JPH08209339A - Ion plating and device therefor - Google Patents
Ion plating and device thereforInfo
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- JPH08209339A JPH08209339A JP1495895A JP1495895A JPH08209339A JP H08209339 A JPH08209339 A JP H08209339A JP 1495895 A JP1495895 A JP 1495895A JP 1495895 A JP1495895 A JP 1495895A JP H08209339 A JPH08209339 A JP H08209339A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、いわゆるエンジニアリ
ングコーティングや半導体デバイスの製造における膜形
成等に用いるイオンプレーティング方法及び装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion plating method and apparatus used for so-called engineering coating and film formation in the manufacture of semiconductor devices.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来用いられてきたイオンプレーティン
グ装置の一例として図９に示す装置を挙げることができ
る。この装置は、高周波放電により得られるプラズマを
用いて蒸着粒子をイオン化するタイプのもので、チャン
バ１を有し、チャンバ１内の対向する位置に被成膜基体
Ｓ７を支持する支持ホルダ２及び蒸発源３が設置されて
いる。ホルダ２には、被成膜基体Ｓ７を所定の成膜温度
に維持するためのヒータ２１が付設され、またホルダ２
は接地されている。ホルダ２と蒸発源３との間には高周
波電力供給用のアンテナ４が配置してあり、このアンテ
ナ４にはマッチングボックス４１を介して高周波電源４
２が接続されている。また、チャンバ１にはプラズマ原
料ガス供給部５が付設されて、プラズマ原料ガスをチャ
ンバ１内のアンテナ４と蒸発源３との中間位置に導入で
きるようになっている。プラズマ原料ガス供給部５はマ
スフローコントローラ５１１、５１２・・・及び開閉弁
５２１、５２２・・・を介して接続された１又は２以上
のプラズマ原料ガスのガス源５３１、５３２・・・から
なっている。さらにチャンバ１内には弁部６１を介して
排気ポンプ６２が接続された排気装置６が付設されて、
チャンバ１内を所定の真空度にすることができる。2. Description of the Related Art As an example of a conventionally used ion plating apparatus, there is an apparatus shown in FIG. This apparatus is of a type that ionizes vapor deposition particles using plasma obtained by high-frequency discharge, has a chamber 1, and a support holder 2 for supporting a film-forming substrate S7 at an opposing position in the chamber 1 and evaporation. Source 3 is installed. The holder 2 is provided with a heater 21 for maintaining the film formation substrate S7 at a predetermined film formation temperature.
Is grounded. An antenna 4 for supplying high frequency power is arranged between the holder 2 and the evaporation source 3, and a high frequency power supply 4 is provided to the antenna 4 via a matching box 41.
2 is connected. Further, a plasma source gas supply unit 5 is attached to the chamber 1 so that the plasma source gas can be introduced into the chamber 1 at an intermediate position between the antenna 4 and the evaporation source 3. The plasma raw material gas supply unit 5 is composed of gas sources 531, 532, ... Of one or more plasma raw material gases connected through mass flow controllers 511, 512 ... And opening / closing valves 521, 522. There is. Further, an exhaust device 6 connected to an exhaust pump 62 via a valve portion 61 is additionally provided in the chamber 1,
The chamber 1 can have a predetermined degree of vacuum.
【０００３】このイオンプレーティング装置によると、
チャンバ１内の被成膜基体支持ホルダ２に被成膜基体Ｓ
７が支持された後、チャンバ１内が排気装置６の運転に
より所定の真空度とされる。基体Ｓ７はヒータ２１によ
りホルダ２を加熱することで所定の成膜温度に維持され
る。次いでプラズマ原料ガス供給部５からプラズマ原料
ガスが、チャンバ１内に導入されると共に、高周波電源
４２によりマッチングボックス４１を介してアンテナ４
に高周波電力が印加され、前記導入されたプラズマ原料
ガスがプラズマ化される。一方、蒸発源３から目的とす
る膜の構成原子を含む蒸着物質３ａがホルダ２に支持さ
れた被成膜基体Ｓ５に向けて真空蒸着される。蒸着粒子
は前記発生したプラズマ中のラジカルや電子と衝突して
一部がイオン化され、イオン化した粒子や中性の蒸着粒
子等が被成膜基体Ｓ７上に堆積して膜が形成される。According to this ion plating device,
The film-forming substrate S is attached to the film-forming substrate supporting holder 2 in the chamber 1.
After supporting 7, the inside of the chamber 1 is set to a predetermined vacuum degree by the operation of the exhaust device 6. The substrate S7 is maintained at a predetermined film forming temperature by heating the holder 2 with the heater 21. Next, the plasma raw material gas is introduced from the plasma raw material gas supply unit 5 into the chamber 1, and the antenna 4 is supplied from the high frequency power source 42 via the matching box 41.
High-frequency power is applied to the plasma source gas, and the introduced plasma source gas is turned into plasma. On the other hand, the vapor deposition material 3a containing the constituent atoms of the target film is vacuum-deposited from the evaporation source 3 toward the film formation substrate S5 supported by the holder 2. The vapor-deposited particles collide with the radicals and electrons in the generated plasma and are partially ionized, and the ionized particles and neutral vapor-deposited particles are deposited on the film formation substrate S7 to form a film.
【０００４】プラズマ原料ガスとしてアルゴン（Ａｒ）
ガス等の不活性ガスを用いると、蒸着物質３ａの構成原
子からなる膜が形成され、プラズマ原料ガスとして、例
えば酸素（Ｏ2 ）ガス、窒素（Ｎ2 ）ガス、メタン（Ｃ
Ｈ4 ）ガス等反応性のガスを用いると、このガスの構成
原子と蒸着物質の構成原子からなる化合物膜が形成され
る。Argon (Ar) as plasma source gas
When an inert gas such as a gas is used, a film made of the constituent atoms of the vapor deposition material 3a is formed, and as the plasma raw material gas, for example, oxygen (O 2 ) gas, nitrogen (N 2 ) gas, methane (C
When a reactive gas such as H 4 ) gas is used, a compound film composed of the constituent atoms of this gas and the constituent atoms of the vapor deposition substance is formed.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなイオンプレーティング法及び装置によると、通常１
×１０-4Ｔｏｒｒ程度の低圧下でプラズマを発生させる
ため、また、プラズマＣＶＤのようにほぼ同サイズの高
周波電極と接地電極の間に高周波電力を印加するのでは
なく、アンテナと接地されたチャンバとの間に高周波電
力を印加するためプラズマを発生（点灯）させ難い。さ
らに、被成膜基体に到達する蒸着粒子の運動エネルギは
たかだか熱速度の大きさであり、且つ、その運動エネル
ギを制御することができないため、被成膜基体の温度を
変えることで形成される膜の結晶性や基体との密着性等
の制御を行っており、成膜中の基体温度を低くすること
が難しかった。However, according to such an ion plating method and apparatus, the
In order to generate plasma under a low pressure of about 10 −4 Torr, and instead of applying high-frequency power between a high-frequency electrode and a ground electrode of approximately the same size as in plasma CVD, a chamber grounded to the antenna It is difficult to generate (light) plasma because high-frequency power is applied between and. Further, since the kinetic energy of the vapor deposition particles reaching the film formation substrate is at most the magnitude of the thermal velocity and the kinetic energy cannot be controlled, it is formed by changing the temperature of the film formation substrate. Since the crystallinity of the film and the adhesion to the substrate are controlled, it is difficult to lower the substrate temperature during film formation.
【０００６】そこで本発明は、所定真空下で真空蒸着と
高周波放電によるプラズマ生成を組み合わせて基体上に
膜形成するイオンプレーティング法及び装置であって、
プラズマの発生が容易で、高密度のプラズマを生成させ
ることができ、しかも、被成膜基体を比較的低温に保っ
て成膜を行うことができるイオンプレーティング法及び
装置を提供することを課題とする。Therefore, the present invention is an ion plating method and apparatus for forming a film on a substrate by combining vacuum deposition under a predetermined vacuum and plasma generation by high-frequency discharge.
