JPH1088359A - 炭素膜形成方法及び装置 - Google Patents
炭素膜形成方法及び装置Info
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- JPH1088359A JPH1088359A JP9093776A JP9377697A JPH1088359A JP H1088359 A JPH1088359 A JP H1088359A JP 9093776 A JP9093776 A JP 9093776A JP 9377697 A JP9377697 A JP 9377697A JP H1088359 A JPH1088359 A JP H1088359A
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- carbon film
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45557—Pulsed pressure or control pressure
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- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】成膜用原料ガスを高周波電力印加によりプラズ
マ化し、このプラズマのもとで被成膜物品上に炭素膜を
形成する方法及び装置であって、成膜速度並びに形成さ
れる炭素膜の硬度及び内部応力を任意に制御することが
できるとともに、パーティクルの発生を抑制することが
できる炭素膜形成方法及び装置を提供する。 【構成】真空状態の成膜容器１内で、炭素膜形成のため
の成膜用原料ガスを高周波電力印加によりプラズマ化
し、このプラズマのもとで被成膜物品Ｓ上に炭素膜を形
成する炭素膜形成方法において、真空度を変化させなが
ら成膜を行う炭素膜形成方法及び装置。
マ化し、このプラズマのもとで被成膜物品上に炭素膜を
形成する方法及び装置であって、成膜速度並びに形成さ
れる炭素膜の硬度及び内部応力を任意に制御することが
できるとともに、パーティクルの発生を抑制することが
できる炭素膜形成方法及び装置を提供する。 【構成】真空状態の成膜容器１内で、炭素膜形成のため
の成膜用原料ガスを高周波電力印加によりプラズマ化
し、このプラズマのもとで被成膜物品Ｓ上に炭素膜を形
成する炭素膜形成方法において、真空度を変化させなが
ら成膜を行う炭素膜形成方法及び装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素膜形成のため
の成膜用原料ガスをプラズマ化し、このプラズマに被成
膜物品を曝して該物品上に炭素膜を形成する炭素膜形成
方法及び装置に関する。
の成膜用原料ガスをプラズマ化し、このプラズマに被成
膜物品を曝して該物品上に炭素膜を形成する炭素膜形成
方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、プラズマＣＶＤ法を実施する装置
は各種知られているが、その代表的なものの一つを例示
すると、図２に示すプラズマＣＶＤ装置がある。図２に
示す装置は平行平板型プラズマＣＶＤ装置として知られ
ているもので、成膜室として用いられる真空容器１を有
し、その中に被成膜物品Ｓを設置するホルダを兼ねる電
極２及びこの電極に対向する接地電極３が設けられてい
る。 電極２は、電極３との間に導入される成膜用原料
ガスに高周波電力を印加してプラズマ化させるための高
周波電極で、図示の例ではマッチングボックス２２を介
して高周波電源２３を接続してある。また、電極２には
この上に配置される物品Ｓを成膜温度に加熱するヒータ
２１を付設してある。
は各種知られているが、その代表的なものの一つを例示
すると、図２に示すプラズマＣＶＤ装置がある。図２に
示す装置は平行平板型プラズマＣＶＤ装置として知られ
ているもので、成膜室として用いられる真空容器１を有
し、その中に被成膜物品Ｓを設置するホルダを兼ねる電
極２及びこの電極に対向する接地電極３が設けられてい
る。 電極２は、電極３との間に導入される成膜用原料
ガスに高周波電力を印加してプラズマ化させるための高
周波電極で、図示の例ではマッチングボックス２２を介
して高周波電源２３を接続してある。また、電極２には
この上に配置される物品Ｓを成膜温度に加熱するヒータ
２１を付設してある。
【０００３】また、真空容器１には排気装置５を接続し
てあるとともに、成膜用原料ガスのガス供給部４を接続
してある。ガス供給部４には、マスフローコントローラ
４１１、４１２・・・・及び弁４２１、４２２・・・・
を介して、成膜用原料ガスを供給する１又は２以上のガ
ス源４３１、４３２・・・・が含まれている。排気装置
５は圧力調整弁５１を介して排気ポンプ５２を接続した
ものである。
てあるとともに、成膜用原料ガスのガス供給部４を接続
してある。ガス供給部４には、マスフローコントローラ
４１１、４１２・・・・及び弁４２１、４２２・・・・
を介して、成膜用原料ガスを供給する１又は２以上のガ
ス源４３１、４３２・・・・が含まれている。排気装置
５は圧力調整弁５１を介して排気ポンプ５２を接続した
ものである。
【０００４】この平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い
て被成膜物品Ｓに対し成膜を行うにあたっては、被成膜
物品Ｓを図示しない物品搬送装置により真空容器１内に
搬入し、電極２に支持させ、該容器１内を排気装置５の
運転にて所定の真空度とする。次いで、ガス供給部４か
