the processing surface temperature T 0 of the workpiece 8 is higher than 300 ° C. (S22: NO), for example, when the processing surface temperature T 0 is 400 ° C., a microwave supply time (PWL) per pulse. 500 μs (pulse frequency 1.0 kHz, duty ratio 50%) is selected, and the process proceeds to S25.

尚、マイクロ波の1パルス当たりの供給時間PWは、パルス状マイクロ波のパルス周波数及びデューティ比の双方又はいずれか一方を変更することにより変更することができるが、いずれか一方を変更する方が簡素であり望ましい。デューティ比を高く設定し、成膜速度を速くしたい場合は、パルス周波数を電源仕様の上限に設定することにより、供給時間PWを、より短く設定することが可能である。
但し、数kHz程度の電源を使用する場合には、供給時間PWを100μ秒以下にするためにデューティ比の上限が制限される。
因みに、パルス周波数が高パルスで出力が可能なマイクロ波電源が設けられている場合には、初期成膜条件取得時のマイクロ波のパルス周波数を数十kHzの高パルス(例えば10kHz)にすれば、デューティ比の如何に拘わらず供給時間PWを100μ秒以下とすることは可能である。
The supply time PW per one pulse of the microwave can be changed by changing both or one of the pulse frequency and the duty ratio of the pulsed microwave, but it is better to change one of them. Simple and desirable. When it is desired to set the duty ratio high and increase the film forming speed, the supply time PW can be set shorter by setting the pulse frequency to the upper limit of the power supply specification.
However, when a power supply of about several kHz is used, the upper limit of the duty ratio is limited in order to make the supply time PW 100 sec or less.
Incidentally, when a microwave power source capable of outputting with a high pulse frequency is provided, if the microwave pulse frequency at the time of initial film formation condition acquisition is set to a high pulse of several tens of kHz (for example, 10 kHz). Regardless of the duty ratio, the supply time PW can be set to 100 μsec or less.

S25において、CPU31は、「負のバイアス電圧(V)」の印加電圧値をRAM32から読み出し、負電圧電源15に送信する。CPU31は、「マイクロ波出力(kW)」の供給電力値をRAM32から読み出し、マイクロ波電源13に送信する。CPU31は、「負のバイアス電圧パルスデューティ比(%)」、負のバイアス電圧の1パルスの周期T3(秒)に示されるオン信号およびオフ信号を示すパルス信号、及び、マイクロ波の供給開始タイミングからの遅延時間T1(秒)をRAM32から読み出し、負電圧パルス発生部16に送信する。CPU31は、「マイクロ波パルスデューティ比(%)」、マイクロ波の1パルスの周期T3(秒)に示されるオン信号およびオフ信号を示すパルス信号をRAM32から読み出し、マイクロ波パルス制御部11に送信する。   In S <b> 25, the CPU 31 reads the applied voltage value of “negative bias voltage (V)” from the RAM 32 and transmits it to the negative voltage power supply 15. The CPU 31 reads the supplied power value of “microwave output (kW)” from the RAM 32 and transmits it to the microwave power source 13. The CPU 31 starts the supply of the “negative bias voltage pulse duty ratio (%)”, the pulse signal indicating the ON signal and the OFF signal indicated by the cycle T3 (second) of one pulse of the negative bias voltage, and the microwave. Is read from the RAM 32 and transmitted to the negative voltage pulse generator 16. The CPU 31 reads out a pulse signal indicating an ON signal and an OFF signal indicated by “microwave pulse duty ratio (%)” and a period T3 (second) of one microwave pulse from the RAM 32 and transmits the pulse signal to the microwave pulse control unit 11. To do.

この結果、負電圧電源15は、受信した印加電圧に従い、負電圧パルス発生部16に負の印加電圧を供給する。負電圧パルス発生部16は、供給された負の印加電圧で、CPU31から受信したパルス信号に従って周期T3(秒)毎に、マイクロ波の供給開始からT1(秒)遅延して、受信した「負のバイアス電圧パルスデューティ比(%)」の負のバイアス電圧を、負電圧電極25を介して被加工材料8に(T4−T1)秒間、印加する。   As a result, the negative voltage power supply 15 supplies a negative applied voltage to the negative voltage pulse generator 16 according to the received applied voltage. The negative voltage pulse generation unit 16 receives the received “negative” voltage by delaying T1 (seconds) from the start of microwave supply every cycle T3 (seconds) according to the pulse signal received from the CPU 31 with the supplied negative applied voltage. The negative bias voltage of “bias voltage pulse duty ratio (%)” is applied to the workpiece 8 through the negative voltage electrode 25 for (T4−T1) seconds.

また、マイクロ波電源13は、受信したマイクロ波の出力電力に従い、マイクロ波発振器12に電力を供給する。マイクロ波パルス制御部11は、受信した「マイクロ波パルスデューティ比(%)」に従い、CPU31から受信したパルス信号に示される周期T3(秒)毎に、供給時間T2(秒)間のパルス信号をマイクロ波発振器12に送信する。マイクロ波発振器12は、パルス信号の周期T3(秒)毎に、受信したパルス信号に従う供給時間T2(秒)のマイクロ波パルス38を、供給された電力に応じた2.45GHzのマイクロ波電力で、アイソレータ17、チューナ18、導波管19、同軸導波管21及びマイクロ波供給口22を介して保持具9及び被加工材料8に向け供給する。   Further, the microwave power supply 13 supplies power to the microwave oscillator 12 according to the received microwave output power. In accordance with the received “microwave pulse duty ratio (%)”, the microwave pulse control unit 11 generates a pulse signal during the supply time T2 (seconds) at every cycle T3 (seconds) indicated in the pulse signal received from the CPU 31. Transmit to the microwave oscillator 12. The microwave oscillator 12 generates a microwave pulse 38 having a supply time T2 (seconds) according to the received pulse signal with a microwave power of 2.45 GHz corresponding to the supplied power for every period T3 (seconds) of the pulse signal. The isolator 17, the tuner 18, the waveguide 19, the coaxial waveguide 21, and the microwave supply port 22 are supplied to the holder 9 and the work material 8.

これにより、これら負のバイアス電圧により被加工材料8の表面に沿うシース層が、マイクロ波の伝搬する伝搬方向に対して直交する方向に、つまり、図1の横方向に拡大され、シース層内を伝搬するマイクロ波により不活性ガスArのプラズマが発生する。マイクロ波の伝搬方向は、マイクロ波供給口22付近では、マイクロ波導入面22Aに垂直な方向であるが、マイクロ波は被加工材料8の表面に沿って生成されたシース層にそって伝搬するため、マイクロ波の伝搬方向は、被加工材料8の延びる方向に沿う。   As a result, the sheath layer along the surface of the workpiece 8 is expanded in the direction orthogonal to the propagation direction of the microwave, that is, in the lateral direction of FIG. Plasma of the inert gas Ar is generated by the microwave propagating through the. The propagation direction of the microwave is a direction perpendicular to the microwave introduction surface 22A in the vicinity of the microwave supply port 22, but the microwave propagates along the sheath layer generated along the surface of the material 8 to be processed. Therefore, the propagation direction of the microwave is along the direction in which the work material 8 extends.

