KR20070106743A - 성막 장치, 정합기 및 임피던스 제어 방법 - Google Patents

성막 장치, 정합기 및 임피던스 제어 방법 Download PDF

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KR20070106743A
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미쯔비시 쥬우꼬오 쇼구힌호오소오기까이 가부시키가이샤
기린 바쿠슈 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 플라즈마가 착화한 직후에 있어서 발생할 수 있는, 부하 임피던스의 급변에 기인하는 플라즈마의 소실을 회피하기 위한 임피던스 제어를 실현하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 성막 장치는, 고주파 전원과, 정합 회로와, 그 정합 회로를 통해 고주파 전원으로부터 전력을 수취하고, 그 전력에 의해 성막 대상인 수지 용기를 수용하는 성막실의 내부에서 플라즈마를 발생시키는 외부 전극과, 정합 회로의 임피던스를 제어하기 위한 제어부를 구비한다. 제어부는, 고주파 전원이 외부 전극에 전력을 공급하기 시작한 제1 시각(t1)으로부터 시작되는 제1 기간에 있어서 정합 회로의 임피던스를 일정하게 유지하고, 제1 기간이 종료되는 제2 시각(t2)으로부터 시작되는 제2 기간에 있어서, 외부 전극으로부터의 반사파 전력에 응답하여 정합 회로의 임피던스를 제어한다.
고주파 전원, 정합 회로, 제어부, 외부 전극, 절연판, 베이스

Description

성막 장치, 정합기 및 임피던스 제어 방법{FILM-FORMING APPARATUS, MATCHING UNIT, AND IMPEDANCE CONTROL METHOD}
본 발명은 성막 장치, 정합기 및 정합 회로 임피던스 제어 방법에 관한 것으로, 특히, 플라즈마 방전을 이용하여 성막을 행하는 성막 장치, 그 성막 장치에 탑재되는 정합기 및 그 정합기의 정합 회로의 임피던스를 제어하는 정합 회로 임피던스 제어 방법에 관한 것이다.
저온에서 박막을 형성하는 기술의 하나가, 고주파 전력이나 마이크로파 전력에 의해 발생되는 플라즈마 방전을 이용하는 플라즈마 CVD법이다. 플라즈마 CVD법은, 플라즈마 방전에 의해 성막에 관련하는 화학종을 여기할 수 있기 때문에, 성막 온도를 낮게 할 수 있다.
플라즈마 CVD법에 필요 불가결한 기술의 하나가, 플라즈마 방전을 발생하는 전력 계통에 있어서의 임피던스의 정합이다. 임피던스의 정합은, 플라즈마의 착화를 확실하게 행하고, 또한, 플라즈마를 안정시키기 때문에 중요하다. 임피던스의 정합은, 일반적으로, 고주파 전력이나 마이크로파 전력을 발생하는 전원과, 성막실에 마련된 전극과의 사이에 접속되어 있는 정합기에 의해 행해진다. 성막실을 형성하는 챔버 자체가 전극으로서 사용되는 경우에는, 상기 챔버와 전원과의 사이에 정합기가 설치된다. 이 정합기의 임피던스를 적절하게 제어하는 것에 의해, 임피던스의 정합이 실현된다.
이와 같은 배경으로부터, 정합기의 임피던스를 적절하게 제어하기 위한 기술이 다양하게 제안되어 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 평9-260096호 공보는, 임피던스의 변화에 의해 플라즈마의 착화 포인트가 어긋나도 자동적으로 임피던스 정합을 행하여, 플라즈마를 확실하게 착화시키기 위한 기술을 개시하고 있다. 이 공보에 개시되어 있는 임피던스 정합 방법은, 미리 설정된 임피던스를 기준으로 하여 플라즈마가 착화하는 임피던스의 정합 포인트를 탐색하는 공정과, 플라즈마의 착화가 확인되면, 안정된 플라즈마 방전을 형성시키는 미리 설정된 기준으로 되는 임피던스의 정합 포인트에 자동적으로 이행시키는 공정과, 이행된 정합 포인트를 기준으로 하여 형성된 플라즈마 방전을 안정시키는 임피던스의 정합 포인트를 자동적으로 탐색하는 공정을 갖고 있다. 이와 같은 임피던스 정합 방법에서는, 플라즈마의 착화에 최적인 임피던스 정합을 자동으로 행하므로, 단시간에 안정된 플라즈마의 착화를 행할 수 있다. 덧붙여, 처리실 내의 임피던스의 변화에 의한 플라즈마의 미착화나 플라즈마의 착화까지의 장시간화를 방지할 수 있다.
일본 특허 공개 평8-96992호 공보는, 정합기의 임피던스의 제어의 최적화에 의해, 플라즈마 처리 장치의 운전을 안정화시키는 기술을 개시하고 있다. 이 공보에 개시되어 있는 플라즈마 처리 장치의 운전 방법은, 성막이 개시된 후의 소정의 시간의 동안만큼 정합기의 임피던스를 제어하고, 상기 시간의 경과 후에는 정합기의 임피던스를 일정하게 유지한다. 이와 같은 운전 방법을 사용하는 것에 의해, 정합기의 임피던스를 빈번하게 바꾸지 않으므로 플라즈마로의 입력 파워가 안정되고, 따라서, 플라즈마 처리 장치의 운전이 안정화된다.