ら成膜用原料ガスを導入するとともに、高周波電極２に
電源２３からマッチングボックス２２を介して高周波電
力を印加して前記導入したガスをプラズマ化し、このプ
ラズマの下で物品Ｓ表面に所定の膜を形成する。
て被成膜物品Ｓに対し成膜を行うにあたっては、被成膜
物品Ｓを図示しない物品搬送装置により真空容器１内に
搬入し、電極２に支持させ、該容器１内を排気装置５の
運転にて所定の真空度とする。次いで、ガス供給部４か
ら成膜用原料ガスを導入するとともに、高周波電極２に
電源２３からマッチングボックス２２を介して高周波電
力を印加して前記導入したガスをプラズマ化し、このプ
ラズマの下で物品Ｓ表面に所定の膜を形成する。
【０００５】このとき、容器１内圧力を数１００ｍＴｏ
ｒｒ程度とし、ガス供給部４から導入する成膜用原料ガ
スとして、メタン（ＣＨ4 ）ガス、エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）
ガス等の炭素化合物ガス、又はこのような炭素化合物ガ
スに加えて水素（Ｈ2 ）ガスを用いると、物品Ｓ上に炭
素膜が形成される。その場合、物品Ｓの処理温度を変え
ることにより膜質を制御できる。例えば、ポリイミド樹
脂等の合成樹脂からなる物品上に成膜するときは該物品
の耐熱性を考慮して１００℃程度以下の成膜温度とさ
れ、このときにはダイアモンド状の炭素〔ＤＬＣ（Diam
ond Like Carbon ) 〕膜が形成される。このＤＬＣ膜は
高硬度、電気絶縁性、光透過性、平滑性等の特性を有す
ることから、スピーカの振動板、切削工具、装飾品、機
械駆動部部品等へのコーティング等に利用される。
ｒｒ程度とし、ガス供給部４から導入する成膜用原料ガ
スとして、メタン（ＣＨ4 ）ガス、エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）
ガス等の炭素化合物ガス、又はこのような炭素化合物ガ
スに加えて水素（Ｈ2 ）ガスを用いると、物品Ｓ上に炭
素膜が形成される。その場合、物品Ｓの処理温度を変え
ることにより膜質を制御できる。例えば、ポリイミド樹
脂等の合成樹脂からなる物品上に成膜するときは該物品
の耐熱性を考慮して１００℃程度以下の成膜温度とさ
れ、このときにはダイアモンド状の炭素〔ＤＬＣ（Diam
ond Like Carbon ) 〕膜が形成される。このＤＬＣ膜は
高硬度、電気絶縁性、光透過性、平滑性等の特性を有す
ることから、スピーカの振動板、切削工具、装飾品、機
械駆動部部品等へのコーティング等に利用される。
【０００６】図２の装置を用いた成膜のように、ＲＦプ
ラズマＣＶＤにおいて高周波電極に被成膜物品を支持さ
せる場合、発生したプラズマにより該高周波電極に生じ
る自己バイアス電圧が被成膜物品上に形成される膜に大
きな影響を与える。一般に、このような自己バイアス電
圧が大きくなるような条件下で成膜を行う場合、大きな
成膜速度が得られ、また形成された膜は高硬度でしかも
被成膜物品との密着性が良好なものとなる。
ラズマＣＶＤにおいて高周波電極に被成膜物品を支持さ
せる場合、発生したプラズマにより該高周波電極に生じ
る自己バイアス電圧が被成膜物品上に形成される膜に大
きな影響を与える。一般に、このような自己バイアス電
圧が大きくなるような条件下で成膜を行う場合、大きな
成膜速度が得られ、また形成された膜は高硬度でしかも
被成膜物品との密着性が良好なものとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高硬度
な膜は該膜自体の膨張、収縮等により内部応力が発生し
易く、そのため被成膜面との整合性が悪く、一部剥離が
生じ易い。この傾向は、膜厚が大きくなるほど強くな
る。そこで、厚さ方向に膜応力を傾斜させた膜を形成す
ることで、高硬度な膜を密着性良く形成しようとするこ
とが試みられている。１例として、特開平６−３３２３
９号公報によると、高周波電極に被成膜物品を支持させ
た状態で、炭化水素化合物ガスを高周波電力印加により
プラズマ化して被成膜物品上にＤＬＣ膜を形成する方法
において、高周波電極近傍に形成されるイオンシースに
おける自己バイアス電圧が時間とともに増減するように
該高周波電極に印加する高周波電力を変化させることが
開示されている。そして、形成しようとする膜の被成膜
物品との界面層部分を形成するときには自己バイアス電
圧が低くなるように、また表層部分を形成するとき自己
バイアス電圧が高くなるようにすれば、被成膜物品との
界面層部分に発生する内部応力は小さく、該物品と良好
に密着し、また表面層部分は内部応力は大きくなるもの
の硬度が高くなり、この結果、形成されるＤＬＣ膜は全
体として被成膜物品に対して密着性良好であるとともに
高硬度なものとなることが開示されている。
な膜は該膜自体の膨張、収縮等により内部応力が発生し
易く、そのため被成膜面との整合性が悪く、一部剥離が
生じ易い。この傾向は、膜厚が大きくなるほど強くな
る。そこで、厚さ方向に膜応力を傾斜させた膜を形成す
ることで、高硬度な膜を密着性良く形成しようとするこ
とが試みられている。１例として、特開平６−３３２３
９号公報によると、高周波電極に被成膜物品を支持させ
た状態で、炭化水素化合物ガスを高周波電力印加により
プラズマ化して被成膜物品上にＤＬＣ膜を形成する方法
において、高周波電極近傍に形成されるイオンシースに
おける自己バイアス電圧が時間とともに増減するように
該高周波電極に印加する高周波電力を変化させることが
開示されている。そして、形成しようとする膜の被成膜
物品との界面層部分を形成するときには自己バイアス電