また、マイクロ波電源13は、受信したマイクロ波の出力電力に従い、マイクロ波発振器12に電力を供給する。マイクロ波パルス制御部11は、受信した「マイクロ波パルスデューティ比(%)」に従い、周期T3(秒)毎に、供給時間T2(秒)間のパルス信号をマイクロ波発振器12に送信する。マイクロ波発振器12は、周期T3(秒)毎に、受信したパルス信号に従う供給時間T2(秒)のマイクロ波パルス38を、供給された電力に応じた2.45GHzのマイクロ波電力で、アイソレータ17、チューナ18、導波管19、同軸導波管21及びマイクロ波供給口22を介して保持具9及び被加工材料8に向け供給する。   Further, the microwave power supply 13 supplies power to the microwave oscillator 12 according to the received microwave output power. The microwave pulse control unit 11 transmits a pulse signal for the supply time T2 (seconds) to the microwave oscillator 12 every cycle T3 (seconds) according to the received “microwave pulse duty ratio (%)”. The microwave oscillator 12 generates a microwave pulse 38 having a supply time T2 (seconds) according to the received pulse signal at a period T3 (seconds) with a microwave power of 2.45 GHz corresponding to the supplied power, and isolators 17. , And supplied to the holder 9 and the workpiece 8 through the tuner 18, the waveguide 19, the coaxial waveguide 21, and the microwave supply port 22.

これにより、これら負のバイアス電圧により被加工材料8の表面に沿うシース層が、図1の横方向に拡大され、シース層内を伝搬するマイクロ波により不活性ガスAr及び原料ガスのプラズマが発生する。そして、被加工材料8の処理表面に、DLC膜の成膜が開始される。CPU31は、DLC膜の成膜が開始されると、終了判定用タイマ36の計測時間を「0」にリセットした後、DLC膜の成膜時間のカウントを開始して、S26の処理に移行する。   As a result, the sheath layer along the surface of the work material 8 is expanded in the lateral direction of FIG. 1 by these negative bias voltages, and the plasma of the inert gas Ar and the source gas is generated by the microwave propagating in the sheath layer. To do. Then, the formation of the DLC film is started on the processing surface of the material 8 to be processed. When the film formation of the DLC film is started, the CPU 31 resets the measurement time of the end determination timer 36 to “0”, starts counting the film formation time of the DLC film, and proceeds to the process of S26. .

S26において、CPU31は、S11でRAM32に記憶した「成膜時間(sec)」、例えば、15secを読み出し、終了判定用タイマ36の計測時間が、DLC膜の成膜時間に達したか否かを判定する判定処理を実行する。つまり、CPU31は、DLC膜の成膜を終了するか否かを判定する判定処理を実行する。   In S <b> 26, the CPU 31 reads out the “deposition time (sec)” stored in the RAM 32 in S <b> 11, for example, 15 sec, and determines whether the measurement time of the end determination timer 36 has reached the DLC film formation time. A determination process for determining is executed. That is, the CPU 31 executes a determination process for determining whether or not to end the formation of the DLC film.

そして、終了判定用タイマ36の計測時間が「成膜時間(sec)」に達していないと判定した場合には(S26:NO)、CPU31は、終了判定用タイマ36の計測時間が「成膜時間(sec)」に達するまで待機する。   If it is determined that the measurement time of the end determination timer 36 has not reached the “film formation time (sec)” (S26: NO), the CPU 31 determines that the measurement time of the end determination timer 36 is “film formation time”. Wait until time (sec) is reached.

一方、終了判定用タイマ36の計測時間が「成膜時間(sec)」に達したと判定した場合には(S26:YES)、CPU31は、S27において、マイクロ波パルス制御部11にマイクロ波発振器12に送信しているパルス信号を停止するように指示する停止信号を送信する。これにより、マイクロ波発振器12は、マイクロ波の出力を停止する。また、CPU31は、負電圧パルス発生部16に負のバイアス電圧の印加を停止するように指示する停止信号を送信する。これにより、負電圧パルス発生部16は、被加工材料8への負のバイアス電圧の印加を停止する。   On the other hand, if it is determined that the measurement time of the end determination timer 36 has reached the “film formation time (sec)” (S26: YES), the CPU 31 sends a microwave oscillator to the microwave pulse controller 11 in S27. 12 transmits a stop signal instructing to stop the pulse signal being transmitted. Thereby, the microwave oscillator 12 stops the output of the microwave. In addition, the CPU 31 transmits a stop signal that instructs the negative voltage pulse generator 16 to stop applying the negative bias voltage. As a result, the negative voltage pulse generator 16 stops applying the negative bias voltage to the workpiece 8.

更に、CPU31は、S28において、ガス供給部5へ不活性ガスAr及び原料ガスの供給を停止するように指示する停止信号を出力する。その後、CPU31は、圧力調整バルブ7へ排気を全開にするように指示する排気信号を送信する。圧力調整バルブ7は、全開となり処理容器2内に残留している原料ガス及び不活性ガスを真空ポンプ3ですみやかに排気する。その後、CPU31は、圧力調整バルブ7を全閉するように指示する。更に、CPU31は、圧力調整バルブ7が全閉になった後、大気開放バルブ10を全開するように指示する制御信号を送信する。大気開放バルブ10は、全開となり、処理容器2は、内部の圧力が外気圧と同じになる。   Further, in S28, the CPU 31 outputs a stop signal that instructs the gas supply unit 5 to stop the supply of the inert gas Ar and the source gas. Thereafter, the CPU 31 transmits an exhaust signal that instructs the pressure adjusting valve 7 to fully open the exhaust. The pressure adjusting valve 7 is fully opened, and the raw material gas and the inert gas remaining in the processing container 2 are immediately exhausted by the vacuum pump 3. Thereafter, the CPU 31 instructs the pressure adjustment valve 7 to be fully closed. Further, the CPU 31 transmits a control signal instructing to fully open the atmosphere release valve 10 after the pressure adjustment valve 7 is fully closed. The air release valve 10 is fully opened, and the internal pressure of the processing container 2 is the same as the external pressure.

そして、CPU31は、真空ポンプ3を停止した後、真空計26からの信号に基づいて、処理容器2の内部の圧力が外気圧と同じになった場合には、液晶ディスプレイ(LCD)30に成膜終了である旨を表示し、成膜処理を終了する。これにより、作業者又は自動搬送機によってDLC膜が成膜された被加工材料8が取り出される。   Then, after stopping the vacuum pump 3, the CPU 31 forms a liquid crystal display (LCD) 30 on the basis of a signal from the vacuum gauge 26 when the pressure inside the processing container 2 becomes the same as the external pressure. It is displayed that the film is finished, and the film forming process is finished. Thereby, the work material 8 on which the DLC film is formed is taken out by the operator or the automatic transfer machine.

第1実施形態においては、パルス周波数2500Hz(周期T3=1/2500秒)のマイクロ波38が使用され、マイクロ波38の1パルス毎の供給時間T2は、被加工材料8の処理表面温度が300℃以下の場合(S22:YES)、例えば、100μ秒に設定される。また、被加工材料8の処理表面温度が300℃より高い場合(S22:NO)、マイクロ波の1パルス毎の供給時間T2は、例えば、200μ秒に設定される。また、このとき、供給時間T2は、100μ秒のほか、160μ秒、200μ秒、500μ秒、1000μ秒など、設定可能であると予め定められた複数の時間候補から選択されてもよい。供給時間T2は、マイクロ波パルス38の周期よりも短い時間に設定される。従って、供給時間T2を、500μ秒、1000μ秒とする設定は、パルス周波数が、500Hzに設定されている場合において、選択が可能である。   In the first embodiment, a microwave 38 having a pulse frequency of 2500 Hz (period T3 = 1/2500 seconds) is used, and the supply time T2 for each pulse of the microwave 38 is a processing surface temperature of the workpiece 8 of 300. When the temperature is lower than or equal to ° C. (S22: YES), for example, it is set to 100 μsec. When the processing surface temperature of the workpiece 8 is higher than 300 ° C. (S22: NO), the supply time T2 for each pulse of the microwave is set to 200 μs, for example. At this time, the supply time T2 may be selected from a plurality of time candidates predetermined to be set such as 160 μsec, 200 μsec, 500 μsec, 1000 μsec, etc. in addition to 100 μsec. The supply time T2 is set to a time shorter than the period of the microwave pulse 38. Accordingly, the setting for setting the supply time T2 to 500 μs and 1000 μs can be selected when the pulse frequency is set to 500 Hz.