일본 특허 공개 제2003-249454호 공보는, 플라즈마 처리 중의 이상 방전 등에 기인하는 부하 임피던스의 돌발적 변화에 대해 적절하게 대처하기 위한 플라즈마 처리 방법을 개시하고 있다. 이 공보에 기재된 플라즈마 처리 방법은, 정합기의 임피던스 조정을 미리 정해진 임피던스 가변 범위 내에서만 행한다. 이와 같은 플라즈마 처리 방법에서는, 부하 임피던스의 큰 변화가 생겨도, 정합기의 임피던스가 정상시의 임피던스로부터 크게 어긋나는 일은 없기 때문에, 이상 방전을 조장하거나, 이상 방전이 안정된 후에 임피던스가 적성치로 복귀할 때까지 장시간을 갖는 등의 문제를 억제할 수 있다.
임피던스 정합을 실현하는 데 있어서 고려해야 하는 사항의 하나는, 플라즈마가 착화한 직후에 있어서의 정합기의 임피던스의 제어이다. 플라즈마가 착화한 직후에는, 부하 임피던스(즉, 플라즈마, 전극 및 성막실에 의해 형성되는 임피던스)가 급변한다. 이 부하 임피던스의 급변에 응답하여 임피던스를 자동적으로 정합하고자 하면, 정합 동작의 지연에 의해 임피던스의 제어계의 동작이 발산하여, 오히려 플라즈마의 소실을 초래하는 일이 있다. 플라즈마가 착화한 직후에 있어서의 정합기의 임피던스의 제어는, 부하 임피던스의 급변에 기인하는 플라즈마의 소실을 회피하도록 행해지는 것이 중요하다.
플라즈마가 착화한 직후에 있어서의 정합기의 임피던스의 제어의 최적화는, 몇 초와 같은 매우 단시간의 성막이 다수회 반복하여 행해지는 경우에 특히 중요하 다. 예를 들어, PET 용기와 같은 수지제의 용기의 표면에, 산소나 이산화탄소의 투과를 방지하기 위한 투과 방지막을 형성하는 경우가 해당한다. 수지제의 용기는 내열성이 떨어지기 때문에, 수지제의 용기에 투과 방지막을 형성하는 경우에는, 단시간에 투과 방지막의 성막을 완료하여 용기의 온도의 상승을 방지해야만 한다.
성막 시간이 매우 단시간인 경우의 곤란성의 하나는, 임피던스 제어의 응답을 빠르게 하는 것에는 한계가 있는 것이다. 임피던스 정합은, 일반적으로, 가변 콘덴서의 용량을 기계적으로 제어하는 것에 의해 행해지기 때문에, 임피던스 제어의 응답을 빠르게 하는 것에는 한계가 있다. 그러나, 임피던스 제어의 응답이 성막 시간에 대해 충분히 고속이 아니면, 부하 임피던스의 급변 후에 있어서 제어 동작이 수속될 때까지 필요한 시간의, 성막 시간에 대한 비율이 커진다. 이것은, 막질의 불균질성을 초래하기 때문에 바람직하지 않다.
덧붙여, 임피던스 정합 기술에서는, 성막이 다수회 반복되었을 때의 부하 임피던스의 변동으로의 대책이 중요하다. 성막이 다수회 반복되면, 성막실에 막이 퇴적되기 때문에 부하 임피던스가 서서히 변동한다. 임피던스 정합은, 이와 같은 부하 임피던스의 완만한 변동에 대해 대응할 수 없어서는 안 된다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 평9-260096호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 평8-96992호 공보
특허 문헌 3 : 일본 특허 공개 제2003-249454호 공보
본 발명은 이와 같은 배경으로부터 이루어진 것이다.
본 발명의 하나의 목적은, 플라즈마가 착화한 직후에 있어서 발생할 수 있는, 부하 임피던스의 급변에 기인하는 플라즈마의 소실을 회피하기 위한 임피던스 제어를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 성막이 다수회 반복되는 것에 의한, 부하 임피던스의 완만한 변동에 대응하기 위한 임피던스 제어를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 하나의 관점에 있어서, 성막 장치는, 전원과, 정합 회로와, 정합 회로를 통해 전원으로부터 전력을 수취하고, 그 전력에 의해 성막 대상을 수용하는 성막실의 내부에서 플라즈마를 발생시키는 전극과, 정합 회로의 임피던스를 제어하기 위한 제어부를 구비한다. 제어부는, 전원이 전극에 상기 전력을 공급하기 시작한 제1 시각으로부터 시작되는 제1 기간에 있어서 정합 회로의 임피던스를 일정하게 유지하고, 제1 시각이 종료되는 제2 시각으로부터 시작되는 제2 기간에 있어서, 전극으로부터의 반사파 전력에 응답하여 정합 회로의 임피던스를 제어한다.
이와 같은 성막 장치에서는, 전원으로부터 전극으로의 전력의 공급이 개시된 후, 소정의 시간만큼 정합 회로의 임피던스가 고정되기 때문에, 부하 임피던스의 급변이 일어나도 임피던스의 제어 동작이 발산되는 일은 없다. 이 때문에, 임피던스의 제어 동작의 발산에 기인하는 플라즈마의 소실을 방지할 수 있다.
적절하게는, 제어부는, 전원이 전력의 공급을 정지하는 제3 시각에 있어서의 정합 회로의 임피던스인 종료시 임피던스에 응답하여, 차기 임피던스를 결정하고, 또한, 정합 회로의 임피던스를 차기 임피던스로 설정하고, 전원은, 정합 회로의 임피던스가 차기 임피던스로 설정된 후의 제4 시각으로부터 정합 회로를 통해 전극에 전력을 공급하기 시작한다. 제3 시각에 있어서의 정합 회로의 임피던스인 종료시 임피던스는, 직전의 성막실의 상태를 나타내는 양호한 파라미터이다. 이러한 종료시 임피던스를 사용하여 차기 임피던스를 설정하는 것에 의해, 성막이 다수회 반복되는 것에 의한, 부하 임피던스의 완만한 변동에 대응하여 적절하게 차기 임피던스를 결정할 수 있다.