圧が低くなるように、また表層部分を形成するとき自己
バイアス電圧が高くなるようにすれば、被成膜物品との
界面層部分に発生する内部応力は小さく、該物品と良好
に密着し、また表面層部分は内部応力は大きくなるもの
の硬度が高くなり、この結果、形成されるＤＬＣ膜は全
体として被成膜物品に対して密着性良好であるとともに
高硬度なものとなることが開示されている。
【０００８】このように、プラズマＣＶＤ法によるＤＬ
Ｃ膜形成においては、膜硬度、成膜速度、内部応力等を
制御する場合、ガスプラズマ化のために印加する高周波
電力の大きさを調整することでこれらを制御する方法が
一般に採用されているが、印加する高周波電力を大きく
したとき、膜質を悪化させるパーティクルの発生が増加
するということも知られている。
Ｃ膜形成においては、膜硬度、成膜速度、内部応力等を
制御する場合、ガスプラズマ化のために印加する高周波
電力の大きさを調整することでこれらを制御する方法が
一般に採用されているが、印加する高周波電力を大きく
したとき、膜質を悪化させるパーティクルの発生が増加
するということも知られている。
【０００９】そこで本発明は、成膜用原料ガスを高周波
電力印加によりプラズマ化し、該プラズマのもとで被成
膜物品上に炭素膜を形成する方法及び装置であって、成
膜速度並びに形成される炭素膜の硬度及び内部応力を任
意に制御することができるとともに、パーティクルの発
生を抑制することができる炭素膜形成方法及び装置を提
供することを課題とする。
電力印加によりプラズマ化し、該プラズマのもとで被成
膜物品上に炭素膜を形成する方法及び装置であって、成
膜速度並びに形成される炭素膜の硬度及び内部応力を任
意に制御することができるとともに、パーティクルの発
生を抑制することができる炭素膜形成方法及び装置を提
供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、真空状態下で、炭素膜形成のための成膜用
原料ガスを高周波電力印加によりプラズマ化し、該プラ
ズマのもとで被成膜物品上に炭素膜を形成する炭素膜形
成方法において、真空度を変化させながら成膜を行うこ
とを特徴とする炭素膜形成方法を提供する。
に本発明は、真空状態下で、炭素膜形成のための成膜用
原料ガスを高周波電力印加によりプラズマ化し、該プラ
ズマのもとで被成膜物品上に炭素膜を形成する炭素膜形
成方法において、真空度を変化させながら成膜を行うこ
とを特徴とする炭素膜形成方法を提供する。
【００１１】また、前記課題を解決するために本発明
は、排気装置の運転にて真空状態とした成膜容器内で、
炭素膜形成のための原料ガスを供給できる成膜用原料ガ
ス供給部から供給される原料ガスを高周波電力印加手段
による高周波電力印加によりプラズマ化し、このプラズ
マに被成膜物品を曝して該物品上に炭素膜を形成する炭
素膜形成装置において、前記排気装置が、成膜中前記成
膜容器内の真空度を変化させることができるものである
ことを特徴とする炭素膜形成装置を提供する。
は、排気装置の運転にて真空状態とした成膜容器内で、
炭素膜形成のための原料ガスを供給できる成膜用原料ガ
ス供給部から供給される原料ガスを高周波電力印加手段
による高周波電力印加によりプラズマ化し、このプラズ
マに被成膜物品を曝して該物品上に炭素膜を形成する炭
素膜形成装置において、前記排気装置が、成膜中前記成
膜容器内の真空度を変化させることができるものである
ことを特徴とする炭素膜形成装置を提供する。
【００１２】本発明方法及び装置によると、プラズマＣ
ＶＤによる炭素膜形成において、真空度を成膜中に適宜
変化させることで成膜速度を制御することができる。ま
た同様にして、形成される炭素膜の硬度及び内部応力を
それぞれ厚さ方向に制御することができるため、これら
を組み合わせることで、全体として高硬度でしかも被成
膜物品に対する密着性が良好で剥離し難い炭素膜を形成
することができる。通常、膜厚が大きくなるほど大きな
内部応力が発生して膜剥離が生じやすくなるが、本発明
方法及び装置によると、厚膜を形成する場合にも、その
膜厚の割には高硬度で且つ剥離し難い膜を形成すること
ができる。
ＶＤによる炭素膜形成において、真空度を成膜中に適宜
変化させることで成膜速度を制御することができる。ま
た同様にして、形成される炭素膜の硬度及び内部応力を
それぞれ厚さ方向に制御することができるため、これら
を組み合わせることで、全体として高硬度でしかも被成
膜物品に対する密着性が良好で剥離し難い炭素膜を形成
することができる。通常、膜厚が大きくなるほど大きな
内部応力が発生して膜剥離が生じやすくなるが、本発明
方法及び装置によると、厚膜を形成する場合にも、その
膜厚の割には高硬度で且つ剥離し難い膜を形成すること
ができる。
【００１３】また、ガスプラズマ化のために印加する高
周波電力の大きさを制御することで成膜速度、膜硬度及
び膜応力を制御する従来法では、高周波電力を大きくし
たときに、プラズマ中の気相反応により発生する成膜に
不要なパーティクルの量が増加し、その結果、発生した
パーティクルがダストとなって被成膜物品表面に形成さ
れる膜に付着したり、その中に混入したりして膜質を悪
化させるという不都合があるが、本発明方法及び装置に
よると、このような事態の発生は十分抑制される。
周波電力の大きさを制御することで成膜速度、膜硬度及
び膜応力を制御する従来法では、高周波電力を大きくし
たときに、プラズマ中の気相反応により発生する成膜に
不要なパーティクルの量が増加し、その結果、発生した
パーティクルがダストとなって被成膜物品表面に形成さ
れる膜に付着したり、その中に混入したりして膜質を悪