It is an object of the present invention to provide an ion plating method and apparatus capable of easily generating plasma and generating high-density plasma, and capable of performing film formation while keeping a film formation substrate at a relatively low temperature. And
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】そこで本発明者は前記課
題を解決するため研究を重ねたところ、プラズマ原料ガ
スのプラズマ化を変調した高周波電力を印加することで
行えば、プラズマの発生が容易で、しかも高密度のプラ
ズマを生成することができることを見出した。また、変
調を施さない場合に比べて低い基体温度で同じ成膜速度
が得られることを見出した。Therefore, the inventors of the present invention have conducted extensive research to solve the above-mentioned problems. As a result, plasma is easily generated by applying high-frequency power that modulates plasmaization of plasma source gas. It has been found that high density plasma can be generated. It was also found that the same film formation rate can be obtained at a lower substrate temperature as compared with the case where no modulation is applied.
【０００８】前記知見に基づき本発明は、排気装置と、
プラズマ原料ガス供給手段と、プラズマ生成のための高
周波電力供給手段とが付設されたチャンバ内の対向する
位置に被成膜基体支持手段と蒸発源とを備えた成膜装置
を用い、前記チャンバ内の支持手段に被成膜基体を支持
させ、前記排気装置により前記チャンバ内を所定真空度
とし、前記プラズマ原料ガス供給手段により前記チャン
バ内にプラズマ原料ガスを導入して、前記高周波電力供
給手段により所定周波数の基本高周波電力に所定の変調
を重畳した状態の高周波電力を印加して該ガスをプラズ
マ化するとともに、前記蒸発源から前記支持手段に支持
された被成膜基体に向けて物質蒸着することで該基体に
膜形成するイオンプレーティング法を提供する。Based on the above findings, the present invention provides an exhaust device,
In the chamber, the plasma source gas supply means and the high-frequency power supply means for generating plasma are provided in the chamber, and the deposition target substrate supporting means and the evaporation source are provided at opposite positions in the chamber. The deposition target substrate is supported by the supporting means, the inside of the chamber is brought to a predetermined vacuum degree by the exhaust device, the plasma source gas is introduced into the chamber by the plasma source gas supply means, and the high frequency power supply means is used. A high frequency power in a state where a predetermined modulation is superimposed on a basic high frequency power of a predetermined frequency is applied to turn the gas into a plasma, and a substance is vapor-deposited from the evaporation source toward the film formation substrate supported by the supporting means. This provides an ion plating method for forming a film on the substrate.
【０００９】また前記知見に基づき本発明は、内部で成
膜を行うチャンバと、該チャンバ内の対向する位置に設
けられた被成膜基体支持手段及び蒸発源と、該チャンバ
に対し設けられた排気装置、プラズマ原料ガス供給手
段、及びプラズマを生成させるための高周波電力供給手
段であって所定周波数の基本高周波電力に所定の変調を
重畳した状態の高周波電力を印加できる高周波電力供給
手段とを備えたイオンプレーティング装置を提供する。Further, based on the above-mentioned knowledge, the present invention is provided with respect to the chamber in which the film is formed, the means for supporting the film-forming substrate and the evaporation source which are provided in the chamber at opposite positions. An exhaust device, a plasma raw material gas supply means, and a high frequency power supply means for generating plasma, and a high frequency power supply means capable of applying high frequency power in a state in which predetermined modulation is superimposed on basic high frequency power of a predetermined frequency. An ion plating device is provided.
【００１０】前記方法及び装置において、高周波電力供
給手段とは、成膜を行うチャンバ内にあって高周波電力
が印加される電極やチャンバ外に備えられた電源等を含
む、プラズマ生成のための高周波電力の供給に供される
手段である。前記方法及び装置における蒸発源は、電子
ビーム、抵抗、レーザ、高周波等の手段で物質を蒸発さ
せるものが考えられ、その他イオンビーム、マグネトロ
ン、高周波等の手段でターゲットをスパッタすることで
支持手段に支持された被成膜基体に向けて物質蒸着する
ものであってもよい。In the above method and apparatus, the high frequency power supply means includes a high frequency power for plasma generation, including electrodes inside the chamber for film formation, to which high frequency power is applied, and a power source provided outside the chamber. It is a means used to supply electric power. The evaporation source in the above method and apparatus may be one that evaporates a substance by means of electron beam, resistance, laser, high frequency, etc., and other means for supporting means by sputtering the target by means of ion beam, magnetron, high frequency, etc. The material may be vapor-deposited on the supported film formation substrate.
【００１１】前記方法及び装置において基本高周波電力
に重畳される変調としては、代表的には振幅変調が考え
られる。本発明方法及び装置において用いることができ
るプラズマ原料ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、
ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプト
ン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の不活性ガス
や水素ガス、酸素（Ｏ 2 ）ガス、窒素（Ｎ2 ）ガス、メ
タン（ＣＨ4 ）ガス、エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）ガス等の活性
ガスを挙げることができる。例えば前記不活性ガスを用
いるときには蒸着物質の構成原子からなる膜が形成さ
れ、前記活性ガスを用いるときにはこのガスの構成原子
と蒸着物質の構成原子からなる化合物膜が形成される。
蒸着物質、プラズマ原料ガス及びこれらにより形成され
る膜の組み合わせとしては表１に示す組み合わせを例示
することができる。Basic radio frequency power in the method and apparatus
Amplitude modulation is typically considered as the modulation superimposed on
Can be Can be used in the method and apparatus of the present invention
As the plasma source gas, helium (He) gas,
Neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, crypto
Gas such as nitrogen (Kr) gas and xenon (Xe) gas
Hydrogen gas, oxygen (O 2) Gas, nitrogen (N2) Gas,
Tan (CHFour) Gas, ethane (C2H6) Activity such as gas
Gas can be mentioned. For example, using the inert gas
A film consisting of the constituent atoms of the vapor deposition substance is formed during
When using the active gas, the constituent atoms of this gas
And a compound film composed of constituent atoms of the vapor deposition material is formed.
Formed by vapor deposition material, plasma source gas and these
Examples of combinations of membranes shown in Table 1
can do.
【００１２】[0012]
【表１】 [Table 1]
【００１３】また特に、前記原料ガスのプラズマ化を、
所定周波数の基本高周波電力に該所定周波数の１／１０
以下の周波数で第１の振幅変調を重畳した状態の高周波
電力の印加により行うことが考えられる。これは、第１
の振幅変調周波数が基本高周波電力の周波数の１／１０
より大きいとインピーダンスの整合をとり難く、高周波
電力供給手段により所定の電力を供給し難いからであ
る。In particular, the plasma conversion of the source gas
1/10 of the predetermined frequency to the basic high frequency power of the predetermined frequency
It can be considered that the high-frequency power is applied with the first amplitude modulation superimposed at the following frequencies. This is the first
Amplitude modulation frequency is 1/10 of the frequency of basic high frequency power
This is because if the value is larger, it is difficult to match the impedance, and it is difficult to supply a predetermined power by the high frequency power supply means.
【００１４】また、前記方法及び装置において、前記原
料ガスのプラズマ化を、基本高周波電力に変調を施し
（代表的には該基本高周波電力の周波数の１／１０以下
の周波数の振幅変調）、該変調周波数の１／１００以上
１００倍未満程度の周波数でさらに第２の振幅変調を重
畳した状態の高周波電力の印加により行うことが考えら
れる。In the method and apparatus, the plasma of the source gas is modulated into a basic high frequency power (typically, amplitude modulation of a frequency of 1/10 or less of the frequency of the basic high frequency power). It can be considered that the high frequency power is applied while the second amplitude modulation is further superimposed at a frequency of about 1/100 to less than 100 times the modulation frequency.