제어부는, 종료시 임피던스로부터 미리 정해진 오프셋량만큼 어긋난 임피던스를, 차기 임피던스로서 결정하는 것이 적절하다.
또한, 제어부는, 외부로부터 입력되는 선택 지령에 응답하여 복수의 오프셋량 중으로부터 하나의 오프셋량을 선택하고, 또한, 종료시 임피던스로부터 선택된 하나의 오프셋량만큼 어긋난 임피던스를, 차기 임피던스로서 결정하는 것이 적절하다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 정합기는, 전원에 접속되는 입력 단자와, 성막실의 내부에서 플라즈마를 발생하는 전극에 접속되는 출력 단자와, 입력 단자와 출력 단자와의 사이에 접속되는 정합 회로와, 정합 회로의 임피던스를 제어하기 위한 제어부를 구비한다. 제어부는, 입력 단자로부터 출력 단자를 향하는 진행파 전력이 제1 임계치를 초과한 제1 시각으로부터 시작되는 제1 기간에 있어서 정합 회로의 임피던스를 일정하게 유지하고, 제1 시각이 종료되는 제2 시각으로부터 시작되는 제2 기간에 있어서, 출력 단자로부터 입력 단자를 향하는 반사파 전력에 응답하여 정합 회로의 임피던스를 제어한다. 제어부는, 제2 시각 후, 진행파 전력이 제2 임계치로부터 저하된 경우, 진행파 전력이 제2 임계치로부터 저하된 제3 시각에 있어서의 정합 회로의 임피던스인 종료시 임피던스에 응답하여 차기 임피던스를 결정하고, 또한, 정합 회로의 임피던스를 차기 임피던스로 설정하는 것이 바람직하다. 제1 임계치와 제2 임계치는 일치하고 있는 것도 가능하고, 다른 것도 가능하다.
본 발명의 또 다른 관점에 있어서, 임피던스 제어 방법은, 정합 회로와, 정합 회로를 통해 전력을 수취하고 그 전력에 의해 성막 대상을 수용하는 성막실의 내부에서 플라즈마를 발생하는 전극을 구비하는 성막 장치를 위한 임피던스 제어 방법이다. 상기 임피던스 제어 방법은,
(A) 정합 회로의 임피던스를 제1 임피던스로 설정하는 단계와,
(B) (A) 단계 후, 정합 회로를 통해 전극으로의 전력의 공급을 개시하는 단계와,
(C) 전력의 공급 개시로부터 시작되는 제1 기간에 있어서 임피던스를 일정치로 유지하는 단계와,
(D) 제1 기간에 계속되는 제2 기간에 있어서, 전극으로부터의 반사파 전력에 응답하여 임피던스를 제어하는 단계를 구비한다.
본 발명의 또 다른 관점에 있어서, 임피던스 제어 방법은,
(E) 제2 시각으로부터 시작되는 제2 기간에 있어서, 정합 회로를 통해 전극에 전력을 공급하는 단계와,
(F) 제2 기간에 있어서, 전극으로부터의 반사파 전력에 응답하여 정합 회로의 임피던스를 제어하는 단계와,
(G) 제2 시각 후의 제3 시각에 있어서 전력의 공급을 정지하는 단계와,
(H) 제3 시각에 있어서의 정합 회로의 임피던스인 종료시 임피던스에 응답하여 차기 임피던스를 결정하고, 또한, 정합 회로의 임피던스를 차기 임피던스로 설정하는 단계와,
(I) 정합 회로의 임피던스가 차기 임피던스로 설정된 후의 제4 시각으로부터 정합 회로를 통해 전극에 전력을 공급하기 시작하는 단계를 구비한다.
이상과 같은 성막 장치, 정합기 및 임피던스 제어 방법은, 수지 용기를 코팅하기 위한 수지 용기 코팅 장치에 적용되는 것이 특히 적절하다.
본 발명에 따르면, 플라즈마가 착화한 직후에 있어서 발생할 수 있는, 부하 임피던스의 급변에 기인하는 플라즈마의 소실을 회피하기 위한 임피던스 제어를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 성막이 다수회 반복되는 것에 의한, 부하 임피던스의 완만한 변동에 대응하기 위한 임피던스 제어를 실현할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 성막 장치의 실시의 일 형태를 나타내는 개념도이다.
도2는 본 실시 형태에 있어서의 정합기의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도3은 본 실시 형태에 있어서의 성막 순서를 나타내는 타이밍 차트이다.
도4는 본 실시 형태에 있어서의 정합기의 다른 구성을 나타내는 블럭도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 성막 장치의 실시의 일 형태 가 상세하게 설명된다. 본 실시 형태의 성막 장치는, 도1에 도시되어 있는 바와 같이, 수지 용기(2)[예를 들어 PET(polyethylene terephthalate) 용기]의 내면에 DLC(diamond like carbon)막을 형성하기 위한 수지 용기 코팅 장치(1)이다. DLC막은 산소 및 이산화탄소가 수지 용기(2)를 바람직하지 않게 투과하는 것을 방지하기 위한 투과 방지막이다. 수지 용기(2)는, 그 대부분이 산소, 이산화탄소를 미소하게 투과하는 성질을 갖고 있고, 투과 방지막을 형성하는 것은, 수지 용기(2)에 수용되는 음료, 약품, 그 밖의 액체의 품질을 유지하기 위해 중요하다.