化させるという不都合があるが、本発明方法及び装置に
よると、このような事態の発生は十分抑制される。
【００１４】本発明方法及び装置において、成膜真空度
は０．０１Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ程度の範囲内で変化さ
せることが考えられる。これは、０．０１Ｔｏｒｒより
高いと（換言すれば成膜圧力が０．０１Ｔｏｒｒより低
いと）成膜速度が低くなりすぎるからであり、１Ｔｏｒ
ｒより低いと（換言すれば成膜圧力が１Ｔｏｒｒより高
いと）膜質が低下するからである。通常、前記範囲内で
真空度を高くするほど、換言すれば成膜圧力を低くする
ほど成膜速度は低くなり、形成される炭素膜の硬度は高
くなり、膜応力は大きくなる。逆に、前記範囲内で真空
度を低くするほど、換言すれば成膜圧力を高くするほど
成膜速度は高くなり、形成される炭素膜の硬度は低くな
り、膜応力は小さくなる。従って、膜剥離が生じ易い、
被成膜物品との界面層部分形成時には真空度を低く（成
膜圧力を高く）し、表面層部分形成時には真空度を高く
（成膜圧力を低く）することにより、高硬度でしかも密
着性良好な炭素膜を形成することができる。なお、この
場合、全体として成膜初期の真空度が成膜終了時期の真
空度より低くなるようにしておけばよく、途中で真空度
が一定値となったり、多少低下するような時期が存在し
ても構わない。
は０．０１Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ程度の範囲内で変化さ
せることが考えられる。これは、０．０１Ｔｏｒｒより
高いと（換言すれば成膜圧力が０．０１Ｔｏｒｒより低
いと）成膜速度が低くなりすぎるからであり、１Ｔｏｒ
ｒより低いと（換言すれば成膜圧力が１Ｔｏｒｒより高
いと）膜質が低下するからである。通常、前記範囲内で
真空度を高くするほど、換言すれば成膜圧力を低くする
ほど成膜速度は低くなり、形成される炭素膜の硬度は高
くなり、膜応力は大きくなる。逆に、前記範囲内で真空
度を低くするほど、換言すれば成膜圧力を高くするほど
成膜速度は高くなり、形成される炭素膜の硬度は低くな
り、膜応力は小さくなる。従って、膜剥離が生じ易い、
被成膜物品との界面層部分形成時には真空度を低く（成
膜圧力を高く）し、表面層部分形成時には真空度を高く
（成膜圧力を低く）することにより、高硬度でしかも密
着性良好な炭素膜を形成することができる。なお、この
場合、全体として成膜初期の真空度が成膜終了時期の真
空度より低くなるようにしておけばよく、途中で真空度
が一定値となったり、多少低下するような時期が存在し
ても構わない。
【００１５】また、成膜初期に、ある一定の真空度下で
被成膜物品に対して密着性良好な密着層を形成し、その
後真空度を適宜変化させて成膜速度及び膜硬度を制御す
ることもできる。前記の炭素膜形成のための炭素化合物
としては、炭素膜形成に一般に用いられるメタン（ＣＨ
4 ）、エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）、プロパン（Ｃ3 Ｈ8 ）、ブ
タン（Ｃ 4 Ｈ10）、アセチレン（Ｃ2 Ｈ2 ）、ベンゼン
（Ｃ6 Ｈ6 ）、４フッ化炭素（ＣＦ4 ）、６フッ化２炭
素（Ｃ2 Ｆ6 ）等を例示でき、これらの１又は２以上を
用いることができる。これらは単独で炭素膜形成に用い
ることができるが、水素（Ｈ2 ）ガスや不活性ガス等の
異種ガスとともに用いて炭素膜を形成することもでき
る。
被成膜物品に対して密着性良好な密着層を形成し、その
後真空度を適宜変化させて成膜速度及び膜硬度を制御す
ることもできる。前記の炭素膜形成のための炭素化合物
としては、炭素膜形成に一般に用いられるメタン（ＣＨ
4 ）、エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）、プロパン（Ｃ3 Ｈ8 ）、ブ
タン（Ｃ 4 Ｈ10）、アセチレン（Ｃ2 Ｈ2 ）、ベンゼン
（Ｃ6 Ｈ6 ）、４フッ化炭素（ＣＦ4 ）、６フッ化２炭
素（Ｃ2 Ｆ6 ）等を例示でき、これらの１又は２以上を
用いることができる。これらは単独で炭素膜形成に用い
ることができるが、水素（Ｈ2 ）ガスや不活性ガス等の
異種ガスとともに用いて炭素膜を形成することもでき
る。
【００１６】本発明方法及び装置において、前記高周波
電力を変調高周波電力とすることができる。この変調
は、電力印加のオン・オフによるパルス変調、パルス状
の変調、広くいえば振幅変調であることが考えられる。
成膜用原料ガスプラズマ化のための印加高周波電力にこ
のような変調を施すことにより、プラズマ中の電子・イ
オンの温度が制御されて、プラズマ中のパーティクル発
生の原因となるラジカルの生成が低減する一方、成膜に
寄与するラジカルの生成は妨げられず、このような変調
を加えない場合に比べてダスト発生が低減し、それによ
り欠陥の少ない良質の膜を形成することができ、且つ、
成膜速度を著しく低下させないで、或いは向上させて成
膜を行うことができる。
電力を変調高周波電力とすることができる。この変調
は、電力印加のオン・オフによるパルス変調、パルス状
の変調、広くいえば振幅変調であることが考えられる。
成膜用原料ガスプラズマ化のための印加高周波電力にこ
のような変調を施すことにより、プラズマ中の電子・イ
オンの温度が制御されて、プラズマ中のパーティクル発
生の原因となるラジカルの生成が低減する一方、成膜に
寄与するラジカルの生成は妨げられず、このような変調
を加えない場合に比べてダスト発生が低減し、それによ
り欠陥の少ない良質の膜を形成することができ、且つ、