【００１５】振幅変調（第１の振幅変調、或いは第１及
び第２の振幅変調）は、プラズマの発生（点灯）を容易
にし、且つ、その後のプラズマ密度を大きくするうえで
有利であり、特にかかる振幅変調は電力印加のオンオフ
を伴うこと（換言すればパルス状に変調すること）が望
ましいと考えられる。なお、前記所定周波数の基本高周
波電力としては普通には連続するサイン波、パルス波、
三角形波等による高周波電力が考えられる。Amplitude modulation (first amplitude modulation or first and second amplitude modulation) is advantageous in facilitating plasma generation (lighting) and increasing plasma density thereafter, and in particular, It is considered that such amplitude modulation is desirably accompanied by turning on / off of power application (in other words, pulse-like modulation). The basic high frequency power of the predetermined frequency is usually a continuous sine wave, pulse wave,
High frequency power due to triangular waves, etc. can be considered.
【００１６】また、本発明における振幅変調は、電力印
加時のピークツーピーク電力が、電力印加時において常
に厳密に一定でなくてもよく、電力印加の立ち上がりや
立ち下がりにおいて小さくなってもよいが、代表的には
電力印加時において実質上一定と見なし得るようにパル
ス状に行うことが考えられる。また、変調を施したガス
プラズマ化用の高周波電力は、代表的には、その原形を
任意の高周波信号を発生させ得る高周波信号発生器（フ
ァンクションジエネレータ）により作り、これをＲＦア
ンプで増幅して得ることが考えられるが、所定周波数の
基本高周波電力を生成し、これに第１の変調を施した
り、さらには第２の変調を施したりして順次操作により
得ること等も考えられる。第１の変調のみを重畳する場
合は、電源としてこのような高周波電力を供給可能な高
周波電源を用いることができる。In the amplitude modulation according to the present invention, the peak-to-peak power at the time of applying the power may not always be exactly constant at the time of applying the power, but may be small at the rising or falling of the power application. Typically, it can be considered to perform in a pulse shape so that it can be regarded as substantially constant when power is applied. Further, the modulated high frequency power for gas plasma generation is typically produced by a high frequency signal generator (function generator) capable of generating an arbitrary high frequency signal and amplified by an RF amplifier. It is conceivable that basic high-frequency power of a predetermined frequency is generated, and the first high-frequency power is subjected to the first modulation, and further the second modulation is performed to obtain the high-frequency power by a sequential operation. When superimposing only the first modulation, a high frequency power source capable of supplying such high frequency power can be used as a power source.
【００１７】また、本発明方法及び装置において、被成
膜基体支持手段に直流バイアスを印加しながら成膜を行
うことが考えられる。この直流バイアス印加により、プ
ラズマ中のイオン、イオン化した蒸着粒子、電子等が加
速されて被成膜基体上へ照射されるため、形成される膜
の基体との密着性が向上したり、結晶性が高く緻密な膜
が形成されたりする等の効果が見込める。Further, in the method and apparatus of the present invention, it is conceivable to form a film while applying a DC bias to the means for supporting the film-forming substrate. By applying this DC bias, the ions in the plasma, ionized vapor deposition particles, electrons, etc. are accelerated and irradiated onto the film formation substrate, so that the adhesion of the formed film to the substrate is improved, and the crystallinity is improved. It can be expected to have the effect of forming a highly dense film.
【００１８】また、本発明方法及び装置において、被成
膜基体支持手段に交流バイアスを印加しながら成膜を行
うことが考えられる。これにより、交流バイアス印加時
の条件を適宜設定することで、該基体に入射するイオ
ン、電子等のエネルギを制御でき、ひいては膜質を制御
することができる。なお、特に電気絶縁性材料からなる
被成膜基体上に膜形成する場合は、このように被成膜基
体支持手段に交流バイアスを印加しながら成膜を行うこ
とが考えられる。Further, in the method and apparatus of the present invention, it is conceivable to form a film while applying an AC bias to the film-forming substrate supporting means. Thus, by appropriately setting the conditions when the AC bias is applied, it is possible to control the energy of ions, electrons, etc. incident on the substrate, and thus control the film quality. In particular, when a film is formed on a film-forming substrate made of an electrically insulating material, it is conceivable to form a film while applying an AC bias to the film-forming substrate supporting means in this way.
【００１９】さらに、前記交流バイアスを、所定周波数
の基本高周波バイアスに変調を重畳した状態の高周波バ
イアスとすることが考えられ、変調条件を適宜選ぶこと
で、前記被成膜基体支持手段への交流バイアス印加のオ
ンオフと同様の効果を容易に得ることができ、それによ
っても膜質のコントロール等を行うことができる。Further, it is conceivable that the AC bias is a high frequency bias in which modulation is superimposed on a basic high frequency bias of a predetermined frequency, and by appropriately selecting the modulation condition, the AC to the film formation substrate supporting means is changed. It is possible to easily obtain the same effect as turning on / off the bias application, which also makes it possible to control the film quality and the like.
【００２０】[0020]
【作用】本発明によると、所定真空下で真空蒸着と高周
波放電によるプラズマ生成を組み合わせて被成膜基体上
に膜形成するイオンプレーティング法及び装置におい
て、変調を施した状態の高周波電力を印加することでプ
ラズマ原料ガスを分解する。これにより、プラズマ中の
電子・イオンの温度が成膜に必要なラジカルを多く生成
するように制御されて、プラズマの発生（点灯）が容易
になるとともに、プラズマ密度が高くなり、その結果、
成膜速度が向上する。According to the present invention, in the ion plating method and apparatus for forming a film on a film-forming substrate by combining vacuum deposition under a predetermined vacuum and plasma generation by high-frequency discharge, high-frequency power in a modulated state is applied. By doing so, the plasma source gas is decomposed. As a result, the temperature of the electrons and ions in the plasma is controlled so as to generate a large number of radicals necessary for film formation, plasma generation (lighting) is facilitated, and the plasma density is increased.
The film forming speed is improved.
【００２１】さらにこれにより、従来のプラズマ原料ガ
スのプラズマ化を変調を施さない高周波電力の印加によ
り行う場合のように成膜中の基体温度を高く保つことに
より膜質の向上を図る必要がないため、基体温度を低く
保って成膜を行うことができる。また、このような振幅
変調による高速電子のハイエネルギテイルの作用で良質
の膜が形成される。なおここにいうハイエネルギテイル
とは、図７に示す高周波電力印加状態に関連する電子温
度・時間の関係を示すグラフにおける曲線ａ中、テイル
部分ｂの状態をさしている。Further, as a result, it is not necessary to improve the film quality by keeping the substrate temperature high during film formation as in the case where conventional plasma source gas is made into plasma by applying high frequency power without modulation. The film formation can be performed while keeping the substrate temperature low. In addition, a high-quality film is formed by the action of high energy tails of high-speed electrons due to such amplitude modulation. The high-energy tail mentioned here refers to the state of the tail portion b in the curve a in the graph showing the relationship between electron temperature and time relating to the high-frequency power application state shown in FIG. 7.
【００２２】前記の第１の変調に第２の変調（振幅変
調）を重畳させるときは、成膜速度が一層向上し、膜質
も一層向上する。これは第２の振幅変調により電子温度
が高く維持され、それだけガス分解が一層促進されるか
らであると考えられる。また、本発明のイオンプレーテ
ィング法及び装置において、被成膜基体支持手段に直流
バイアスを印加しながら被成膜基体に成膜を行うときに
は、プラズマ中の電子、イオン、イオン化した蒸着粒子
等が加速されて該基体上に照射され、その結果、該基体
表面のスパッタ洗浄や基体と膜との界面での混合層形成
等により膜密着性が向上したり、結晶性が高く緻密な膜
が形成されたりする。When the second modulation (amplitude modulation) is superposed on the first modulation, the film formation speed is further improved and the film quality is further improved. It is considered that this is because the second amplitude modulation keeps the electron temperature high, which further promotes gas decomposition. In the ion plating method and apparatus of the present invention, when a film is formed on the film-forming substrate while applying a DC bias to the film-forming substrate supporting means, electrons in the plasma, ions, ionized vapor deposition particles, etc. The substrate is accelerated and irradiated, and as a result, film adhesion is improved due to sputter cleaning of the substrate surface or formation of a mixed layer at the interface between the substrate and the film, or a dense film with high crystallinity is formed. It is done.