수지 용기 코팅 장치(1)는, 베이스(3)와, 절연판(4)과, 외부 전극(5)과, 배기관(6)과, 내부 전극(7)과, 원료 가스 공급관(8)과, 고주파 전원(9)과, 정합기(10)를 구비하고 있다.
절연판(4)은 베이스(3) 상에 설치되어 있고, 베이스(3)와 외부 전극(5)을 절연하는 기능을 갖고 있다. 절연판(4)은 세라믹으로 형성되어 있다.
외부 전극(5)은, 그 내부에 성막 대상인 수지 용기(2)를 수용하는 성막실(11)을 형성하고, 또한, 그 성막실(11)에 플라즈마를 발생하는 역할을 갖고 있다. 외부 전극(5)은, 모두 금속으로 형성된 본체부(5a)와 덮개체(5b)로 구성되어 있고, 성막실(11)은 덮개체(5b)를 본체부(5a)로부터 분리하는 것에 의해 개폐 가능하다. 성막 대상인 수지 용기(2)는, 덮개체(5b)를 본체부(5a)로부터 분리하는 것에 의해 형성되는 개구로부터 성막실(11)에 삽입된다. 외부 전극(5)의 본체부(5a)는 정합기(10)를 통해 고주파 전원(9)에 접속되어 있다. DLC막이 성막되는 경우, 고주파 전원(9)으로부터 외부 전극(5)에 플라즈마를 발생하기 위한 고주파 전력이 공급된다.
배기관(6)은 성막실(11)을 배기하기 위해 사용된다. 배기관(6)은 진공 펌프(도시되지 않음)에 접속되어 있다. 성막실(11)에 수지 용기(2)가 삽입되면, 진공 펌프에 의해 배기관(6)을 통해 성막실(11)이 배기된다.
내부 전극(7)은 외부 전극(5)에 의해 형성되는 성막실(11)에 삽입되어 있다. 내부 전극(7)은 접지되어 있고, 고주파 전원(9)으로부터 외부 전극(5)에 고주파 전력이 공급되면, 외부 전극(5)과 내부 전극(7)과의 사이에 고전압이 발생한다. 이 고전압에 의해 성막실(11)에 플라즈마 방전이 발생한다. 내부 전극(7)은 수지 용기(2)에 삽입 가능한 형상을 갖고 있고, 수지 용기(2)는 내부 전극(7)이 그 내부에 수용되도록 성막실(11)에 도입된다. 내부 전극(7)은 원료 가스 공급관(8)에 접속되어 있고, 원료 가스 공급관(8)으로부터 공급되는 원료 가스를 성막실(11)에 도입하는 역할도 감당하고 있다. 더 구체적으로는, 내부 전극(7)에는 분출 구멍(7a)이 형성되어 있고, 원료 가스는 분출 구멍(7a)으로부터 수지 용기(2)의 내면에 분출된다. 성막실(11)에 플라즈마 방전이 발생하고 있는 상태에서 원료 가스가 분출되면, 수지 용기(2)의 내면에 DLC막이 형성된다.
고주파 전원(9)은, 플라즈마 방전을 발생하기 위한 고주파 전력을 외부 전극(5)에 공급하는 DLC막의 성막의 동안, 고주파 전원(9)은 고주파 전력을 외부 전극(5)에 계속 공급한다.
정합기(10)는 외부 전극(5)과 고주파 전원(9)과의 사이에 접속되고, 그들 사이의 임피던스 정합을 실현하는 역할을 갖고 있다. 도2는 정합기(10)의 구성을 나 타내고 있다. 정합기(10)는, 입력 단자(21)와, 출력 단자(22)와, 정합 회로(23)와, 전류 검출 소자(24)와, 전압 검출 소자(25)와, 제어부(26)를 구비하고 있다.
입력 단자(21)는 고주파 전원(9)에 접속되고, 출력 단자(22)는 외부 전극(5)에 접속된다. 고주파 전원(9)이 출력한 전력은 입력 단자(21)에 입력되고, 또한, 출력 단자(22)로부터 외부 전극(5)에 공급된다. 단, 임피던스의 부정합에 기인하여, 고주파 전원(9)으로부터 외부 전극(5)에 공급되는 전력의 일부는 반사된다. 입력 단자(21)로부터 출력 단자(22)를 향하는 전력은, 고주파 전원(9)으로부터 외부 전극(5)을 향하는 전력이고, 이하, 진행파 전력이라 불린다. 한편, 출력 단자(22)로부터 입력 단자(21)를 향하는 전력은 외부 전극(5)에 의해 반사된 전력이고, 이하, 반사파 전력이라 불린다.
정합 회로(23)는, 입력 단자(21)와 접지 단자(29)와의 사이에 접속되어 있는 가변 콘덴서(23a)와, 입력 단자(21)와 출력 단자(22)와의 사이에 직렬로 접속되어 있는 가변 콘덴서(23b)와 코일(23c)을 구비하고 있다. 가변 콘덴서(23a, 23b)는, 그 가동 전극을 움직이는 것에 의해, 그 용량을 조정 가능하다. 정합 회로(23)의 임피던스는, 가변 콘덴서(23a, 23b)의 용량을 조절하는 것에 의해 조절된다.
전류 검출 소자(24)와 전압 검출 소자(25)는 진행파 전력 및 반사파 전력을 계측하기 위해 사용된다. 전류 검출 소자(24)는 입력 단자(21)를 흐르는 전류를 계측하고, 전압 검출 소자(25)는 입력 단자(21)의 전압을 계측한다. 계측된 전류 및 전압은 제어부(26)에 출력되고, 제어부(26)가 진행파 전력 및 반사파 전력을 산출하기 위해 사용된다.