成膜速度を著しく低下させないで、或いは向上させて成
膜を行うことができる。
【００１７】本発明方法及び装置において、変調前の基
本高周波電力の波形は、サイン波、矩形波、のこぎり
波、三角波等であることを考えられる。また、所定周波
数の基本高周波電力（例えば、１３．５６ＭＨｚの商用
周波数の電力）に対し、該所定周波数の１０万分の１〜
１０分の１程度、より好ましくは１万分の１〜５０分の
１程度の変調周波数でパルス変調を施すことが考えられ
る。
本高周波電力の波形は、サイン波、矩形波、のこぎり
波、三角波等であることを考えられる。また、所定周波
数の基本高周波電力（例えば、１３．５６ＭＨｚの商用
周波数の電力）に対し、該所定周波数の１０万分の１〜
１０分の１程度、より好ましくは１万分の１〜５０分の
１程度の変調周波数でパルス変調を施すことが考えられ
る。
【００１８】パルス変調の周波数として前記範囲のもの
を用いるのは、基本高周波電力の周波数の１０万分の１
程度より小さいと電力印加のオフ時間が長いため、オン
時間内に発生したプラズマが消失し、成膜速度が低くな
るからであり、１０分の１程度より大きいと高周波電力
がガスプラズマ化のために十分消費されず、一部反射波
として戻ってしまい、また、徒に費用がかかるだけだか
らである。
を用いるのは、基本高周波電力の周波数の１０万分の１
程度より小さいと電力印加のオフ時間が長いため、オン
時間内に発生したプラズマが消失し、成膜速度が低くな
るからであり、１０分の１程度より大きいと高周波電力
がガスプラズマ化のために十分消費されず、一部反射波
として戻ってしまい、また、徒に費用がかかるだけだか
らである。
【００１９】また、パルス変調のデューティ（オン時間
／オン＋オフ時間）は１０〜９０％程度とすることが考
えられ、それには限定されないが、代表的には５０％程
度とすることが考えられる。これは１０％より小さい
と、反応時間が短いため成膜速度が低下し、９０％より
大きいと、電力印加時間が長くなりすぎ変調を施すこと
による効果が少なくなるからである。
／オン＋オフ時間）は１０〜９０％程度とすることが考
えられ、それには限定されないが、代表的には５０％程
度とすることが考えられる。これは１０％より小さい
と、反応時間が短いため成膜速度が低下し、９０％より
大きいと、電力印加時間が長くなりすぎ変調を施すこと
による効果が少なくなるからである。
【００２０】また、本発明方法及び装置において形成す
る炭素膜は、代表的には、ＤＬＣ膜とすることが考えら
れる。ＤＬＣ膜は、高硬度で、平滑性に優れ、電気絶縁
性や光透過性を有する等、各種物品へのコーティング膜
として有用な特性を示すとともに、低温形成できる等、
成膜を比較的簡単に行うことができる。
る炭素膜は、代表的には、ＤＬＣ膜とすることが考えら
れる。ＤＬＣ膜は、高硬度で、平滑性に優れ、電気絶縁
性や光透過性を有する等、各種物品へのコーティング膜
として有用な特性を示すとともに、低温形成できる等、
成膜を比較的簡単に行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明に係る炭素膜形成装
置の１例の概略構成を示す図である。この装置は図２に
示す従来装置において、高周波電源２３に任意波形装置
２４を接続し、また、排気装置５に代えて成膜中に真空
度を任意に変化させることができる排気装置６を備えた
ものである。排気装置６は、バタフライタイプの圧力調
整弁６１を介して接続された排気ポンプ６２、成膜容器
１内圧力を測定する真空計６４並びに弁６１及び真空計
６４に接続された弁コントローラ６３からなるものであ
る。その他の構成は図２の装置と同様であり、同じ部品
には同じ参照符号を付してある。
を参照して説明する。図１は本発明に係る炭素膜形成装
置の１例の概略構成を示す図である。この装置は図２に
示す従来装置において、高周波電源２３に任意波形装置
２４を接続し、また、排気装置５に代えて成膜中に真空
度を任意に変化させることができる排気装置６を備えた
ものである。排気装置６は、バタフライタイプの圧力調
整弁６１を介して接続された排気ポンプ６２、成膜容器
１内圧力を測定する真空計６４並びに弁６１及び真空計
６４に接続された弁コントローラ６３からなるものであ
る。その他の構成は図２の装置と同様であり、同じ部品
には同じ参照符号を付してある。
【００２２】この装置を用いて本発明方法を実施するに
あたっては、被成膜物品Ｓを図示しない物品搬送装置に
より真空容器１内に搬入し、電極２に支持させ、該容器
１内を排気装置６の運転にて所定真空度とする。次い
で、ガス供給部４から所定の炭素膜を形成するための炭
素化合物ガス又は炭素化合物ガス及び水素（Ｈ2 ）ガス
を容器１内に導入するとともに、任意波形装置２４及び
高周波電源２３によりパルス変調を施した状態の高周波
電力を発生させ、これをマッチングボックス２２を介し
て電極２に印加して前記導入したガスをプラズマ化し、
このプラズマの下で物品Ｓ表面に所定の炭素膜を形成す
る。
あたっては、被成膜物品Ｓを図示しない物品搬送装置に
より真空容器１内に搬入し、電極２に支持させ、該容器
１内を排気装置６の運転にて所定真空度とする。次い
で、ガス供給部４から所定の炭素膜を形成するための炭
素化合物ガス又は炭素化合物ガス及び水素（Ｈ2 ）ガス
を容器１内に導入するとともに、任意波形装置２４及び
高周波電源２３によりパルス変調を施した状態の高周波
電力を発生させ、これをマッチングボックス２２を介し
て電極２に印加して前記導入したガスをプラズマ化し、
このプラズマの下で物品Ｓ表面に所定の炭素膜を形成す
る。
【００２３】電極２に印加するパルス変調高周波電力