【００２３】また、前記成膜基体支持手段に交流バイア
スを印加しながら被成膜基体に成膜を行うときには、交
流バイアスの条件を適宜設定することで該基体に入射す
るイオン・電子等のエネルギを制御でき、ひいては膜質
を制御することができる。さらに、前記の被成膜基体支
持手段に印加される交流バイアスを所定周波数の基本高
周波バイアスに変調を重畳した状態の高周波バイアスと
するときには、変調条件を適宜設定することで、前記交
流バイアス印加のオンオフと同様の効果を容易に得るこ
とができ、それによっても膜質のコントロール等を行う
ことができる。When a film is formed on the film-forming substrate while applying an AC bias to the film-forming substrate supporting means, the energy of ions, electrons, etc. incident on the substrate can be set by appropriately setting the condition of the AC bias. Can be controlled, and thus the film quality can be controlled. Further, when the AC bias applied to the film formation substrate supporting means is a high frequency bias in which modulation is superimposed on a basic high frequency bias of a predetermined frequency, the modulation condition is appropriately set to apply the AC bias. The same effect as on / off can be easily obtained, and the film quality can be controlled also by this.
【００２４】[0024]
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１は本発明のイオンプレーティング装置の１例の
概略構成を示している。この装置は、図９に示す従来装
置において高周波電源４２に代えて高周波電力発生装置
４３を採用し、プラズマ原料ガス供給部５に代えて、被
成膜基体Ｓ１とアンテナ４の中間位置にガスを導入でき
るガス供給部７ａ及びアンテナ４と蒸着源３の中間位置
にガスを導入できるガス供給部７ｂからなるプラズマ原
料ガス供給部７を採用したものである。ガス供給部７
ａ、７ｂはそれぞれマスフローコントローラ７１１ａ、
７１２ａ・・・、７１１ｂ、７１２ｂ・・・及び開閉弁
７２１ａ、７２２ａ・・・、７２１ｂ、７２２ｂ・・・
を介して接続された１又は２以上のプラズマ原料ガスの
ガス源７３１ａ、７３２ａ・・・、７３１ｂ、７３２ｂ
・・・からなっている。装置４３には、マッチングボッ
クス４１ＡにＲＦアンプ４４Ａを介して接続された高周
波信号発生器４５が含まれている。高周波電力発生装置
４３、マッチングボックス４１Ａ及びアンテナ４は高周
波電力供給手段を構成している。また、蒸発源３はここ
では電子ビーム蒸発源である。その他の構成は図９に示
す装置と同構成であり、図９に示すと同様の部品には同
じ符号を付してある。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an example of the ion plating apparatus of the present invention. This apparatus employs a high-frequency power generator 43 in place of the high-frequency power source 42 in the conventional apparatus shown in FIG. 9, and replaces the plasma source gas supply unit 5 with a gas at an intermediate position between the film-forming substrate S1 and the antenna 4. The plasma raw material gas supply unit 7 is composed of a gas supply unit 7a that can be introduced and a gas supply unit 7b that can introduce gas at an intermediate position between the antenna 4 and the vapor deposition source 3. Gas supply unit 7
a and 7b are mass flow controllers 711a and 711a, respectively.
712a ..., 711b, 712b ... And on-off valves 721a, 722a ..., 721b, 722b ...
, 731b, 732b of one or more plasma raw material gases connected via
It consists of ... The device 43 includes a high frequency signal generator 45 connected to the matching box 41A via an RF amplifier 44A. The high frequency power generator 43, the matching box 41A and the antenna 4 constitute a high frequency power supply means. The evaporation source 3 is an electron beam evaporation source here. Other configurations are the same as those of the device shown in FIG. 9, and the same parts as those shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.
【００２５】本例によると、高周波電力発生装置４３
は、図８の（Ａ）に示す１３．５６ＭＨｚのサイン波連
続高周波電力に同図（Ｂ）に示すように該周波数１３．
５６ＭＨｚの１０分の１以下の周波数で第１の振幅変調
を施し、オン時間Ｔ１、オフ時間Ｔ２が順次繰り返され
る状態の高周波電力を発生するように設定されている。
オン時におけるピークツーピーク電力は一定である。According to this example, the high frequency power generator 43
Is the same as the sine wave continuous high frequency power of 13.56 MHz shown in (A) of FIG.
The first amplitude modulation is performed at a frequency of one-tenth or less of 56 MHz, and the high-frequency power in a state where the ON time T1 and the OFF time T2 are sequentially repeated is set to be generated.
The peak-to-peak power is constant when the power is on.
【００２６】このイオンプレーティング装置によると本
発明方法は次のように実施される。すなわち、成膜対象
基体Ｓ１がチャンバ１内の被成膜基体支持ホルダ２上に
設置され、ヒータ２１で所定温度に加熱される一方、該
チャンバ１内が排気装置６の運転にて所定成膜真空度と
される。次いで、プラズマ原料ガス供給部７から所定量
のプラズマ原料ガスが導入されるとともに、アンテナ４
に高周波電力発生装置４３から前記のとおり振幅変調が
重畳された状態の高周波電力が印加され、それによって
導入されたガスがプラズマ化される。このとき、プラズ
マ原料ガスのうち互いに混合することが望ましくないガ
スについてはガス供給部７ａ、７ｂから別々にチャンバ
１内に導入したり、基体Ｓ１付近に導入すると反応が意
図されているにも拘らず蒸着物質３ａと反応せず単独で
膜形成されるガスについては、ガス供給部７ｂからチャ
ンバ１内のアンテナ４と蒸着源３との間に導入したりす
ることができる。一方、ホルダ２に支持された被成膜基
体Ｓ１に蒸発源３を用いて、目的とする膜の構成原子を
含む蒸着物質３ａが真空蒸着される。蒸着粒子は前記発
生したプラズマ中のラジカルやイオンと衝突して一部が
イオン化され、イオン化した粒子、中性の蒸着粒子等が
被成膜基体Ｓ１上に堆積して膜が形成される。According to this ion plating apparatus, the method of the present invention is carried out as follows. That is, the film formation target substrate S1 is placed on the film formation substrate support holder 2 in the chamber 1 and heated to a predetermined temperature by the heater 21, while the inside of the chamber 1 is subjected to the predetermined film formation by the operation of the exhaust device 6. The degree of vacuum is considered. Next, a predetermined amount of plasma raw material gas is introduced from the plasma raw material gas supply unit 7, and the antenna 4
The high-frequency power generator 43 applies high-frequency power in a state in which the amplitude modulation is superimposed as described above, and the gas introduced thereby is turned into plasma. At this time, regarding the gases that are not desirable to be mixed with each other among the plasma raw material gases, if they are introduced into the chamber 1 separately from the gas supply portions 7a and 7b, or if they are introduced near the substrate S1, the reaction is intended. The gas that does not react with the vapor deposition material 3a and is used alone to form a film can be introduced between the antenna 4 in the chamber 1 and the vapor deposition source 3 from the gas supply unit 7b. On the other hand, by using the evaporation source 3 on the deposition target substrate S1 supported by the holder 2, the vapor deposition material 3a containing the constituent atoms of the target film is vacuum deposited. The vapor-deposited particles collide with the radicals and ions in the generated plasma to be partially ionized, and the ionized particles, neutral vapor-deposited particles, and the like are deposited on the film formation substrate S1 to form a film.
【００２７】このイオンプレーティング装置によると、
振幅変調した高周波電力の印加により原料ガスをプラズ
マ化することでプラズマ中の電子・イオンの温度が成膜
に必要なラジカルが多く生成するように制御されて、プ
ラズマの発生が容易になるとともに、プラズマ密度を高
くすることができ、その結果、成膜速度を向上させるこ
とができる。また、このような振幅変調による高速電子
のハイエネルギテイルの作用で良質の膜が形成される。
また、従来に比べて低い基体温度で成膜を行うことがで
きる。According to this ion plating device,
By turning the source gas into plasma by applying amplitude-modulated high-frequency power, the temperature of electrons and ions in the plasma is controlled so that many radicals necessary for film formation are generated, and plasma is easily generated. The plasma density can be increased, and as a result, the film formation rate can be improved. In addition, a high-quality film is formed by the action of high energy tails of high-speed electrons due to such amplitude modulation.