また、第1実施形態において使用されるマイクロ波では、連続するマイクロ波のパルス間の供給停止時間(T3−T2)が、1μ秒以上に設定される。ここで、一般に成膜装置は、特に、マイクロ波の立ち上がり直後は、マイクロ波のパルス出力が不安定な時間が発生し、その後パルス出力は安定されるものである。かかる立ち上がり時のパルス出力の不安定期は一般に1μ秒程度である。よって、連続するマイクロ波のパルス間の供給停止時間は、1μ秒以上であることが望ましい。これにより、パルス状のマイクロ波の発生が断続的になり、膜の表面欠陥の発生を抑制して膜の品質を向上することができる。   In the microwave used in the first embodiment, the supply stop time (T3-T2) between continuous microwave pulses is set to 1 μsec or more. Here, in general, in the film forming apparatus, a time when the pulse output of the microwave is unstable occurs immediately after the rising of the microwave, and the pulse output is stabilized thereafter. The unstable period of the pulse output at the rising time is generally about 1 μsec. Therefore, it is desirable that the supply stop time between successive microwave pulses is 1 μsec or more. Thereby, generation of pulsed microwaves becomes intermittent, and generation of surface defects of the film can be suppressed and film quality can be improved.

また、図6、図7に示す成膜フローチャートを勘案すると、S22で検出される被加工材料の処理表面温度である成膜開始温度が160℃、200℃、300℃の場合は、成膜開始温度が300℃以下であるので、S22においてYESと判定されてS23にて選択されるマイクロ波の1パルス当たりの供給時間(PWS)が、それぞれ2μ秒、10μ秒、25μ秒、50μ秒、100μ秒のいずれかに設定されたマイクロ波をS25で被加工材料8に供給して成膜を行う。また、成膜開始温度が400℃の場合には、成膜開始温度が300℃より高いので、S22においてNOと判定されてS24にて選択されるマイクロ波の1パルス当たりの供給時間(PWL)が、例えば500μ秒に設定されたマイクロ波をS25で被加工材料8に供給して成膜を行う。   In consideration of the film formation flowchart shown in FIG. 6 and FIG. 7, when the film formation start temperature, which is the processing surface temperature of the material to be processed detected in S <b> 22, is 160 ° C., 200 ° C., and 300 ° C. Since the temperature is 300 ° C. or less, the supply time (PWS) per one pulse of the microwave that is determined as YES in S22 and selected in S23 is 2 μs, 10 μs, 25 μs, 50 μs, and 100 μs, respectively. A microwave set for one second is supplied to the workpiece 8 in S25 to perform film formation. Further, when the film formation start temperature is 400 ° C., the film formation start temperature is higher than 300 ° C. Therefore, it is determined NO in S22 and the supply time (PWL) per one pulse of the microwave selected in S24 However, for example, a microwave set at 500 μs is supplied to the material 8 to be processed in S25 to perform film formation.

以上説明した通り第1実施形態に係る成膜装置1では、制御部6のCPU31により、被加工材料8が処理表面温度300℃以下の状態においては、被加工材料8の処理表面に沿って供給されるパルス状のマイクロ波の1パルス当たりの供給時間が100μ秒以下となるように制御される。このとき、成膜開始温度を低く設定した場合においても、パルス状のマイクロ波の1パルス当たりの供給時間が100μ秒以下であるため、膜における欠陥成長を抑制することができる。また、成膜過程において膜の欠陥成長が進行してしまう前に、100μ秒以下の間隔で、成膜エネルギ源としてのマイクロ波の供給が中断されることとなるので、膜の欠陥成長を抑制して膜の品質を向上することができる。よって、膜の品質を向上することが可能となる。また、成膜過程において膜の欠陥成長が進行してしまう前に、成膜エネルギ源であるマイクロ波の供給が100μ秒以下で中断されることとなるので、膜の欠陥成長を抑制して膜の品質を向上することができる。   As described above, in the film forming apparatus 1 according to the first embodiment, the CPU 31 of the control unit 6 supplies the processed material 8 along the processed surface of the processed material 8 when the processed surface temperature is 300 ° C. or lower. The supply time per pulse of the pulsed microwave is controlled to be 100 μsec or less. At this time, even when the film formation start temperature is set low, since the supply time per pulse of the pulsed microwave is 100 μsec or less, defect growth in the film can be suppressed. In addition, since the supply of microwaves as a film formation energy source is interrupted at intervals of 100 μsec or less before film defect growth progresses in the film formation process, film defect growth is suppressed. Thus, the quality of the film can be improved. Therefore, the quality of the film can be improved. Further, since the microwave supply as the film formation energy source is interrupted in 100 μsec or less before the film defect growth proceeds in the film formation process, the film defect growth is suppressed. Can improve the quality.

また、制御部6のCPU31により、パルス状のマイクロ波の1パルス当たりの供給時間が2μ秒以上となるように制御される。一般に成膜装置においてはマイクロ波が立ち上がる際に立ち上がり直後では、一般に1μ秒程度のパルス出力の不安定期が発生するため、パルス状のマイクロ波の1パルス当たりの供給時間を2μ秒以上とすることにより、マイクロ波の立ち上がり時におけるパルス出力の不安定期を排除することができる。これにより、膜の欠陥成長を抑制して膜品質の向上を図ることができる。   Further, the CPU 31 of the control unit 6 performs control so that the supply time per pulse of the pulsed microwave is 2 μsec or more. Generally, in a film forming apparatus, when a microwave rises, a pulse output unstable period of about 1 μsec generally occurs immediately after the rise, so that the supply time per pulse of the pulsed microwave should be 2 μsec or more. Thus, an unstable period of pulse output at the time of rising of the microwave can be eliminated. Thereby, the defect growth of the film can be suppressed and the film quality can be improved.

更に、制御部6のCPU31により、パルス状のマイクロ波の1パルス当たりの供給時間が50μ秒以下となるように制御される。成膜過程において膜の欠陥成長が進行してしまう前に成膜エネルギ源としてのマイクロ波の供給が50μ秒以下で中断されることとなるので、更に膜の欠陥成長を効率的に抑制して膜の品質を向上することができる。   Further, the CPU 31 of the control unit 6 performs control so that the supply time per pulse of the pulsed microwave is 50 μsec or less. Since the supply of microwaves as a film formation energy source is interrupted in 50 μsec or less before film defect growth proceeds in the film formation process, the film defect growth is further effectively suppressed. The quality of the film can be improved.