は、所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の基本高周
波電力に、該所定周波数の１０万分の１〜１０分の１の
範囲でパルス変調を施したものとする。また、デューテ
ィ（オン時間／オン＋オフ時間）は１０％〜９０％の範
囲で定める。また、成膜中の容器１内真空度は、排気装
置６により、０．０１Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの範囲内
で、所定の成膜速度、膜硬度及び膜応力が得られるよう
に適宜変化させる。なお、ここでは成膜初期の真空度を
１Ｔｏｒｒ〜０．６Ｔｏｒｒの範囲内の一定値として被
成膜物品Ｓとの密着層を形成した後、真空度を０．５Ｔ
ｏｒｒ〜０．０１Ｔｏｒｒの範囲内で０．０１Ｔｏｒｒ
／ｍｉｎの割合で向上させて、換言すれば成膜圧力をこ
の割合で低下させて前記密着層の上に傾斜層を形成し
た。
は、所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の基本高周
波電力に、該所定周波数の１０万分の１〜１０分の１の
範囲でパルス変調を施したものとする。また、デューテ
ィ（オン時間／オン＋オフ時間）は１０％〜９０％の範
囲で定める。また、成膜中の容器１内真空度は、排気装
置６により、０．０１Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの範囲内
で、所定の成膜速度、膜硬度及び膜応力が得られるよう
に適宜変化させる。なお、ここでは成膜初期の真空度を
１Ｔｏｒｒ〜０．６Ｔｏｒｒの範囲内の一定値として被
成膜物品Ｓとの密着層を形成した後、真空度を０．５Ｔ
ｏｒｒ〜０．０１Ｔｏｒｒの範囲内で０．０１Ｔｏｒｒ
／ｍｉｎの割合で向上させて、換言すれば成膜圧力をこ
の割合で低下させて前記密着層の上に傾斜層を形成し
た。
【００２４】この炭素膜形成方法及び装置によると、成
膜中の真空度を変化させることで、成膜速度を制御する
ことができる。また同様に、形成する炭素膜の硬度及び
内部応力をそれぞれ厚さ方向に制御することができるた
め、厚膜を形成する場合にも、高硬度でしかも被成膜物
品Ｓに対して密着性良好で剥離し難い炭素膜を形成する
ことかできる。
膜中の真空度を変化させることで、成膜速度を制御する
ことができる。また同様に、形成する炭素膜の硬度及び
内部応力をそれぞれ厚さ方向に制御することができるた
め、厚膜を形成する場合にも、高硬度でしかも被成膜物
品Ｓに対して密着性良好で剥離し難い炭素膜を形成する
ことかできる。
【００２５】また、従来のように印加する高周波電力の
大きさを変化させることでこれらの制御を行う場合にみ
られるように、高周波電力を大きくすることによる成膜
に不要なパーティクルの発生を抑制することができる。
また、所定周波数の基本高周波電力に前記範囲でパルス
変調を施すことにより、成膜に不要なダストパーティク
ルの発生が低減して、それにより欠陥の少ない良質の膜
を形成することができるとともに、パルス変調を施すこ
とによる成膜速度の著しい低下は生じない。
大きさを変化させることでこれらの制御を行う場合にみ
られるように、高周波電力を大きくすることによる成膜
に不要なパーティクルの発生を抑制することができる。
また、所定周波数の基本高周波電力に前記範囲でパルス
変調を施すことにより、成膜に不要なダストパーティク
ルの発生が低減して、それにより欠陥の少ない良質の膜
を形成することができるとともに、パルス変調を施すこ
とによる成膜速度の著しい低下は生じない。
【００２６】次に、図１の装置を用いてＤＬＣ膜を形成
した本発明方法実施の具体例について説明する。併せ
て、図２の装置を用いてＤＬＣ膜を形成した比較例につ
いても説明する。なお、高周波電極２は、ここでは直径
２８０ｍｍのサイズのものを採用した。また、高周波電
力は例えば１５０Ｗ〜４００Ｗの範囲から選択できる
が、ここでは１５０Ｗとした。 実施例１ 被成膜物品 直径４インチのシリコンウエハ 高周波電力 １３．５６ＭＨｚ、１５０Ｗ 電極２の自己バイアス電圧 −８０Ｖ 成膜用原料ガス ＣＨ4 ５０ｓｃｃｍ 成膜温度 ２５℃ 成膜圧力 密着層形成時 1.0 Torr〜0.6 Torr 傾斜層形成時 0.5 Torr〜0.01Torrの範囲で 0.01Torr/minの割合で低下 成膜時間 密着層形成時 １０ｍｉｎ 傾斜層形成時 ５０ｍｉｎ 実施例２ 前記実施例１において、電極２に印加する電力として、
実施例１における定常高周波電力に変調周波数１ｋＨ
ｚ、デューティ５０％でパルス変調を施した変調高周波
電力を採用した。その他の条件は実施例１と同様にし
た。 比較例 前記実施例１において、成膜圧力を一定とし、これに代
えて、電極２に印加する高周波電力の大きさを変化させ
ることで電極２に発生する自己バイアス電圧を変化させ
ながら成膜を行った。
した本発明方法実施の具体例について説明する。併せ
て、図２の装置を用いてＤＬＣ膜を形成した比較例につ
いても説明する。なお、高周波電極２は、ここでは直径
２８０ｍｍのサイズのものを採用した。また、高周波電
力は例えば１５０Ｗ〜４００Ｗの範囲から選択できる
が、ここでは１５０Ｗとした。 実施例１ 被成膜物品 直径４インチのシリコンウエハ 高周波電力 １３．５６ＭＨｚ、１５０Ｗ 電極２の自己バイアス電圧 −８０Ｖ 成膜用原料ガス ＣＨ4 ５０ｓｃｃｍ 成膜温度 ２５℃ 成膜圧力 密着層形成時 1.0 Torr〜0.6 Torr 傾斜層形成時 0.5 Torr〜0.01Torrの範囲で 0.01Torr/minの割合で低下 成膜時間 密着層形成時 １０ｍｉｎ 傾斜層形成時 ５０ｍｉｎ 実施例２ 前記実施例１において、電極２に印加する電力として、