In addition, film formation can be performed at a substrate temperature lower than that in the conventional case.
【００２８】図２は本発明のイオンプレーティング装置
の他の例の概略構成を示している。この装置は図１に示
す前記装置における高周波電力発生装置４３を高周波電
力発生装置４６に代えたものであり、他の構成は図１の
装置と同様である。高周波電力発生装置４６は、マッチ
ングボックス４１ＢにＲＦアンプ４４Ｂを介して接続さ
れた高周波信号発生器４７を含んでおり、図８の（Ａ）
に示す１３．５６ＭＨｚのサイン波連続高周波電力に同
図（Ｂ）に示すように該周波数１３．５６ＭＨｚの１０
分の１以下の周波数で第１の振幅変調を施し、さらに、
同図（Ｃ）に示すように該第１変調の周波数１／（Ｔ１
＋Ｔ２）より高く、該周波数の１００倍未満の周波数で
第２の振幅変調を施し、第１振幅変調によるオン時間Ｔ
１についてオン時間Ｔ３、オフ時間Ｔ４が順次繰り返さ
れる状態の高周波電力を発生するように設定されてい
る。FIG. 2 shows a schematic structure of another example of the ion plating apparatus of the present invention. This apparatus is the same as the apparatus shown in FIG. 1 except that the high frequency power generator 43 in the apparatus shown in FIG. 1 is replaced with a high frequency power generator 46. The high frequency power generator 46 includes a high frequency signal generator 47 connected to the matching box 41B via an RF amplifier 44B, and is shown in FIG.
The 13.56 MHz sine wave continuous high frequency power shown in FIG.
The first amplitude modulation is performed at a frequency equal to or less than 1 /
As shown in FIG. 6C, the frequency of the first modulation 1 / (T1
+ T2), the second amplitude modulation is performed at a frequency less than 100 times the frequency, and the on-time T by the first amplitude modulation is
1 is set to generate high frequency power in a state in which the on time T3 and the off time T4 are sequentially repeated.
【００２９】このイオンプレーティング装置によると、
前記のとおりの第１及び第２の振幅変調が重畳された状
態の高周波電力の印加により原料ガスがプラズマ化され
る結果、成膜速度が一層向上するとともに被成膜基体Ｓ
２上に形成される膜の膜質が一層向上する。図３は本発
明のイオンプレーティング装置のさらに他の例の概略構
成を示している。この装置は図１に示す前記装置におけ
る高周波電力発生装置４３を高周波電力発生装置４８に
代えたものであり、他の構成は図１の装置と同様であ
る。According to this ion plating device,
As a result of applying the high-frequency power in the state in which the first and second amplitude modulations are superimposed as described above, the source gas is turned into plasma, and as a result, the film formation rate is further improved and the film formation substrate S is formed.
The film quality of the film formed on 2 is further improved. FIG. 3 shows a schematic configuration of still another example of the ion plating apparatus of the present invention. This apparatus is the same as the apparatus shown in FIG. 1 except that the high frequency power generator 43 in the apparatus shown in FIG. 1 is replaced with a high frequency power generator 48.
【００３０】高周波電力発生装置４８は、マッチングボ
ックス４１ＣにＲＦアンプ４４Ｃを介して接続された高
周波信号発生器４９を含んでおり、図８の（Ａ）に示す
１３．５６ＭＨｚのサイン波連続高周波電力に同図
（Ｂ）に示すように該周波数１３．５６ＭＨｚの１０分
の１以下の周波数で第１の振幅変調を施し、さらに、同
図（Ｄ）に示すように該第１変調の周波数１／（Ｔ１＋
Ｔ２）より低く、１／１００以上の周波数で第２の振幅
変調を施し、オン時間について前記第１変調波のオン時
間Ｔ１、オフ時間Ｔ２が順次繰り返される状態の高周波
電力を発生するように設定されている。The high frequency power generator 48 includes a high frequency signal generator 49 connected to the matching box 41C via an RF amplifier 44C, and a 13.56 MHz sine wave continuous high frequency power shown in FIG. 8 (A). 1B, the first amplitude modulation is performed at a frequency that is 1/10 or less of the frequency 13.56 MHz, and further, as shown in FIG. / (T1 +
The second amplitude modulation is performed at a frequency lower than T2) and 1/100 or more, and is set to generate high frequency power in a state in which the ON time T1 and the OFF time T2 of the first modulated wave are sequentially repeated for the ON time. Has been done.
【００３１】このイオンプレーティング装置によると、
図２の装置によると同様にして前記のとおりの第１及び
第２の振幅変調が重畳された状態の高周波電力の印加に
より原料ガスがプラズマ化される結果、成膜速度が一層
向上するとともに被成膜基体Ｓ３上に形成される膜の膜
質が一層向上する。図４は本発明のイオンプレーティン
グ装置のさらに他の例の概略構成を示している。この装
置は、図１に示す前記装置において基体ホルダ２に直流
電源２２が接続されたものであり、他の構成は図１の装
置と同じである。According to this ion plating device,
Similarly to the apparatus of FIG. 2, the source gas is plasmatized by the application of the high-frequency power in the state where the first and second amplitude modulations are superposed as described above. The film quality of the film formed on the film-forming substrate S3 is further improved. FIG. 4 shows a schematic configuration of still another example of the ion plating apparatus of the present invention. This device is the same as the device shown in FIG. 1 except that a DC power source 22 is connected to the substrate holder 2 in the device shown in FIG.
【００３２】このイオンプレーティング装置によると、
基体ホルダ２に直流バイアスが印加されつつ基体Ｓ４上
に膜形成されるため、プラズマ中の電子、イオン、イオ
ン化した蒸着粒子等が加速されて基体Ｓ４上に照射さ
れ、その結果膜質や膜密着性等が向上する。図５は本発
明のイオンプレーティング装置のさらに他の例の概略構
成を示している。この装置は、図１に示す前記装置にお
いて基体ホルダ２に交流電源２３が接続されたものであ
り、他の構成は図１の装置と同じである。According to this ion plating device,
Since a film is formed on the substrate S4 while a DC bias is applied to the substrate holder 2, electrons, ions, ionized vapor deposition particles and the like in the plasma are accelerated and irradiated on the substrate S4, resulting in film quality and film adhesion. Etc. are improved. FIG. 5 shows a schematic configuration of still another example of the ion plating apparatus of the present invention. This device is the same as the device shown in FIG. 1 except that an AC power supply 23 is connected to the substrate holder 2 and the other structure is the same as that of the device shown in FIG.
【００３３】このイオンプレーティング装置によると、
基体ホルダ２に交流バイアスが印加されつつ基体Ｓ５上
に膜形成されるため、交流バイアスの条件を適宜設定す
ることで膜質や膜密着性等を制御することができ、その
結果これらを向上させることができる。図６は本発明の
イオンプレーティング装置のさらに他の例の概略構成を
示している。この装置は、図１に示す前記装置において
基体ホルダ２にマッチングボックス２４を介して高周波
電源２５が接続されたものであり、他の構成は図１の装
置と同じである。According to this ion plating device,
Since the film is formed on the substrate S5 while the AC bias is applied to the substrate holder 2, the film quality, the film adhesion and the like can be controlled by appropriately setting the conditions of the AC bias, and as a result, these can be improved. You can FIG. 6 shows a schematic configuration of still another example of the ion plating apparatus of the present invention. This device is the same as the device shown in FIG. 1, except that a high frequency power supply 25 is connected to the substrate holder 2 via a matching box 24, and the other structure is the same as that of the device shown in FIG.