また、被加工材料8の表面温度を検出する放射温度計29を備え、放射温度計29を介して検出される被加工材料8の表面温度が300℃以下の状態では、制御部6のCPU31により、1パルスあたり100μ秒のマイクロ波を供給するように制御されて成膜が開始される。成膜開始温度が300℃以下の比較的低い温度である場合には膜の表面欠陥が発生し易くなるが、パルス状のマイクロ波の1パルス当たりの供給時間が100μ秒以下となるように制御することにより、表面欠陥を抑制して膜の品質を向上することができる。   Further, a radiation thermometer 29 for detecting the surface temperature of the work material 8 is provided. When the surface temperature of the work material 8 detected through the radiation thermometer 29 is 300 ° C. or lower, the CPU 31 of the control unit 6 Film formation is started under the control of supplying a microwave of 100 μsec per pulse. When the film formation start temperature is a relatively low temperature of 300 ° C. or less, surface defects of the film are likely to occur, but the supply time per pulse of the pulsed microwave is controlled to 100 μsec or less. By doing so, surface defects can be suppressed and the quality of the film can be improved.

更に、制御部6のCPU31により、パルス状のマイクロ波の1パルス当たりの供給停止時間を1μ秒以上に設定してマイクロ波が供給されるので、パルス状のマイクロ波によるプラズマの発生が断続的になり、これにより膜の表面欠陥の発生を抑制して膜の品質を向上することができる。   Further, since the microwave is supplied by the CPU 31 of the control unit 6 by setting the supply stop time per pulse of the pulsed microwave to 1 μsec or more, the generation of plasma by the pulsed microwave is intermittent. Thus, the generation of surface defects on the film can be suppressed and the quality of the film can be improved.

また、制御部6のCPU31により、パルス状のマイクロ波の供給と負のバイアス電圧の印加とが同期する制御がされるので、パルス状のマイクロ波が供給されている時間中、マイクロ波の供給に同期して負電圧印加部15、16から印加されるバイアス電圧が印加される。この結果、被加工材料8を覆うプラズマの発生が断続的となり、これにより膜の表面欠陥の発生を抑制して膜の品質を向上することができる。   Further, since the supply of the pulsed microwave and the application of the negative bias voltage are controlled by the CPU 31 of the control unit 6, the supply of the microwave is performed during the time when the pulsed microwave is supplied. The bias voltage applied from the negative voltage application units 15 and 16 is applied in synchronization with the. As a result, the generation of plasma covering the workpiece 8 becomes intermittent, thereby suppressing the generation of surface defects on the film and improving the quality of the film.

[第2実施形態の成膜処理]
次に、第2実施形態に係る成膜装置について説明する。ここに、第2実施形態に係る成膜装置は、基本的に前記した第1実施形態に係る成膜装置1と同一の構成を有しており、成膜処理プログラムの一部において相違するだけである。従って、以下の説明においては、第1実施形態の成膜装置1において実行される成膜処理プログラムとは異なり、第2実施形態の成膜装置で実行される特有の成膜加工処理に主眼を置いて説明することとし、同一の構成要素については同一の符号を付して説明する。
[Film Formation Processing of Second Embodiment]
Next, a film forming apparatus according to the second embodiment will be described. Here, the film forming apparatus according to the second embodiment basically has the same configuration as the film forming apparatus 1 according to the first embodiment described above, and is only different in a part of the film forming process program. It is. Therefore, in the following description, unlike the film forming process program executed in the film forming apparatus 1 of the first embodiment, the focus is on the specific film forming process executed by the film forming apparatus of the second embodiment. The same components will be described with the same reference numerals.

第2実施形態に係る成膜装置1において実行される成膜処理プログラムは、図6に示すS200の成膜処理に代えて、図10のフローチャートに示されている第2成膜加工処理が実行されるプログラムである。第2実施形態の成膜装置1において実行される成膜処理プログラムは、第1実施形態の成膜装置1で実行されるフローチャートにおけるS11乃至S19(図6参照)と同一である。従って、S11乃至S19の処理については、説明を書略する。   The film forming process program executed in the film forming apparatus 1 according to the second embodiment executes the second film forming process shown in the flowchart of FIG. 10 instead of the film forming process of S200 shown in FIG. Program. The film forming program executed in the film forming apparatus 1 of the second embodiment is the same as S11 to S19 (see FIG. 6) in the flowchart executed by the film forming apparatus 1 of the first embodiment. Therefore, the description of the processing from S11 to S19 is omitted.

図10において、S40にて、CPU31を介して放射温度計29により連続的に算出されて出力された被加工材料8の処理表面の表面温度が取得された後、続くS41において、昇温率K(℃/μm)と目標膜厚tとの積(K×t)が、被加工材料8、保持具9等の物性値に基づいて、被加工材料を構成する基材及び被膜の耐熱温度等で定められる限界温度TからS40で取得した被加工材料8の処理表面温度Tとの差分ΔT(T−T)よりも小さいかどうか判定される。即ち、K×t≦ΔTが成立するかどうか判定される。尚、昇温率K、目標膜厚t、限界温度Tは、S31で予め設定されRAM32に記憶されている。 In FIG. 10, after the surface temperature of the processing surface of the material 8 to be processed, which is continuously calculated and output by the radiation thermometer 29 via the CPU 31 in S40, is acquired, the temperature increase rate K is continued in S41. The product (K × t) of (° C./μm) and the target film thickness t is based on the physical properties of the work material 8, the holder 9, etc. It is determined whether or not the difference ΔT (T L −T 0 ) is smaller than the processing surface temperature T 0 of the workpiece 8 acquired in S40 from the limit temperature T L determined in step S40. That is, it is determined whether K × t ≦ ΔT is satisfied. The temperature increase rate K, the target film thickness t, and the limit temperature TL are preset in S31 and stored in the RAM 32.

S41にて、K×tの値が、ΔTよりも大きい場合(S41:NO)には、被加工材料8の処理表面温度が高すぎてΔTが小さいことから、被加工材料8の処理表面温度が低下するまで、ステップ40の表面温度の取得が繰り返される。これに対して、K×tの値が、ΔTよりも小さい場合(S41:YES)には、被加工材料8の処理表面温度が十分低下したことから、S42に移行する。   In S41, when the value of K × t is larger than ΔT (S41: NO), the processing surface temperature of the work material 8 is too high and ΔT is small. Until the surface temperature decreases, the acquisition of the surface temperature in step 40 is repeated. On the other hand, when the value of K × t is smaller than ΔT (S41: YES), the processing surface temperature of the work material 8 is sufficiently lowered, and the process proceeds to S42.

S42では、直前のS40において取得された被加工材料8の処理表面温度Tが300℃以下であるかどうか判定される。300℃は、前記限界温度Tよりも低い温度であり、限界温度Tに達するにはまだ余裕がある温度である。 In S42, the processing surface temperature T 0 of the work piece 8, which is acquired in S40 in immediately before it is determined whether a 300 ° C. or less. 300 ° C., the a temperature lower than the limit temperature T L, reaches the limit temperature T L is still temperature can afford.

被加工材料8の処理表面温度Tが300℃以下である場合(S42:YES)には、S43にてマイクロ波の1パルス当たりの供給時間(PWS)として、100μ秒が選択される。例えば、100μ秒(パルス周波数2.5kHz、デューティ比25%)が選択された後、S44に移行する。 When the processing surface temperature T 0 of the workpiece 8 is 300 ° C. or lower (S42: YES), 100 μsec is selected as the supply time (PWS) per microwave pulse in S43. For example, after 100 μs (pulse frequency 2.5 kHz, duty ratio 25%) is selected, the process proceeds to S44.