実施例１における定常高周波電力に変調周波数１ｋＨ
ｚ、デューティ５０％でパルス変調を施した変調高周波
電力を採用した。その他の条件は実施例１と同様にし
た。 比較例 前記実施例１において、成膜圧力を一定とし、これに代
えて、電極２に印加する高周波電力の大きさを変化させ
ることで電極２に発生する自己バイアス電圧を変化させ
ながら成膜を行った。
【００２７】 被成膜物品 直径４インチのシリコンウエハ 高周波電力 １３．５６ＭＨｚ、１５０〜４００Ｗ 電極２の自己バイアス電圧 −８０Ｖ〜−２００Ｖ 成膜用原料ガス ＣＨ4 ５０ｓｃｃｍ 成膜温度 ２５℃ 成膜圧力 ０．１Ｔｏｒｒ 成膜時間 ６０ｍｉｎ 次に、実施例１、２及び比較例による成膜について、成
膜速度及び発生したパーティクル密度を測定し、また各
例により得られた炭素膜の膜応力及び硬度を測定した。
発生したパーティクル密度は、レーザ散乱法によるプラ
ズマ中のレーザ散乱強度を直径０．１μｍ以上のパーテ
ィクルの密度に換算し、さらにこれを比較例による値を
１としたときの相対値で示した。膜応力は成膜前後の物
品の反りの変化を段差計を用いて測定することで求め
た。硬度はヌープ硬度を測定した。結果を表１に示す。
膜速度及び発生したパーティクル密度を測定し、また各
例により得られた炭素膜の膜応力及び硬度を測定した。
発生したパーティクル密度は、レーザ散乱法によるプラ
ズマ中のレーザ散乱強度を直径０．１μｍ以上のパーテ
ィクルの密度に換算し、さらにこれを比較例による値を
１としたときの相対値で示した。膜応力は成膜前後の物
品の反りの変化を段差計を用いて測定することで求め
た。硬度はヌープ硬度を測定した。結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】この結果、成膜中、真空度を変化させるこ
とで成膜速度、膜硬度及び膜応力を制御した本発明実施
例１及び２によると、ガスプラズマ化のために印加する
高周波電力の大きさを変化させることで高周波電極に発
生する自己バイアス電圧の大きさを変化させ、これによ
り成膜速度、膜硬度及び膜応力を制御した比較例による
とほぼ同様の成膜速度が得られ、また、形成されたＤＬ
Ｃ膜の硬度及び膜応力もほぼ同様であった。一方、発生
したパーティクルの密度は比較例に比べて少なく、ま
た、高周波電力にパルス変調を施した実施例２では実施
例１よりさらにパーティクル密度が少なかった。
とで成膜速度、膜硬度及び膜応力を制御した本発明実施
例１及び２によると、ガスプラズマ化のために印加する
高周波電力の大きさを変化させることで高周波電極に発
生する自己バイアス電圧の大きさを変化させ、これによ
り成膜速度、膜硬度及び膜応力を制御した比較例による
とほぼ同様の成膜速度が得られ、また、形成されたＤＬ
Ｃ膜の硬度及び膜応力もほぼ同様であった。一方、発生
したパーティクルの密度は比較例に比べて少なく、ま
た、高周波電力にパルス変調を施した実施例２では実施
例１よりさらにパーティクル密度が少なかった。
【００３０】
【発明の効果】本発明によると、成膜用原料ガスを高周
波電力印加によりプラズマ化し、該プラズマのもとで被
成膜物品上に炭素膜を形成する方法及び装置であって、
成膜速度並びに形成される炭素膜の硬度及び内部応力を
任意に制御することができるとともに、パーティクルの
発生を抑制することができる炭素膜形成方法及び装置を
提供することができる。
波電力印加によりプラズマ化し、該プラズマのもとで被
成膜物品上に炭素膜を形成する方法及び装置であって、
成膜速度並びに形成される炭素膜の硬度及び内部応力を
任意に制御することができるとともに、パーティクルの
発生を抑制することができる炭素膜形成方法及び装置を
提供することができる。
【図１】本発明に係る炭素膜形成装置の１例の概略構成
を示す図である。
を示す図である。
【図２】従来、炭素膜形成に用いているプラズマＣＶＤ
装置の１例の概略構成を示す図である。
装置の１例の概略構成を示す図である。
１ 真空容器 ２ 高周波電極兼物品ホルダ ２１ ヒータ ２２ マッチングボックス ２３ 高周波電源 ２４ 任意波形装置 ３ 接地電極 ４ 炭素膜形成のための成膜用原料ガス供給部 ６ 排気装置 ６１ 圧力調整弁 ６２ 排気ポンプ ６３ 弁コントローラ ６４ 真空計 Ｓ 被成膜物品
Claims (10)
- 【請求項１】 真空状態下で、炭素膜形成のための成膜
用原料ガスを高周波電力印加によりプラズマ化し、該プ
ラズマのもとで被成膜物品上に炭素膜を形成する炭素膜
形成方法において、真空度を変化させながら成膜を行う
ことを特徴とする炭素膜形成方法。 - 【請求項２】 前記電力が変調高周波電力である請求項
１記載の炭素膜形成方法。 - 【請求項３】 前記変調高周波電力が、所定周波数の基
本高周波電力に該所定周波数の１０万分の１〜１０分の
１の範囲の変調周波数で変調を施した状態のものである
請求項２記載の炭素膜形成方法。 - 【請求項４】 真空度を０．０１Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ
の範囲内で変化させながら成膜を行う請求項１、２又は
３記載の炭素膜形成方法。 - 【請求項５】 真空度を１Ｔｏｒｒ〜０．６Ｔｏｒｒの
範囲内の一定値として被成膜物品との密着層を形成した
後、真空度を０．５Ｔｏｒｒ〜０．０１Ｔｏｒｒの範囲
内で所定の割合で向上させて、該密着層の上に傾斜層を
形成する請求項４記載の炭素膜形成方法。 - 【請求項６】 前記炭素膜がＤＬＣ膜である請求項１か