【００３４】このイオンプレーティング装置によると、
基体ホルダ２に変調を施した高周波バイアスが印加され
つつ基体Ｓ６上に膜形成されるため、変調条件を適宜設
定することで前記交流バイアス印加のオンオフと同様の
効果を容易に得ることができ、その結果膜質や膜密着性
等を向上させることができる。次に図１、２、４の装置
のそれぞれによりダイアモンド状炭素（ＤＬＣ：Diamon
d Like Carbon ）膜を形成した実験例及び図９の装置に
よりダイアモンド状炭素膜を形成した比較例１、並びに
図１、２、５、６の装置のそれぞれにより窒化ホウ素膜
を形成した実験例及び図９の装置により窒化ホウ素膜を
形成した比較例２を示す。 実験例１ 図１の装置によるＤＬＣ膜の形成 成膜条件 基体Ｓ１ ：１００ｍｍ平方のポリイミド樹脂 基体ホルダ ：直径２００ｍｍ 高周波電力 ：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ 振幅変調周波数 １ｋＨｚ、オンオフ比５０％ 蒸着物質 ：炭素（Ｃ） プラズマ原料ガス ：水素（Ｈ2 ）ガス、１０ｓｃｃｍ 成膜圧力 ：５×１０-4Ｔｏｒｒ 膜厚 ：１００８０Å 実験例２ 図２の装置によるＤＬＣ膜の形成 成膜条件 基体Ｓ２ ：１００ｍｍ平方のポリイミド樹脂 基体ホルダ ：直径２００ｍｍ 高周波電力 ：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ 第１振幅変調周波数：１ｋＨｚ、オンオフ比５０％ 第２振幅変調周波数：６８ｋＨｚ、オンオフ比５０％ 蒸着物質 ：炭素（Ｃ） プラズマ原料ガス ：水素（Ｈ2 ）ガス、１０ｓｃｃｍ 成膜圧力 ：５×１０-4Ｔｏｒｒ 膜厚 ：１０９２０Å 実験例３ 図４の装置によるＤＬＣ膜の形成 成膜条件 基体Ｓ４ ：１００ｍｍ平方のポリイミド樹脂 基体ホルダ ：直径２００ｍｍ 高周波電力 ：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ 振幅変調周波数 １ｋＨｚ、オンオフ比５０％ 蒸着物質 ：炭素（Ｃ） プラズマ原料ガス ：水素（Ｈ2 ）ガス、１０ｓｃｃｍ 成膜圧力 ：５×１０-4Ｔｏｒｒ 基体バイアス電圧 ：−２００Ｖ 膜厚 ：１００８０Å 比較例１ 図９の装置によるＤＬＣ膜の形成 基体Ｓ７ ：１００ｍｍ平方のポリイミド樹脂 基体ホルダ ：直径２００ｍｍ 高周波電力 ：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ 蒸着物質 ：炭素（Ｃ） プラズマ原料ガス ：水素（Ｈ2 ）ガス、１０ｓｃｃｍ 成膜圧力 ：５×１０-4Ｔｏｒｒ 膜厚 ：１０２００Å 実験例４ 図１の装置による窒化ホウ素膜の形成 成膜条件 基体Ｓ１ ：直径１００ｍｍ平方のシリコン 基体ホルダ ：直径２００ｍｍ 高周波電力 ：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ 振幅変調周波数 １ｋＨｚ、オンオフ比５０％ 蒸着物質 ：ホウ素（Ｂ） プラズマ原料ガス ：窒素（Ｎ2 ）ガス、１０ｓｃｃｍ 成膜圧力 ：５×１０-4Ｔｏｒｒ 膜厚 ：５０４０Å 実験例５ 図２の装置による窒化ホウ素膜の形成 成膜条件 基体Ｓ２ ：直径１００ｍｍ平方のシリコン 基体ホルダ ：直径２００ｍｍ 高周波電力 ：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ 第１振幅変調周波数：１ｋＨｚ、オンオフ比５０％ 第２振幅変調周波数：６８ｋＨｚ、オンオフ比５０％ 蒸着物質 ：ホウ素（Ｂ） プラズマ原料ガス ：窒素（Ｎ2 ）ガス、１０ｓｃｃｍ 成膜圧力 ：５×１０-4Ｔｏｒｒ 膜厚 ：５０４０Å 実験例６ 図５の装置による窒化ホウ素膜の形成 成膜条件 基体Ｓ５ ：直径１００ｍｍ平方のシリコン 基体ホルダ ：直径２００ｍｍ 高周波電力 ：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ 振幅変調周波数 １ｋＨｚ、オンオフ比５０％ 蒸着物質 ：ホウ素（Ｂ） プラズマ原料ガス ：窒素（Ｎ2 ）ガス、１０ｓｃｃｍ 成膜圧力 ：５×１０-4Ｔｏｒｒ 基体バイアス ：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ 膜厚 ：５０４０Å 実験例７ 図６の装置による窒化ホウ素膜の形成 成膜条件 基体Ｓ６ ：直径１００ｍｍ平方のシリコン 基体ホルダ ：直径２００ｍｍ 高周波電力 ：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ 振幅変調周波数 １ｋＨｚ、オンオフ比５０％ 蒸着物質 ：ホウ素（Ｂ） プラズマ原料ガス ：窒素（Ｎ2 ）ガス、１０ｓｃｃｍ 成膜圧力 ：５×１０-4Ｔｏｒｒ 基体バイアス ：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ 振幅変調周波数 １ｋＨｚ、オンオフ比５０％ 膜厚 ：５０４０Å 比較例２ 図９の装置による窒化ホウ素膜の形成 成膜条件 基体Ｓ７ ：直径１００ｍｍ平方のシリコン 基体ホルダ ：直径２００ｍｍ 高周波電力 ：１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ 蒸着物質 ：ホウ素（Ｂ） プラズマ原料ガス ：窒素（Ｎ2 ）ガス、１０ｓｃｃｍ 成膜圧力 ：５×１０-4Ｔｏｒｒ 膜厚 ：５０４０Å 次に、実験例１〜７及び比較例１、２の成膜における成
膜速度と成膜温度、並びにこれらの例により得られた各
膜の硬度及び基体に対する密着性をまとめて表２に示
す。なお、硬度はビッカース硬度を測定したものであ
り、膜密着性はスクラッチテスターにより測定したもの
である。According to this ion plating device,
Since a film is formed on the substrate S6 while a modulated high frequency bias is applied to the substrate holder 2, it is possible to easily obtain the same effect as the on / off of the AC bias application by appropriately setting the modulation conditions. As a result, the film quality and film adhesion can be improved. Next, diamond-like carbon (DLC: Diamon
d Like Carbon) film forming example, Comparative Example 1 forming a diamond-like carbon film by the device of FIG. 9, and Experimental example forming a boron nitride film by each of the devices of FIGS. 1, 2, 5 and 6. 10 shows a comparative example 2 in which a boron nitride film is formed by the apparatus of FIG. Experimental Example 1 DLC film formation by the apparatus of FIG. 1 Film forming conditions Substrate S1: 100 mm square polyimide resin Substrate holder: Diameter 200 mm High frequency power: 13.56 MHz, 100 W Amplitude modulation frequency 1 kHz, ON / OFF ratio 50% Deposition material: Carbon ( C) Plasma raw material gas: hydrogen (H 2 ) gas, 10 sccm Film forming pressure: 5 × 10 −4 Torr Film thickness: 10080Å Experimental example 2 DLC film formation by the apparatus of FIG. 2 Film forming conditions Substrate S2: 100 mm square polyimide Resin substrate holder: Diameter 200 mm High frequency power: 13.56 MHz, 100 W First amplitude modulation frequency: 1 kHz, on / off ratio 50% Second amplitude modulation frequency: 68 kHz, on / off ratio 50% Deposition material: Carbon (C) Plasma source gas: Hydrogen (H 2) gas, 10 sccm Film formation pressure: 5 × 10 -4 Tor Film thickness: 10920Å Experimental example 3 DLC film formation by the apparatus of FIG. 4 Film forming conditions Substrate S4: 100 mm square polyimide resin Substrate holder: Diameter 200 mm High frequency power: 13.56 MHz, 100 W Amplitude modulation frequency 1 kHz, ON / OFF ratio 50% Vapor deposition Material: Carbon (C) Plasma source gas: Hydrogen (H 2 ) gas, 10 sccm Film forming pressure: 5 × 10 −4 Torr Substrate bias voltage: −200 V Film thickness: 10080Å Comparative example 1 DLC film formation by the apparatus of FIG. Substrate S7: 100 mm square polyimide resin Substrate holder: Diameter 200 mm High frequency power: 13.56 MHz, 100 W Deposition material: Carbon (C) Plasma source gas: Hydrogen (H 2 ) gas, 10 sccm Film formation pressure: 5 × 10 −4 Torr Film thickness: 10200Å Experimental example 4 Boron nitride produced by the apparatus shown in FIG. Formation of film deposition conditions substrate S1: silicon substrate holder 100mm in diameter square: Diameter 200mm frequency power: 13.56 MHz, 100W amplitude modulation frequency 1 kHz, on-off ratio of 50% deposition material: boron (B) plasma source gas: nitrogen (N 2 ) Gas, 10 sccm Film forming pressure: 5 × 10 −4 Torr Film thickness: 5040 Å Experimental example 5 Formation of boron nitride film by the apparatus of FIG. 2 Film forming conditions Substrate S2: 100 mm square silicon substrate holder: 200 mm diameter high frequency power : 13.56 MHz, 100W first amplitude modulation frequency: 1 kHz, on-off ratio of 50% second amplitude modulation frequency: 68 kHz, duty factor 50% deposition material: boron (B) plasma source gas: nitrogen (N 2) gas, 10 sccm formed Film pressure: 5 × 10 −4 Torr Film thickness: 5040 Å Experimental example 6 Formation of Boron Nitride Film by Apparatus of FIG. 5 