S44において、CPU31は、「負のバイアス電圧(V)」の印加電圧値をRAM32から読み出し、負電圧電源15に送信する。CPU31は、「マイクロ波出力(kW)」の供給電力値をRAM32から読み出し、マイクロ波電源13に送信する。CPU31は、「負のバイアス電圧パルスデューティ比(%)」、負のバイアス電圧の周期T3(秒)、及び、マイクロ波の1パルスの供給開始タイミングからの遅延時間T1(秒)をRAM32から読み出し、負電圧パルス発生部16に送信する。CPU31は、「マイクロ波パルスデューティ比(%)」、マイクロ波の1パルスの周期T3(秒)をRAM32から読み出し、マイクロ波パルス制御部11に送信する。   In S <b> 44, the CPU 31 reads the applied voltage value of “negative bias voltage (V)” from the RAM 32 and transmits it to the negative voltage power supply 15. The CPU 31 reads the supplied power value of “microwave output (kW)” from the RAM 32 and transmits it to the microwave power source 13. The CPU 31 reads from the RAM 32 the “negative bias voltage pulse duty ratio (%)”, the negative bias voltage period T3 (seconds), and the delay time T1 (seconds) from the supply start timing of one pulse of the microwave. The negative voltage pulse generator 16 transmits the negative voltage pulse. The CPU 31 reads out the “microwave pulse duty ratio (%)” and the period T3 (second) of one microwave pulse from the RAM 32 and transmits it to the microwave pulse control unit 11.

この結果、負電圧電源15は、受信した印加電圧に従い、負電圧パルス発生部16に負の印加電圧を供給する。負電圧パルス発生部16は、供給された負の印加電圧で、周期T3(秒)毎に、マイクロ波パルスの供給開始からT1(秒)遅延して、受信した「負のバイアス電圧パルスデューティ比(%)」の負のバイアス電圧を、負電圧電極25を介して被加工材料8に(T4−T1)秒間、印加する。   As a result, the negative voltage power supply 15 supplies a negative applied voltage to the negative voltage pulse generator 16 according to the received applied voltage. The negative voltage pulse generator 16 receives the received “negative bias voltage pulse duty ratio, delayed by T1 (seconds) from the start of supplying the microwave pulse every cycle T3 (seconds) with the supplied negative applied voltage. A negative bias voltage of “(%)” is applied to the workpiece 8 via the negative voltage electrode 25 for (T4−T1) seconds.

また、マイクロ波電源13は、受信したマイクロ波の出力電力に従い、マイクロ波発振器12に電力を供給する。マイクロ波パルス制御部11は、受信した「マイクロ波パルスデューティ比(%)」に従い、周期T3(秒)毎に、供給時間T2(秒)間のパルス信号をマイクロ波発振器12に送信する。マイクロ波発振器12は、周期T3(秒)毎に、受信したパルス信号に従う供給時間T2(秒)(S43で選択された供給時間)のマイクロ波パルス38を、供給された電力に応じた2.45GHzのマイクロ波電力で、アイソレータ17、チューナ18、導波管19、同軸導波管21及びマイクロ波供給口22を介して保持具9及び被加工材料8に向け供給する。   Further, the microwave power supply 13 supplies power to the microwave oscillator 12 according to the received microwave output power. The microwave pulse control unit 11 transmits a pulse signal for the supply time T2 (seconds) to the microwave oscillator 12 every cycle T3 (seconds) according to the received “microwave pulse duty ratio (%)”. The microwave oscillator 12 generates a microwave pulse 38 having a supply time T2 (second) (the supply time selected in S43) according to the received pulse signal for each cycle T3 (second) according to the supplied power. A 45 GHz microwave power is supplied to the holder 9 and the workpiece 8 through the isolator 17, the tuner 18, the waveguide 19, the coaxial waveguide 21 and the microwave supply port 22.

これにより、負のバイアス電圧により被加工材料8の表面に沿うシース層が、マイクロ波の伝搬する伝搬方向に対して直交する方向、つまり、図1の横方向に拡大され、シース層内を伝搬するマイクロ波により不活性ガスArのプラズマが発生する。マイクロ波の伝搬方向は、マイクロ波供給口22付近では、マイクロ波導入面22Aに垂直な方向である。マイクロ波供給口22から供給されたマイクロ波は、被加工材料8の表面に沿って生成されたシース層にそって伝搬するため、伝搬方向は、被加工材料8の表面に沿う方向である。   As a result, the sheath layer along the surface of the material 8 to be processed by the negative bias voltage is expanded in the direction orthogonal to the propagation direction of the microwave, that is, in the lateral direction of FIG. 1, and propagates in the sheath layer. Plasma of the inert gas Ar is generated by the microwave. The propagation direction of the microwave is a direction perpendicular to the microwave introduction surface 22A in the vicinity of the microwave supply port 22. Since the microwave supplied from the microwave supply port 22 propagates along the sheath layer generated along the surface of the workpiece material 8, the propagation direction is a direction along the surface of the workpiece material 8.

この結果、負のバイアス電圧により被加工材料8の表面に沿うシース層が、図1の横方向に拡大され、シース層内を伝搬するマイクロ波により不活性ガスAr及び原料ガスのプラズマが発生する。そして、被加工材料8の処理表面にDLC膜の成膜が開始される。CPU31は、DLC膜の成膜が開始されると、終了判定用タイマ36の計測時間を「0」にリセットした後、DLC膜の成膜時間のカウントを開始して、S45の処理に移行する。   As a result, the sheath layer along the surface of the work material 8 is expanded in the lateral direction of FIG. 1 by the negative bias voltage, and the plasma of the inert gas Ar and the source gas is generated by the microwave propagating in the sheath layer. . Then, a DLC film is formed on the processing surface of the work material 8. When the deposition of the DLC film is started, the CPU 31 resets the measurement time of the end determination timer 36 to “0”, then starts counting the deposition time of the DLC film, and proceeds to the process of S45. .

これに対して、S42において、被加工材料8の処理表面温度Tが300℃より高いと判定された場合(S42:NO)には、S46にてマイクロ波の1パルス当たりの供給時間として、500μ秒が選択される。例えば、500μ秒(パルス周波数1.0kHz、デューティ比50%)が選択された後S47に移行する。 On the other hand, when it is determined in S42 that the processing surface temperature T 0 of the workpiece 8 is higher than 300 ° C. (S42: NO), the supply time per one pulse of the microwave is determined in S46. 500 microseconds is selected. For example, after 500 μs (pulse frequency 1.0 kHz, duty ratio 50%) is selected, the process proceeds to S47.

S47においては、前記S44におけると同様、CPU31は、「負のバイアス電圧(V)」の印加電圧値をRAM32から読み出し、負電圧電源15に送信する。CPU31は、「マイクロ波出力(kW)」の供給電力値をRAM32から読み出し、マイクロ波電源13に送信する。CPU31は、「負のバイアス電圧パルスデューティ比(%)」、負のバイアス電圧1パルスの周期T3(秒)、及び、マイクロ波の供給開始タイミングからの遅延時間T1(秒)をRAM32から読み出し、負電圧パルス発生部16に送信する。CPU31は、「マイクロ波パルスデューティ比(%)」、マイクロ波パルス38の周期T3(秒)をRAM32から読み出し、マイクロ波パルス制御部11に送信する。   In S47, as in S44, the CPU 31 reads the applied voltage value of “negative bias voltage (V)” from the RAM 32 and transmits it to the negative voltage power supply 15. The CPU 31 reads the supplied power value of “microwave output (kW)” from the RAM 32 and transmits it to the microwave power source 13. The CPU 31 reads from the RAM 32 the “negative bias voltage pulse duty ratio (%)”, the period T3 (seconds) of one pulse of the negative bias voltage, and the delay time T1 (seconds) from the microwave supply start timing, It transmits to the negative voltage pulse generation part 16. The CPU 31 reads out the “microwave pulse duty ratio (%)” and the period T3 (seconds) of the microwave pulse 38 from the RAM 32 and transmits them to the microwave pulse control unit 11.