제어부(26)는, 전류 검출 소자(24)와 전압 검출 소자(25)에 의해 계측된 전류 및 전압으로부터 진행파 전력 및 반사파 전력을 산출하고, 그 진행파 전력 및 반사파 전력에 응답하여 가변 콘덴서(23a, 23b)의 용량, 즉, 정합 회로(23)의 임피던스를 제어한다. 진행파 전력은, 제어부(26)가 고주파 전원(9)의 동작 상태를 검지하기 위해 사용된다. 제어부(26)는, 진행파 전력이 소정의 임계치를 초과하여 증가하면, 고주파 전원(9)이 외부 전극(5)에 전력을 공급하기 시작했다고 판단한다. 그 후, 진행파 전력이 소정의 임계치를 초과하여 감소하면, 제어부(26)는, 고주파 전원(9)이 외부 전극(5)으로의 전력을 정지했다고 판단한다. 한편, 반사파 전력은, 외부 전극(5)과 고주파 전원(9)과의 사이의 임피던스 정합을 실현하기 위해 사용된다. 가변 콘덴서(23a, 23b)의 용량은 반사파 전력이 최소가 되도록 제어되고, 가변 콘덴서(23a, 23b)의 제어에 의해, 외부 전극(5)과 고주파 전원(9)과의 사이의 임피던스 정합이 실현된다.
성막 처리 효율을 올리기 위해서는, 하나의 성막 라인에, 이와 같은 수지 용기 코팅 장치(1)가 복수대, 동일 원주 상에 나란히 배치되고, 복수의 수지 용기 코팅 장치(1)에 의해 수지 용기 각각으로의 성막이 차례로 행해지는 것이 적절하다. 이 경우, 복수의 수지 용기 코팅 장치(1)가 원주를 따라 이동하면서 회전되고, 각 수지 용기 코팅 장치(1)는, 회전에 수반하는 처리 시퀀스에 동기하여, 소정의 용기 공급, 성막 처리, 용기 배출 처리를 반복한다.
이와 같이 구성된 수지 용기 코팅 장치(1)에 의해 수지 용기(2)에 DLC막을 형성하는 성막 순서가, 도3을 참조하면서 이하에 상세하게 기술된다.
본 실시 형태의 성막 순서에 있어서 중요한 점이 2가지 있다. 하나는, 도3에 도시되어 있는 바와 같이, 고주파 전원(9)으로부터 외부 전극(5)으로의 고주파 전력의 공급이 개시된 직후에는, 정합 회로(23)의 임피던스[즉, 가변 콘덴서(23a, 23b)의 용량]가 고정되고, 적극적인 정합 회로(23)의 임피던스의 제어는 행해지지 않는다. 이것은, 플라즈마가 착화한 직후의 부하 임피던스의 급변에 기인하는 플라즈마의 소실을 회피하기 위해서이다. 이미 서술한 바와 같이, 플라즈마가 착화한 직후에 정합 회로(23)의 임피던스를 적극적으로 제어하면, 정합 동작의 지연에 의해 임피던스의 제어계의 동작이 발산하고, 오히려 플라즈마의 소실을 초래하는 일이 있다. 임피던스의 제어계의 동작이 발산하는 것에 의한 플라즈마의 소실을 방지하기 위해, 고주파 전원(9)으로부터 외부 전극(5)으로의 고주파 전력의 공급이 개시된 후, 소정의 시간만큼 정합 회로(23)의 임피던스는 고정된다. 정합 회로(23)의 임피던스가 고정되는 기간은, 이하, 정합 휴지 기간이라 불린다.
고주파 전력의 공급이 개시된 직후에 정합 회로(23)의 임피던스의 제어가 행해지지 않는 것은, 임피던스의 부정합을 초래하기 때문에 적절하지 않다고 생각할지도 모른다. 그러나, 이와 같은 문제점은, 정합 휴지 기간에 있어서의 정합 회로(23)의 임피던스를 적절하게 선택하는 것에 의해 대략 회피할 수 있다. 정합 회로(23)의 임피던스를 최적으로 선택하면, 임피던스의 완전한 정합은 실현할 수 없지만, 성막에 부적합하지 않을 정도로 반사파를 억제할 수는 있다. 정합 휴지 기간에 있어서 정합 회로(23)의 임피던스의 제어가 행해지지 않는 것은, 오히려, 부하 임피던스의 급변에 기인하는 플라즈마의 소실을 방지하기 위해 유효하다.
단, 고주파 전력 공급의 관점으로부터 본 경우, 정합 휴지 기간 중은 완전한 정합은 이루어지지 않기 때문에 플라즈마로의 입력 전력이 감소한다. 고주파 전력 공급 기간 중의 전력을 플라즈마에 충분히 공급하기 위해서는, 자동 정합 기간에 대해 방전 휴지 기간이 충분히 적은 것이 바람직하다. 예로서는, 전체 전력 공급 기간을 3.0초로 한 경우에는, 정합 휴지 기간은 0.3초 정도로 설정하는 것으로 된다.
또 하나의 중요한 점은, 고주파 전원(9)으로부터 외부 전극(5)으로의 고주파 전력의 공급이 종료된 후, 다음에 고주파 전원(9)으로부터 외부 전극(5)으로의 고주파 전력의 공급이 개시될 때의 정합 회로(23)의 임피던스가, 고주파 전력의 공급이 종료된 시점에 있어서의, 정합 회로(23)의 임피던스로부터 미리 정해진 오프셋량만큼 다르도록 결정되는 것이다. 바꾸어 말하면, 다음에 고주파 전원(9)으로부터 외부 전극(5)으로의 고주파 전력의 공급이 시각(t3)에 있어서 일단 종료된 후, 다음에 고주파 전력의 공급이 개시되는 시각(t4)에 있어서의 정합 회로(23)의 임피던스는, 시각(t3)에 있어서의 정합 회로(23)의 임피던스로부터 소정의 오프셋만큼 다르도록 결정된다.