Film Forming Conditions Substrate S5: Silicon substrate having a diameter of 100 mm Square substrate: Diameter 200 mm High frequency power: 13.56 MHz, 100 W Amplitude modulation frequency 1 kHz, ON / OFF ratio 50% Deposition material: Boron (B) Plasma source gas: Nitrogen (N 2 ) gas, 10 sccm Film forming pressure: 5 × 10 −4 Torr Substrate bias: 13.56 MHz, 100 W Film thickness: 5040 Å Experimental example 7 Formation of boron nitride film by the apparatus of FIG. 6 Film forming conditions Substrate S6: Silicon with a diameter of 100 mm Square substrate holder: Diameter 200 mm High frequency power: 13.56 MHz, 100 W Amplitude modulation frequency 1 kHz, ON / OFF ratio 50% Vapor deposition material: Boron (B) Plasma source gas: Nitrogen (N 2 ) gas, 10 sccm composition deposition pressure: 5 × 10 -4 Torr substrate bias 13.56 MHz, 100 W Amplitude modulation frequency 1 kHz, ON / OFF ratio 50% Film thickness: 5040 Å Comparative example 2 Boron nitride film formation by the apparatus of FIG. 9 Film forming conditions Substrate S7: Silicon substrate with a diameter of 100 mm Square substrate: Diameter 200 mm High frequency power: 13.56 MHz, 100 W Deposition material: Boron (B) Plasma source gas: Nitrogen (N 2 ) gas, 10 sccm Film formation pressure: 5 × 10 −4 Torr Film thickness: 5040 Å Next, Experimental Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 Table 2 collectively shows the film forming rate and film forming temperature in the film forming of No. 2, and the hardness and the adhesion to the substrate of each film obtained by these examples. The hardness is measured by Vickers hardness, and the film adhesion is measured by a scratch tester.
【００３５】[0035]
【表２】 [Table 2]
【００３６】以上の結果、振幅変調を重畳した状態の高
周波電力の印加にて原料ガスをプラズマ化することによ
り、成膜速度が向上したとともに成膜温度を低下させる
ことができ、また硬度や膜密着性が向上したことが分か
る。さらに第２の振幅変調を重畳することにより成膜速
度が一層向上したとともに硬度、膜密着性が一層向上し
たことが分かる。また基体ホルダに直流バイアスを印加
しながら成膜を行うことにより膜密着性が向上し、基体
ホルダに交流バイアスを印加しながら成膜を行うことに
より硬度及び膜密着性が向上し、さらに基体ホルダに振
幅変調を重畳した状態の高周波バイアスを印加しながら
成膜を行うことにより硬度及び膜密着性が一層向上した
ことが分かる。As a result, by plasma-converting the raw material gas by applying high-frequency power with the amplitude modulation superimposed, the film formation rate can be improved and the film formation temperature can be lowered, and the hardness and the film can be reduced. It can be seen that the adhesion is improved. Further, it can be seen that by superimposing the second amplitude modulation, the film formation rate was further improved, and the hardness and the film adhesion were further improved. Further, film adhesion is improved by applying a DC bias to the substrate holder, and film hardness is improved by applying an AC bias to the substrate holder, and hardness and film adhesion are further improved. It can be seen that the hardness and the film adhesiveness were further improved by forming the film while applying the high frequency bias in the state where the amplitude modulation was superposed on.
【００３７】[0037]
【発明の効果】本発明によると、所定真空下で真空蒸着
と高周波放電によるプラズマ生成を組み合わせて基体上
に膜形成するイオンプレーティング法及び装置であっ
て、プラズマの発生が容易で、高密度のプラズマを生成
させることができ、しかも、被成膜基体を比較的低温に
保って成膜を行うことができるイオンプレーティング法
及び装置を提供することができる。According to the present invention, there is provided an ion plating method and apparatus for forming a film on a substrate by combining vacuum deposition under a predetermined vacuum and plasma generation by high-frequency discharge. It is possible to provide an ion plating method and an apparatus capable of generating the plasma described above and capable of performing film formation while keeping the film formation substrate at a relatively low temperature.
【００３８】また、本発明によると、従来のイオンプレ
ーティング法及び装置に比べて硬度等の膜質や被成膜基
体に対する密着性が優れた膜を得ることができる。Further, according to the present invention, it is possible to obtain a film having excellent film quality such as hardness and adhesion to the substrate on which the film is formed, as compared with the conventional ion plating method and apparatus.
【図１】本発明の１実施例であるイオンプレーティング
装置の概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an ion plating apparatus that is an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の他の実施例であるイオンプレーティン
グ装置の概略構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an ion plating apparatus that is another embodiment of the present invention.
【図３】本発明のさらに他の実施例であるイオンプレー
ティング装置の概略構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an ion plating apparatus which is still another embodiment of the present invention.
【図４】本発明のさらに他の実施例であるイオンプレー
ティング装置の概略構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an ion plating apparatus which is still another embodiment of the present invention.
【図５】本発明のさらに他の実施例であるイオンプレー
ティング装置の概略構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an ion plating apparatus which is still another embodiment of the present invention.
【図６】本発明のさらに他の実施例であるイオンプレー
ティング装置の概略構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of an ion plating apparatus which is still another embodiment of the present invention.
【図７】プラズマ中の高速電子のハイエネルギテイルを
説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a high energy tail of high-speed electrons in plasma.
【図８】図（Ａ）は基本高周波電力波形の概略を示す
図、図（Ｂ）は図（Ａ）の高周波電力に振幅変調を重畳
した状態の高周波電力波形の概略を示す図、図（Ｃ）は
図（Ｂ）の高周波電力に第２の振幅変調を重畳した状態
の高周波電力波形の１例の概略を示す図、図（Ｄ）は図
（Ｂ）の高周波電力に第２の振幅変調を重畳した状態の
高周波電力波形の他の例の概略を示す図である。8A is a diagram showing an outline of a basic high frequency power waveform, and FIG. 8B is a diagram showing an outline of a high frequency power waveform in a state where amplitude modulation is superimposed on the high frequency power of FIG. FIG. 6C is a diagram showing an outline of an example of a high-frequency power waveform in a state where the second amplitude modulation is superimposed on the high-frequency power of FIG. 6B, and FIG. 6D is a second amplitude of the high-frequency power of FIG. It is a figure which shows the outline of the other example of the high frequency power waveform in the state where the modulation was superimposed.