この結果、負電圧電源15は、受信した印加電圧に従い、負電圧パルス発生部16に負の印加電圧を供給する。負電圧パルス発生部16は、供給された負の印加電圧で、周期T3(秒)毎に、マイクロ波の供給開始からT1(秒)遅延して、受信した「負のバイアス電圧パルスデューティ比(%)」の負のバイアス電圧を、負電圧電極25を介して被加工材料8に(T4−T1)秒間、印加する。   As a result, the negative voltage power supply 15 supplies a negative applied voltage to the negative voltage pulse generator 16 according to the received applied voltage. The negative voltage pulse generator 16 receives the received “negative bias voltage pulse duty ratio (T) (second) after a delay of T1 (seconds) from the start of microwave supply every cycle T3 (seconds). %) "Is applied to the workpiece 8 through the negative voltage electrode 25 for (T4-T1) seconds.

また、マイクロ波電源13は、受信したマイクロ波の出力電力に従い、マイクロ波発振器12に電力を供給する。マイクロ波パルス制御部11は、受信した「マイクロ波パルスデューティ比(%)」に従い、周期T3(秒)毎に、供給時間T2(秒)間のパルス信号をマイクロ波発振器12に送信する。マイクロ波発振器12は、周期T3(秒)毎に、受信したパルス信号に従う供給時間T2(秒)(S46で選択された供給時間)のマイクロ波パルス38を、供給された電力に応じた2.45GHzのマイクロ波電力で、アイソレータ17、チューナ18、導波管19、同軸導波管21及びマイクロ波供給口22を介して保持具9及び被加工材料8に向け供給する。   Further, the microwave power supply 13 supplies power to the microwave oscillator 12 according to the received microwave output power. The microwave pulse control unit 11 transmits a pulse signal for the supply time T2 (seconds) to the microwave oscillator 12 every cycle T3 (seconds) according to the received “microwave pulse duty ratio (%)”. The microwave oscillator 12 generates a microwave pulse 38 having a supply time T2 (second) (the supply time selected in S46) according to the received pulse signal for each period T3 (second) according to the supplied power. A 45 GHz microwave power is supplied to the holder 9 and the workpiece 8 through the isolator 17, the tuner 18, the waveguide 19, the coaxial waveguide 21 and the microwave supply port 22.

これにより、これら負のバイアス電圧により被加工材料8の表面に沿うシース層が、マイクロ波が伝搬する伝搬方向に対して直交する方向、つまり、図1の横方向に拡大され、シース層内を伝搬するマイクロ波により不活性ガスArのプラズマが発生する。マイクロ波の伝搬方向は、マイクロ波供給口22付近では、マイクロ波導入面22Aに垂直な方向であるが、マイクロ波は被加工材料8の表面に沿って生成されたシース層にそって伝搬するため、マイクロ波の伝搬方向は、被加工材料8の延びる方向に沿う。   As a result, the sheath layer along the surface of the material 8 to be processed by these negative bias voltages is expanded in the direction orthogonal to the propagation direction of the microwave, that is, in the lateral direction of FIG. Plasma of the inert gas Ar is generated by the propagating microwave. The propagation direction of the microwave is a direction perpendicular to the microwave introduction surface 22A in the vicinity of the microwave supply port 22, but the microwave propagates along the sheath layer generated along the surface of the material 8 to be processed. Therefore, the propagation direction of the microwave is along the direction in which the work material 8 extends.

この結果、これら負のバイアス電圧により被加工材料8の表面に沿うシース層が、図1の横方向に拡大され、シース層内を伝搬するマイクロ波により不活性ガスAr及び原料ガスのプラズマが発生する。そして、被加工材料8の処理表面に、DLC膜の成膜が開始される。CPU31は、DLC膜の成膜が開始されると、終了判定用タイマ36の計測時間を「0」にリセットした後、DLC膜の成膜時間のカウントを開始して、S45の処理に移行する。   As a result, the sheath layer along the surface of the work material 8 is expanded in the lateral direction of FIG. 1 by these negative bias voltages, and the plasma of the inert gas Ar and the source gas is generated by the microwave propagating in the sheath layer. To do. Then, the formation of the DLC film is started on the processing surface of the material 8 to be processed. When the deposition of the DLC film is started, the CPU 31 resets the measurement time of the end determination timer 36 to “0”, then starts counting the deposition time of the DLC film, and proceeds to the process of S45. .

S45においては、被加工材料の温度が再度取得され、取得された被加工材料8の処理表面温度Tが、Tよりも大きいかどうか判定される。ここに、Tは、マイクロ波の供給時間を100μ秒より長くした場合において、膜の表面欠陥を抑制可能な温度閾値である。例えば図8を参照して説明したように、被加工材料8の処理表面温度が400℃である場合には、マイクロ波の供給時間を100μ秒より長くしても500μ秒までは表面欠陥数を10個程度に抑制することができることから、第2実施形態においてTは例えば400℃に設定される。 In S45, the temperature of the material to be processed is acquired again, the processing surface temperature T 0 of the work piece 8 obtained, it is determined whether greater than T C. Here, T C, in case of longer than 100μ seconds time for supplying microwaves is capable of suppressing temperature threshold surface defects of the membrane. For example, as described with reference to FIG. 8, when the processing surface temperature of the workpiece 8 is 400 ° C., the number of surface defects is not increased until 500 μs even if the microwave supply time is longer than 100 μs. since it is possible to suppress the 10 or so, T C is set to, for example, 400 ° C. in a second embodiment.

被加工材料8の表面温度Tが、閾値Tよりも低い場合(S45:YES)には、S48にて、CPU31は、S31でRAM32に記憶した「成膜時間(sec)」、例えば、15secを読み出し、終了判定用タイマ36の計測時間が、DLC膜の成膜時間に達したか否かを判定する判定処理を実行する。つまり、CPU31は、DLC膜の成膜を終了するか否かを判定する判定処理を実行する。 The surface temperature T 0 of the work piece 8 is lower than the threshold value T C: A (S45 YES), in S48, CPU 31 is stored in the RAM32 in S31 'deposition time (sec) ", for example, 15 seconds are read, and a determination process is performed to determine whether the measurement time of the end determination timer 36 has reached the DLC film formation time. That is, the CPU 31 executes a determination process for determining whether or not to end the formation of the DLC film.

そして、終了判定用タイマ36の計測時間が「成膜時間(sec)」に達していないと判定した場合には(S48:NO)、CPU31は、終了判定用タイマ36の計測時間が「成膜時間(sec)」に達するまで待機する。   If it is determined that the measurement time of the end determination timer 36 has not reached the “film formation time (sec)” (S48: NO), the CPU 31 determines that the measurement time of the end determination timer 36 is “film formation time”. Wait until time (sec) is reached.

一方、終了判定用タイマ36の計測時間が「成膜時間(sec)」に達したと判定した場合には(S48:YES)、S53に移行する。   On the other hand, when it is determined that the measurement time of the end determination timer 36 has reached the “film formation time (sec)” (S48: YES), the process proceeds to S53.

これに対して、S45において、被加工材料8の表面温度Tが、閾値Tよりも高い場合(S45:NO)には、S49にて目標昇温率K1を取得する。ここに、目標昇温率K1は、(T−T)/(t−t)を演算することにより取得される。尚、Tは限界温度、TはS45の処理の実行時点で測定された被加工材料8の処理表面温度、tは目標膜厚、tはS45の処理実行時点で成膜速度と経過時間から演算取得された膜厚である。 In contrast, in S45, the surface temperature T 0 of the work piece 8 is higher than the threshold value T C: to (S45 NO) obtains a target NoboriAtsushiritsu K1 at S49. Here, the target temperature increase rate K1 is acquired by calculating (T L −T 1 ) / (t−t 1 ). T L is the limit temperature, T 1 is the processing surface temperature of the workpiece 8 measured at the time of execution of the process of S45, t is the target film thickness, and t 1 is the film formation speed and the elapsed time at the time of execution of the process of S45. It is the film thickness calculated and acquired from time.