이와 같은 정합 회로(23)의 임피던스의 제어는, 성막실(11)의 상태의 변화에 기인하는 부하 임피던스의 완만한 변동에 대처하기 위해 유효하다. 이미 서술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 고주파 전력의 공급이 개시된 직후의 정합 휴지 기간에 있어서 정합 회로(23)의 임피던스의 제어가 행해지지 않는다. 이것은, 고 주파 전력의 공급 개시시의 정합 회로(23)의 임피던스를, 플라즈마의 착화가 가능하고, 또한, 반사파 전력이 어느 정도 억제되도록 결정할 필요성을 발생시킨다. 이를 위해서는, 고주파 전력의 공급 개시시의 정합 회로(23)의 임피던스를, 경험적으로 정해지는 일정치로 하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 고주파 전력의 공급 개시시의 정합 회로(23)의 임피던스가 완전히 일정치이면, 부하 임피던스의 완만한 변동에 대처할 수 없다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 고주파 전력의 공급 개시시의 정합 회로(23)의 임피던스가, 그 직전에 고주파 전력의 공급이 종료되었을 때의 정합 회로(23)의 임피던스를 기초로 하여 결정된다. 왜냐하면, 고주파전력의 공급이 종료되는 시각(t3)에 있어서의 정합 회로(23)의 임피던스는, 그 시점에 있어서의 성막실(11)의 상태를 반영하는 가장 좋은 지표의 하나이기 때문이다. 고주파 전력의 공급이 종료되는 시각(t3)에 있어서의 정합 회로(23)의 임피던스를 기준으로 하여, 다음에 고주파 전력의 공급이 개시되는 시각(t4)에 있어서의 정합 회로(23)의 임피던스를 결정하는 것에 의해, 부하 임피던스의 완만한 변동에 유효하게 대처할 수 있다.
상기 오프셋량에 관해서는, 시각(t3)에 있어서의 정합 회로(23)의 임피던스가, 자동 정합 동작에 의해 반사 전력이 최소가 되도록 제어된 결과인 것을 고려하면, 다음 방전 사이클의 정합 휴지 기간의 반사 전력을 적게 하기 위해 적은 오프셋량으로 하는 것이 바람직하다. 예로서는, 정합 회로(23)의 임피던스 가변 가능한 범위를 0 내지 100 ％로 하면, 수％의 수치를 오프셋량으로서 설정하는 것으로 된다.
이하에서는, DLC막을 형성하는 성막 순서가 시계열적으로 설명된다.
DLC막의 성막이 개시될 때까지, 수지 용기(2)가 성막실(11)에 도입되고, 또한, 도3에 도시되어 있는 바와 같이, 가변 콘덴서(23a, 23b)가 초기적으로, 임의의 용량치로 설정된다.
DLC막의 성막은, 성막실(11)에 원료 가스를 도입하는 동시에, 고주파 전원(9)으로부터 외부 전극(5)으로의 고주파 전력의 공급을 개시하는 것에 의해 개시된다. 고주파 전원(9)으로부터 외부 전극(5)으로의 고주파 전력의 공급이 개시된 시각은, 도3에서는 시각(t1)으로서 참조되고 있다. 정합 회로(23)의 제어부(26)는, 진행파 전력이 소정의 임계치를 초과한 것을 감지하는 것에 의해, 고주파 전력의 공급 개시를 검지한다.
시각(t1)으로부터 시작되는 정합 휴지 기간에 있어서는, 가변 콘덴서(23a, 23b)의 용량, 즉, 정합 회로(23)의 임피던스의 적극적인 제어는 행해지지 않는다. 정합 회로(23)의 제어부(26)는, 고주파 전력의 공급 개시를 검지한 후, 소정의 시간만큼 가변 콘덴서(23a, 23b)의 용량을 고정한다. 정합 휴지 기간의 동안에는 부하 임피던스의 급변이 발생하지만, 부하 임피던스의 급변에 응답하는 제어는 행해지지 않는다. 이것에 의해, 부하 임피던스의 급변에 기인하는 플라즈마의 소실이 회피된다.
정합 휴지 기간이 종료되는 시각(t2)에, 제어부(26)는, 반사파 전력에 응답 한 가변 콘덴서(23a, 23b)의 용량의 제어를 개시한다. 제어부(26)는 반사파 전력이 최소가 되도록, 정합 회로(23)의 임피던스를 적극적으로 제어한다. 정합 회로(23)의 임피던스가 적극적으로 제어되는 기간은, 도3에서는, 자동 정합 기간으로서 참조되고 있다.
그 후, 고주파 전원(9)은, DLC막의 성막을 종료시키기 위해, 시각(t2)보다 후인 시각(t3)에 고주파 전력의 공급을 정지한다. 정합 회로(23)의 제어부(26)는, 진행파 전력이 감소하여 소정의 임계치를 하회한 것을 감지하는 것에 의해, 고주파 전력의 공급의 정지를 검지한다. 고주파 전력의 공급의 정지를 검지하면, 정합 회로(23)의 제어부(26)는, 가변 콘덴서(23a, 23b)의 용량을 소정의 오프셋치만큼 어긋나게 한다. 즉, 고주파 전력의 공급이 정지되는 시각(t3)에 있어서의 가변 콘덴서(23a, 23b)의 용량을, 각각 Ca3, Cb3으로 했을 때, 제어부(26)는 가변 콘덴서(23a, 23b)의 용량을, 각각 Ca3 + ΔCa, Cb3 + ΔCb로 설정한다.