ら５のいずれかに記載の炭素膜形成方法。 - 【請求項７】 排気装置の運転にて真空状態とした成膜
容器内で、炭素膜形成のための原料ガスを供給できる成
膜用原料ガス供給部から供給される原料ガスを高周波電
力印加手段による高周波電力印加によりプラズマ化し、
このプラズマに被成膜物品を曝して該物品上に炭素膜を
形成する炭素膜形成装置において、前記排気装置が、成
膜中前記成膜容器内の真空度を変化させることができる
ものであることを特徴とする炭素膜形成装置。 - 【請求項８】 前記電力印加手段が変調高周波電力を印
加できるものである請求項７記載の炭素膜形成装置。 - 【請求項９】 前記変調高周波電力印加手段が、所定周
波数の基本高周波電力に該所定周波数の１０万分の１〜
１０分の１の範囲の変調周波数で変調を施した状態のも
のを印加できるものである請求項８記載の炭素膜形成装
置。 - 【請求項１０】 前記炭素膜がＤＬＣ膜である請求項
７、８又は９記載の炭素膜形成装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9093776A JPH1088359A (ja) | 1996-04-18 | 1997-04-11 | 炭素膜形成方法及び装置 |
| DE1997116107 DE19716107A1 (de) | 1996-04-18 | 1997-04-17 | Verfahren und Vorrichtung zur Bildung eines Kohlenstoffilmes |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-96368 | 1996-04-18 | ||
| JP9636896 | 1996-04-18 | ||
| JP9093776A JPH1088359A (ja) | 1996-04-18 | 1997-04-11 | 炭素膜形成方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1088359A true JPH1088359A (ja) | 1998-04-07 |
Family
ID=26435068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9093776A Withdrawn JPH1088359A (ja) | 1996-04-18 | 1997-04-11 | 炭素膜形成方法及び装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1088359A (ja) |
| DE (1) | DE19716107A1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000173987A (ja) * | 1998-12-01 | 2000-06-23 | Canon Sales Co Inc | 半導体装置及び半導体装置の膜の形成方法 |
| JP2007138253A (ja) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Ngk Insulators Ltd | 薄膜の製造方法 |
| JP2015220418A (ja) * | 2014-05-21 | 2015-12-07 | 株式会社島津製作所 | 薄膜形成装置 |
| CN111893455A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-11-06 | 河北美普兰地环保科技有限公司 | 金属基材碳纳米膜材料制造设备及其制备方法 |
-
1997
- 1997-04-11 JP JP9093776A patent/JPH1088359A/ja not_active Withdrawn
- 1997-04-17 DE DE1997116107 patent/DE19716107A1/de not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000173987A (ja) * | 1998-12-01 | 2000-06-23 | Canon Sales Co Inc | 半導体装置及び半導体装置の膜の形成方法 |
| JP2007138253A (ja) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Ngk Insulators Ltd | 薄膜の製造方法 |
| JP4566119B2 (ja) * | 2005-11-18 | 2010-10-20 | 日本碍子株式会社 | 薄膜の製造方法 |
| JP2015220418A (ja) * | 2014-05-21 | 2015-12-07 | 株式会社島津製作所 | 薄膜形成装置 |
| CN111893455A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-11-06 | 河北美普兰地环保科技有限公司 | 金属基材碳纳米膜材料制造设备及其制备方法 |
| CN111893455B (zh) * | 2020-09-08 | 2023-10-03 | 河北美普兰地环保科技有限公司 | 金属基材碳纳米膜材料制造设备及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19716107A1 (de) | 1997-11-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040706 |