S50において、図4のDLC成膜条件テーブル41及び図5のグラフを参照して、取得されたK1に相当するマイクロ波のデューティ比が取得される。例えば、K1の値が68℃/μmである場合には、かかるK1の値に対応するマイクロ波のデューティ比として50%が取得される。そして、S51においては、それまで使用していたマイクロ波のデューティ比が、S50で取得されたマイクロ波のデューティ比に変更される。   In S50, the microwave duty ratio corresponding to the acquired K1 is acquired with reference to the DLC film formation condition table 41 of FIG. 4 and the graph of FIG. For example, when the value of K1 is 68 ° C./μm, 50% is acquired as the microwave duty ratio corresponding to the value of K1. In S51, the duty ratio of the microwave used so far is changed to the duty ratio of the microwave acquired in S50.

この後、S52において、S48におけると同様にして、CPU31はDLC膜の成膜が終了したかどうか判定する。まだDLC膜の成膜が終了していない場合(S52:NO)には、CPU31は、終了判定用タイマ36の計測時間が「成膜時間(sec)」に達するまで待機する。   Thereafter, in S52, as in S48, the CPU 31 determines whether or not the formation of the DLC film has been completed. When film formation of the DLC film has not been completed yet (S52: NO), the CPU 31 waits until the measurement time of the termination determination timer 36 reaches “film formation time (sec)”.

一方、終了判定用タイマ36の計測時間が「成膜時間(sec)」に達したと判定した場合には(S52:YES)、S53に移行する。S53では、CPU31は、マイクロ波パルス制御部11にマイクロ波発振器12に送信しているパルス信号を停止するように指示する停止信号を送信する。これにより、マイクロ波発振器12は、マイクロ波の出力を停止する。また、CPU31は、負電圧パルス発生部16に負のバイアス電圧の印加を停止するように指示する停止信号を送信する。これにより、負電圧パルス発生部16は、被加工材料8への負のバイアス電圧の印加を停止する。   On the other hand, when it is determined that the measurement time of the end determination timer 36 has reached the “film formation time (sec)” (S52: YES), the process proceeds to S53. In S53, the CPU 31 transmits a stop signal instructing the microwave pulse control unit 11 to stop the pulse signal transmitted to the microwave oscillator 12. Thereby, the microwave oscillator 12 stops the output of the microwave. In addition, the CPU 31 transmits a stop signal that instructs the negative voltage pulse generator 16 to stop applying the negative bias voltage. As a result, the negative voltage pulse generator 16 stops applying the negative bias voltage to the workpiece 8.

更に、CPU31は、S54において、ガス供給部5へ不活性ガスAr及び原料ガスの供給を停止するように指示する停止信号を出力する。これにより成膜処理が終了する。その後、CPU31は、圧力調整バルブ7へ排気を全開にするように指示する排気信号を送信する。圧力調整バルブ7は、全開となり処理容器2内に残留している原料ガス及び不活性ガスを真空ポンプ3ですみやかに排気する。その後、CPU31は、圧力調整バルブ7を全閉するように指示する。更に、CPU31は、圧力調整バルブ7が全閉になった後、大気開放バルブ10を全開するように指示する制御信号を送信する。大気開放バルブ10は、全開となり、処理容器2は、内部の圧力が外気圧と同じになる。   Further, in S54, the CPU 31 outputs a stop signal that instructs the gas supply unit 5 to stop the supply of the inert gas Ar and the source gas. This completes the film forming process. Thereafter, the CPU 31 transmits an exhaust signal that instructs the pressure adjusting valve 7 to fully open the exhaust. The pressure adjusting valve 7 is fully opened, and the raw material gas and the inert gas remaining in the processing container 2 are immediately exhausted by the vacuum pump 3. Thereafter, the CPU 31 instructs the pressure adjustment valve 7 to be fully closed. Further, the CPU 31 transmits a control signal instructing to fully open the atmosphere release valve 10 after the pressure adjustment valve 7 is fully closed. The air release valve 10 is fully opened, and the internal pressure of the processing container 2 is the same as the external pressure.

そして、CPU31は、真空ポンプ3を停止した後、真空計26からの信号に基づいて、処理容器2の内部の圧力が外気圧と同じになった場合には、液晶ディスプレイ(LCD)30に成膜終了である旨を表示し、成膜処理を終了する。これにより、作業者又は自動搬送機によってDLC膜が成膜された被加工材料8が取り出される。   Then, after stopping the vacuum pump 3, the CPU 31 forms a liquid crystal display (LCD) 30 on the basis of a signal from the vacuum gauge 26 when the pressure inside the processing container 2 becomes the same as the external pressure. It is displayed that the film is finished, and the film forming process is finished. Thereby, the work material 8 on which the DLC film is formed is taken out by the operator or the automatic transfer machine.

第2実施形態に係る成膜装置1では、DLC膜の成膜開始前のS42において、被加工材料8の処理表面温度Tが300℃以下であるかどうか判定し、Tが300℃以下の場合にはマイクロ波の1パルス当たりの供給時間を100μ秒以下に設定するとともに、Tが300℃より高い場合にはマイクロ波の1パルス当たりの供給時間を100μ秒より長い時間に設定する点は、第1実施形態の成膜装置1と同様であるが、更に成膜途中におけるS45において被加工材料8の処理表面温度Tが閾値Tよりも大きいかどうかを判定し、処理表面温度Tが閾値T以上である場合には、目標昇温率K1を取得するとともに、マイクロ波のデューティ比を目標昇温率K1に対応するデューティ比に変更して成膜を実行している。 In the film forming apparatus 1 according to the second embodiment, it is determined whether or not the processing surface temperature T 0 of the material to be processed 8 is 300 ° C. or lower in S 42 before starting the DLC film formation, and T 0 is 300 ° C. or lower. In this case, the supply time per one pulse of the microwave is set to 100 μsec or less, and when TL is higher than 300 ° C., the supply time per one pulse of the microwave is set to a time longer than 100 μsec. The point is the same as that of the film forming apparatus 1 of the first embodiment, but in S45 during film formation, it is determined whether or not the processing surface temperature T 0 of the material 8 to be processed is larger than the threshold value T C. If the temperature T 0 is the threshold value T C or acquires the target NoboriAtsushiritsu K1, running deposited by changing the duty ratio corresponding to the duty ratio of the microwave to the target NoboriAtsushiritsu K1 Yes.

前記のよう成膜制御を実行する第2実施形態に係る成膜装置1では、DLC膜の膜厚を更に精度良く目標の膜厚に成膜することができる。   In the film forming apparatus 1 according to the second embodiment that executes the film forming control as described above, the film thickness of the DLC film can be formed to a target film thickness with higher accuracy.

尚、本発明は、前記第1実施形態及び第2実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to the said 1st Embodiment and 2nd Embodiment, Of course, various improvement and deformation | transformation are possible within the range which does not deviate from the summary of this invention.