계속해서, DLC막이 성막된 수지 용기(2)가 성막실(11)로부터 배출되고, 다음에 DLC막이 성막될 수지 용기(2)가 성막실(11)에 공급된다. 계속해서, 상기와 같은 과정에 의해 DLC막의 성막이 행해진다. 다음에 고주파 전력의 공급이 개시되는 시각(t4)에 있어서의 가변 콘덴서(23a, 23b)의 용량은 각각, Ca3 + ΔCa, Cb3 + ΔCb이다. 고주파 전력의 공급이 개시되는 시각(t4)에 있어서의 가변 콘덴서(23a, 23b)의 용량이, 고주파 전력의 공급이 정지되는 시각(t3)에 있어서의 가변 콘덴서(23a, 23b)의 용량 Ca3, Cb3을 기초로 하여 결정되어 있는 것은, 성막실(11)의 상태의 변화에 기인하는 부하 임피던스의 완만한 변동에 응답하여, 임피던스 정합을 최적으로 실현하기 위해 유효하다.
가변 콘덴서(23a, 23b)의 임피던스의 용량의 오프셋량(ΔCa, ΔCb)은, 미리 준비된 일정치인 것이 가능한다.
적정한 오프셋량(ΔCa, ΔCb)의 선택은, 예를 들어 이하와 같이 하여 행해진다. 성막 장치에 고주파 전력을 공급하고, 정합기를 수동 동작하고, 플라즈마가 부여되어 있지 않은 상태에서 반사 전력이 작아지는 정합 조건을 찾는다. 플라즈마가 착화했을 때의 정합 위치를 정합 초기치(Caini, Cbini)로 한다. 혹은, 성막 장치에 고주파 전력을 공급하고, 정합기를 수동 동작하고, 플라즈마가 부여되어 있지 않은 상태에서 전극에 걸리는 전압이 높아진 상태의 정합 조건을 찾는다. 플라즈마가 착화했을 때의 정합 위치를 정합 초기치(Ca ini, Cb ini)로 한다.
성막 장치에 고주파 전력을 공급하고, 플라즈마를 착화시키고, 정합기를 자동 동작시켜 플라즈마의 임피던스에 추종시켜, 소정 시간 성막시킨다. 이때의 방전 종료시의 정합 위치를 Ca end, Cb end로 한다.
이들의 정보를 기초로 오프셋량은 이하와 같이 선택된다.
ΔCa = Ca ini - Ca end,
ΔCb = Cb ini - Cb end,
오프셋량은 반복 성막을 행하여, 반사 전력이 보다 적고, 또한, 플라즈마 착화성이 양호한 ΔCa 및 ΔCb로 되도록 더욱 조정함으로써, 최적화를 행한다.
플라즈마 CVD에 의한 PET 용기의 DLC 코팅 장치에 있어서, 반복 성막(코팅되지 않은 용기 설치 - 진공 배기 - 플라즈마 CVD - 대기 개방 - 용기 취출)을 행했을 때의 정합기 오프셋량(ΔCa, ΔCb)의 예를 나타낸다.
[성막 조건]
PET 용기 용량 : 350 ㎖
고주파 전원 주파수 : 13.56 ㎒
고주파 전력 :700 W
원료 가스 : 아세틸렌
성막시 압력 : 100 mTorr
오프셋량
ΔCa : -0.1 내지 -3.5 ％
ΔCb : 0.1 내지 3.5 ％
본 실시 형태에 있어서, 성막 대상인 수지 용기의 재료, 형상의 변경이나, DLC막의 성막 조건의 변경에 대응하여, 오프셋량(ΔCa, ΔCb)을 적절하게 결정하기 위해서는, 오프셋량의 세트(ΔCa, ΔCb)는, 미리 준비된 복수의 오프셋량의 세트(ΔCa α, ΔCb α), (ΔCa β, ΔCb β), (ΔCa γ, ΔCb γ), …, 중으로부터 선택 가능한 것이 적절하다. 이 경우, 도4에 도시되어 있는 바와 같이, 제어부(26)에는, 복수의 오프셋량의 세트(ΔCa α, ΔCb α), (ΔCa β, ΔCb β), (ΔCa γ, ΔCb γ), …,를 기억하는 기억부(26a)가 마련되고, 또한, 외부로부터, 오프셋량의 세트를 선택하기 위한 선택 지령(12)이 부여된다. 제어부(26)는, 그 선택 지령(12)에 응답하여 복수의 오프셋량의 세트(ΔCa α, ΔCb α), (ΔCa β, ΔCb β), (ΔCa γ, ΔCb γ), …,중으로부터 하나의 오프셋량의 세트를 선택하고, 선택된 오프셋량의 세트를, 고주파 전력의 공급 개시시의 가변 콘덴서(23a, 23b)의 용량을 결정하기 위해 사용한다.