【図９】従来のイオンプレーティング装置例の概略構成
を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of an example of a conventional ion plating apparatus.
１ チャンバ ２ 基体ホルダ ２１ ヒータ ２２ 直流電源 ２３ 交流電源 ２４ マッチングボックス ２５ 高周波電源 ３ 電子ビーム蒸発源 ３ａ 蒸着物質 ４ アンテナ ４１、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ マッチングボックス ４３、４６、４８ 高周波電力発生装置 ４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ ＲＦアンプ ４５、４７、４９ 高周波信号発生器 ６ 排気装置 ６１ 弁部 ６２ 排気ポンプ ７ プラズマ原料ガス供給部 1 Chamber 2 Substrate Holder 21 Heater 22 DC Power Supply 23 AC Power Supply 24 Matching Box 25 High Frequency Power Supply 3 Electron Beam Evaporation Source 3a Deposition Material 4 Antennas 41, 41A, 41B, 41C Matching Box 43, 46, 48 High Frequency Power Generation Devices 44A, 44B , 44C RF amplifier 45, 47, 49 High frequency signal generator 6 Exhaust device 61 Valve part 62 Exhaust pump 7 Plasma raw material gas supply part
Claims (12)
と、プラズマ生成のための高周波電力供給手段とが付設
されたチャンバ内の対向する位置に被成膜基体支持手段
と蒸発源とを備えた成膜装置を用い、前記チャンバ内の
支持手段に被成膜基体を支持させ、前記排気装置により
前記チャンバ内を所定真空度とし、前記プラズマ原料ガ
ス供給手段により前記チャンバ内にプラズマ原料ガスを
導入して、前記高周波電力供給手段により所定周波数の
基本高周波電力に所定の変調を重畳した状態の高周波電
力を印加して該ガスをプラズマ化するとともに、前記蒸
発源から前記支持手段に支持された被成膜基体に向けて
物質蒸着することで該基体に膜形成することを特徴とす
るイオンプレーティング法。1. A film forming substrate support means and an evaporation source are provided at opposite positions in a chamber provided with an exhaust device, a plasma source gas supply means, and a high frequency power supply means for plasma generation. A film forming apparatus is used to support the film formation substrate on the supporting means in the chamber, the chamber is evacuated to a predetermined vacuum degree by the exhaust device, and the plasma source gas is introduced into the chamber by the plasma source gas supplying means. Then, the high-frequency power supply means applies high-frequency power in a state in which a predetermined modulation is superimposed on the basic high-frequency power of a predetermined frequency to turn the gas into plasma, and at the same time, from the evaporation source to a target supported by the supporting means. An ion plating method, wherein a film is formed on a substrate by vapor deposition of a substance toward the substrate.
る前記プラズマ原料ガスのプラズマ化を、所定周波数の
基本高周波電力に該所定周波数の１／１０以下の周波数
で振幅変調を重畳した状態の高周波電力を印加すること
で行う請求項１記載のイオンプレーティング法。2. High frequency power in a state in which the plasma raw material gas is turned into plasma by applying power from the high frequency power supply means and amplitude modulation is superimposed on a basic high frequency power of a predetermined frequency at a frequency of 1/10 or less of the predetermined frequency. The ion plating method according to claim 1, which is performed by applying
記基本高周波電力に前記変調を重畳し、さらに該変調周
波数の１／１００以上、１００倍未満の周波数で振幅変
調を重畳した状態の高周波電力の印加により行う請求項
１又は２記載のイオンプレーティング法。3. The high frequency power in a state where the plasma source gas is converted into plasma and the modulation is superposed on the basic high frequency power, and further amplitude modulation is superposed at a frequency of 1/100 or more and less than 100 times the modulation frequency. The ion plating method according to claim 1, which is performed by applying.
を印加しながら前記被成膜基体への成膜を行う請求項
１、２又は３記載のイオンプレーティング法。4. The ion plating method according to claim 1, 2 or 3, wherein a film is formed on the film-forming substrate while applying a DC bias to the film-forming substrate supporting means.
を印加しながら前記被成膜基体への成膜を行う請求項
１、２又は３記載のイオンプレーティング法。5. The ion plating method according to claim 1, wherein film formation is performed on the film formation substrate while applying an AC bias to the film formation substrate supporting means.
流バイアスが、所定周波数の基本高周波バイアスに所定
の変調を重畳した状態の高周波バイアスである請求項５
記載のイオンプレーティング法。6. The AC bias applied to the film formation substrate supporting means is a high frequency bias in a state in which a predetermined modulation is superimposed on a basic high frequency bias having a predetermined frequency.
The described ion plating method.
バ内の対向する位置に設けられた被成膜基体支持手段及
び蒸発源と、該チャンバに対し設けられた排気装置、プ
ラズマ原料ガス供給手段、及びプラズマを生成させるた
めの高周波電力供給手段であって所定周波数の基本高周
波電力に所定の変調を重畳した状態の高周波電力を印加
できる高周波電力供給手段とを備えたことを特徴とする
イオンプレーティング装置。7. A chamber for forming a film inside, a film formation substrate supporting means and an evaporation source which are provided at opposite positions in the chamber, an exhaust device provided for the chamber, and a plasma source gas supply. Means and high frequency power supply means for generating plasma, and high frequency power supply means capable of applying high frequency power in a state where predetermined modulation is superimposed on basic high frequency power having a predetermined frequency. Plating device.
の基本高周波電力に該所定周波数の１／１０以下の周波
数で振幅変調を重畳した状態の高周波電力を印加できる
ものである請求項７記載のイオンプレーティング装置。8. The high frequency power supply means is capable of applying high frequency power in a state in which amplitude modulation is superimposed on the basic high frequency power of a predetermined frequency at a frequency of 1/10 or less of the predetermined frequency. Ion plating device.
周波電力に前記変調を重畳し、さらに該変調周波数の１
／１００以上、１００倍未満の周波数で振幅変調を重畳
した状態の高周波電力を印加できるものである請求項７
又は８記載のイオンプレーティング装置。9. The high-frequency power supply means superimposes the modulation on the basic high-frequency power and further sets the modulation frequency to 1
8. A high frequency power in a state in which amplitude modulation is superimposed at a frequency of / 100 or more and less than 100 times can be applied.
Alternatively, the ion plating device according to item 8.
の直流バイアス印加手段が接続された請求項７、８又は
９記載のイオンプレーティング装置。10. The ion plating apparatus according to claim 7, 8 or 9, wherein a direct current bias applying means for film formation is connected to said film formation substrate supporting means.
の交流バイアス印加手段が接続された請求項７、８又は
９記載のイオンプレーティング装置。11. The ion plating apparatus according to claim 7, 8 or 9, wherein an AC bias applying means for film formation is connected to said film formation substrate supporting means.
波数の基本高周波バイアスに所定の変調を重畳した状態
の高周波バイアスを印加できるものである請求項１１記
載のイオンプレーティング装置。12. The ion plating apparatus according to claim 11, wherein the AC bias applying means is capable of applying a high frequency bias in a state in which a predetermined modulation is superimposed on a basic high frequency bias having a predetermined frequency.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01495895A JP3329117B2 (en) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | Ion plating method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01495895A JP3329117B2 (en) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | Ion plating method and apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08209339A true JPH08209339A (en) | 1996-08-13 |
| JP3329117B2 JP3329117B2 (en) | 2002-09-30 |
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ID=11875494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01495895A Expired - Lifetime JP3329117B2 (en) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | Ion plating method and apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3329117B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7509734B2 (en) | 2003-03-03 | 2009-03-31 | United Technologies Corporation | Repairing turbine element |
-
1995
- 1995-02-01 JP JP01495895A patent/JP3329117B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7509734B2 (en) | 2003-03-03 | 2009-03-31 | United Technologies Corporation | Repairing turbine element |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3329117B2 (en) | 2002-09-30 |
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