1 成膜装置
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
17 アイソレータ
18 チューナ
19 導波管
21 同軸導波管
22 マイクロ波供給口
25 負電圧電極
27 石英窓
29 放射温度計
31 CPU
33 ROM
34 HDD
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film-forming apparatus 2 Processing container 5 Gas supply part 6 Control part 8 Work material 9 Holder 11 Microwave pulse control part 12 Microwave oscillator 13 Microwave power supply 15 Negative voltage power supply 16 Negative voltage pulse generation part 17 Isolator 18 Tuner 19 Waveguide 21 Coaxial waveguide 22 Microwave supply port 25 Negative voltage electrode 27 Quartz window 29 Radiation thermometer 31 CPU
33 ROM
34 HDD

Claims (5)

導電性を有する被加工材料が備えられた処理容器にガスを供給するガス供給部と、
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パルス状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から供給される前記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と、
前記マイクロ波供給部に、前記負電圧印加部により前記被加工材料に負のバイアス電圧が印加される期間において、前記被加工材料の処理表面に沿って供給されるパルス状のマイクロ波を供給させるように制御をする制御部と、
前記被加工材料の表面温度を検出する検出部と、
を備え
前記検出部を介して検出される前記被加工材料の表面温度が300℃以下であるとき、前記制御部は、前記マイクロ波供給部に供給させる前記マイクロ波の1パルス当たりの供給時間を100μ秒以下に制御して、成膜を行うことを特徴とする成膜装置。
A gas supply unit for supplying gas to a processing vessel provided with a work material having conductivity;
A microwave supply unit for supplying pulsed microwaves for generating plasma along the processing surface of the workpiece material;
A negative voltage application unit that applies a negative bias voltage to the workpiece material to expand a sheath layer along the processing surface of the workpiece material;
A microwave supply port for propagating the microwave supplied from the microwave supply unit to the expanded sheath layer;
The microwave supply unit, the in a period in which a negative bias voltage the material to be processed by the negative voltage application unit is applied, the to supply the microwaves pulsed supplied along the processing surface of the material to be processed a control unit for controlling so that,
A detection unit for detecting a surface temperature of the workpiece material;
Equipped with a,
When the surface temperature of the workpiece material detected through the detection unit is 300 ° C. or less, the control unit sets the supply time per one pulse of the microwave to be supplied to the microwave supply unit to 100 μs. A film forming apparatus that performs film formation under the following control .
前記制御部は、前記マイクロ波供給部に、連続する前記パルス状のマイクロ波のパルス間の供給停止時間が1μ秒以上の間隔で、前記マイクロ波を供給させるように制御をすることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。 The control unit, the microwave supply unit, at an interval of the supply stop time than 1μ seconds between the pulsed microwave successive pulses, and characterized in that the control so as to supply the microwave The film forming apparatus according to claim 1 . 前記制御部は、前記マイクロ供給部による前記パルス状のマイクロ波の供給と、前記負電圧印加部による前記負のバイアス電圧の印加とを行うタイミングを、同期させように制御をすることを特徴とする請求項1又は請求項に記載の成膜装置。 Wherein the control unit includes a supply of the pulsed microwave by the microwave supply unit, the timing for the application of the negative bias voltage by the negative voltage application unit, to a control such Ru synchronized the deposition apparatus according to claim 1 or claim 2, characterized. 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パルス状の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、前記マイクロ波供給部による前記マイクロ波の供給を制御する制御部と、前記被加工材料の表面温度を検出する検出部と、を備えた成膜装置で実行される成膜方法であって、
前記負電圧印加部が、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、
前記制御部が、前記マイクロ波供給部に、前記負電圧印加部により前記被加工材料に負のバイアス電圧が印加される期間において、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前記パルス状のマイクロ波を供給させて、前記マイクロ波を拡大された前記シース層へ伝播させるように制御をするマイクロ波供給制御工程と、
前記検出部を介して検出される前記被加工材料の表面温度が300℃以下であるか否かを判定する温度判定工程と、
を備え、
前記温度判定工程で前記検出部を介して検出される前記被加工材料の表面温度が300℃以下であると判定された場合には、前記マイクロ波供給制御工程において、前記制御部が、前記マイクロ波供給部に供給させる前記マイクロ波の1パルス当たりの供給時間を100μ秒以下に制御して、成膜する成膜方法。
A microwave supply unit for supplying a pulsed microwave to a conductive work material via a microwave supply port; a negative voltage application unit for applying a negative bias voltage to the work material; and the microwave A film forming method executed by a film forming apparatus comprising: a control unit that controls supply of the microwave by a supply unit; and a detection unit that detects a surface temperature of the material to be processed .
A negative voltage application step in which the negative voltage application unit applies a negative bias voltage to the work material to expand a sheath layer along the processing surface of the work material;
The control unit causes the microwave supply unit to generate plasma along the processing surface of the workpiece material during a period in which a negative bias voltage is applied to the workpiece material by the negative voltage application unit. by supplying the pulsed microwave, a microwave supply control step of controlling so as to propagate into said sheath layer is enlarged microwaves,
A temperature determination step for determining whether or not the surface temperature of the workpiece material detected via the detection unit is 300 ° C. or less;
With
When it is determined in the temperature determination step that the surface temperature of the workpiece material detected through the detection unit is 300 ° C. or less, in the microwave supply control step, the control unit by controlling the supply time per one pulse of the microwave to be supplied to the wave supply portion below 100μ seconds, film deposition method of.
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パルス状の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、前記被加工材料の表面温度を検出する検出部と、を備え、前記マイクロ波供給口を介して供給される前記パルス状のマイクロ波を、前記負電圧印加部により印加される負のバイアス電圧によって拡大される、前記被加工材料の処理表面に沿うシース層へ伝播させて、成膜を行う成膜装置を制御するコンピュータによって
前記負電圧印加部に、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させる負電圧印加工程と、
前記マイクロ波供給部に、前記負電圧印加部により前記被加工材料に負のバイアス電圧が印加される期間において、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前記パルス状のマイクロ波を供給させるように制御をする制御工程と、
前記検出部を介して検出される前記被加工材料の表面温度が300℃以下であるか否かを判定する温度判定工程と、
を前記成膜装置に実行させる成膜プログラムであって、
前記温度判定工程で前記検出部を介して検出される前記被加工材料の表面温度が300℃以下であると判定された場合には、前記制御工程において、前記マイクロ波供給部に供給させる前記マイクロ波の1パルス当たりの供給時間を100μ秒以下に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。
A microwave supply unit that supplies a pulsed microwave to a work material having conductivity via a microwave supply port, a negative voltage application unit that applies a negative bias voltage to the work material, and the work A detection unit that detects a surface temperature of the material, and the pulsed microwave supplied through the microwave supply port is expanded by a negative bias voltage applied by the negative voltage application unit. , said propagate into the sheath layer along the processing surface of the work piece, the computer controlling the film-forming apparatus for forming a film Thus,
A negative voltage application step of applying a negative bias voltage to the workpiece material to expand the sheath layer along the processing surface of the workpiece material in the negative voltage application section;
The pulsed micro for generating plasma along the processing surface of the workpiece material in a period in which a negative bias voltage is applied to the workpiece material by the negative voltage application unit in the microwave supply unit. A control process for controlling to supply a wave;
A temperature determination step for determining whether or not the surface temperature of the workpiece material detected via the detection unit is 300 ° C. or less;
A film forming program for causing the film forming apparatus to execute
When it is determined in the temperature determination step that the surface temperature of the material to be processed detected through the detection unit is 300 ° C. or less, the control unit supplies the microwave to the microwave supply unit in the control step. A film forming program which causes the film forming apparatus to execute so as to control a supply time per one pulse of a wave to 100 μsec or less .
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