Claims (11)

  1. 전원과,
    정합 회로와,
    상기 정합 회로를 통해 상기 전원으로부터 전력을 수취하고, 상기 전력에 의해 성막 대상을 수용하는 성막실의 내부에서 플라즈마를 발생시키는 전극과,
    상기 정합 회로의 임피던스를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 전원이 상기 전극에 상기 전력을 공급하기 시작한 제1 시각으로부터 시작되는 제1 기간에 있어서 상기 정합 회로의 임피던스를 일정하게 유지하고, 상기 제1 기간이 종료되는 제2 시각으로부터 시작되는 제2 기간에 있어서, 상기 전극으로부터의 반사파 전력에 응답하여 상기 정합 회로의 임피던스를 제어하는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전원은, 상기 제2 시각 후의 제3 시각에 있어서 상기 전력의 공급을 정지하고,
    상기 제어부는, 상기 제3 시각에 있어서의 상기 정합 회로의 임피던스인 종료시 임피던스에 응답하여 차기 임피던스를 결정하고, 또한, 상기 정합 회로의 임피던스를 상기 차기 임피던스로 설정하고,
    상기 전원은, 상기 정합 회로의 임피던스가 상기 차기 임피던스로 설정된 후의 제4 시각으로부터 상기 정합 회로를 통해 상기 전극에 전력을 공급하기 시작하 는 성막 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 종료시 임피던스로부터 미리 정해진 오프셋량만큼 어긋난 임피던스를, 상기 차기 임피던스로서 결정하는 성막 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어부는, 외부로부터 입력되는 선택 지령에 응답하여 복수의 오프셋량 중으로부터 하나의 오프셋량을 선택하고, 또한, 상기 종료시 임피던스로부터 상기 선택된 하나의 오프셋량만큼 어긋난 임피던스를, 상기 차기 임피던스로서 결정하는 성막 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 기간 및 상기 제2 기간에서는, 상기 성막실에 성막 대상이 수용되고, 또한, 상기 성막 대상에 형성되는 막의 원료 가스가 도입되는 성막 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제4 시각으로부터 시작되는 제3 기간에 있어서 상기 정합 회로의 임피던스를 일정하게 유지하고,
    상기 제1 기간 및 상기 제2 기간에서는, 상기 성막실에 제1 성막 대상이 수용되고, 또한, 상기 제1 성막 대상에 형성되는 막의 원료 가스가 도입되고,
    상기 제3 기간에서는, 상기 제1 성막 대상과는 다른 제2 성막 대상이 상기 성막실에 수용되고, 또한, 상기 제2 성막 대상에 형성되는 막의 원료 가스가 도입 되는 성막 장치.
  7. 전원과,
    정합 회로와,
    상기 정합 회로를 통해 상기 전원으로부터 전력을 수취하고, 상기 전력에 의해 성막 대상을 수용하는 성막실의 내부에서 플라즈마를 발생시키는 전극과,
    상기 정합 회로의 임피던스를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 제2 시각으로부터 시작되는 제2 기간에 있어서 상기 전극으로부터의 반사파 전력에 응답하여 상기 정합 회로의 임피던스를 제어하고,
    상기 전원은, 상기 제2 시각 후의 제3 시각에 있어서 상기 전력의 공급을 정지하고,
    상기 제어부는, 상기 제3 시각에 있어서의 상기 정합 회로의 임피던스인 종료시 임피던스에 응답하여 차기 임피던스를 결정하고, 또한, 상기 정합 회로의 임피던스를 상기 차기 임피던스로 설정하고,
    상기 전원은, 상기 정합 회로의 임피던스가 상기 차기 임피던스로 설정된 후의 제4 시각으로부터 상기 정합 회로를 통해 상기 전극에 전력을 공급하기 시작하는 성막 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 기간에서는, 상기 성막실에 제1 성막 대상이 수용되고, 또한, 상기 제1 성막 대상에 형성되는 막의 원료 가스가 도입되고,
    상기 제4 시각으로부터 시작되는 제3 기간에서는, 상기 제1 성막 대상과는 다른 제2 성막 대상이 상기 성막실에 수용되고, 또한, 상기 제2 성막 대상에 형성되는 막의 원료 가스가 도입되는 성막 장치.
  9. 전원에 접속되는 입력 단자와,
    성막실의 내부에서 플라즈마를 발생하는 전극에 접속되는 출력 단자와,
    상기 입력 단자와 상기 출력 단자와의 사이에 접속되는 정합 회로와,
    상기 정합 회로의 임피던스를 제어하기 위한 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 입력 단자로부터 상기 출력 단자를 향하는 진행파 전력이 제1 임계치를 초과한 제1 시각으로부터 시작되는 제1 기간에 있어서 상기 정합 회로의 임피던스를 일정하게 유지하고, 상기 제1 기간이 종료되는 제2 시각으로부터 시작되는 제2 기간에 있어서, 상기 출력 단자로부터 상기 입력 단자를 향하는 반사파 전력에 응답하여 상기 정합 회로의 임피던스를 제어하는 정합기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제2 시각 후, 상기 진행파 전력이 제2 임계치로부터 저하된 경우, 상기 진행파 전력이 제2 임계치로부터 저하된 제3 시각에 있어서의 상기 정합 회로의 임피던스인 종료시 임피던스에 응답하여 차기 임피던스를 결정하고, 또한, 상기 정합 회로의 임피던스를 상기 차기 임피던스로 설정하는 정합기.
  11. 정합 회로와,
    상기 정합 회로를 통해 전력을 수취하고, 상기 전력에 의해 성막 대상을 수용하는 성막실의 내부에서 플라즈마를 발생하는 전극을 구비하는 성막 장치를 위한 임피던스 제어 방법이며,
    (A) 상기 정합 회로의 임피던스를 제1 임피던스로 설정하는 단계와,
    (B) 상기 (A) 단계 후, 상기 정합 회로를 통해 상기 전극으로의 전력의 공급을 개시하는 단계와,
    (C) 상기 전력의 공급 개시로부터 시작되는 제1 기간에 있어서 상기 임피던스를 일정치로 유지하는 단계와,
    (D) 상기 제1 기간에 계속되는 제2 기간에 있어서, 상기 전극으로부터의 반사파 전력에 응답하여 상기 임피던스를 제어하는 단계를 구비하는 임피던스 제어 방법.
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