JP2009242879A - Dlc film deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＤＬＣ成膜方法に関する。 The present invention relates to a DLC film forming method.
従来、大気圧近傍の圧力下において、電極間に電圧を印加すると共にこの電極間に原料ガスを流し、発生したプラズマを用いて被処理基材にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を生成するＤＬＣ成膜装置が知られている。例えば、非特許文献１に記載の装置では、まず、グランドに電気的に接続されたステージ上にシリコンウェハを載置する。そして、このステージと対向して配置された円筒パイプからプロセスガスとしてのメタンガスとこのプロセスガスを運搬するキャリアガスとしてのヘリウムガスとをそれぞれ８０ｃｃ／ｍｉｎ及び６Ｌ／ｍｉｎで流し、この円筒パイプに電圧２．５ｋＶ，パルス幅８００ｎｓｅｃの正電圧ナノパルスを印加する。すると、シリコンウェハ上には膜の硬度が２０ＧＰａのＤＬＣ膜が生成されたことが確認できたとしている。ここで、メタンガスとヘリウムガスとの混合ガスに対するメタンガスの割合は１．３３体積％である。
ところで、大気圧近傍の圧力下において安定してＤＬＣ膜を生成するには、一般的にプロセスガスを運搬するキャリアガスが必須とされているところ、非特許文献１の装置では、キャリアガスとして１分間当たり６Ｌのヘリウムガスを使用している。ここで、量産性や経済性を向上させるという観点から、キャリアガス（ヘリウムガス）の使用量を削減することが望まれている。このとき、大気圧近傍の圧力下でＤＬＣ膜を生成するときの利点の１つである、成膜速度が真空下での成膜速度よりも早いという特徴は、キャリアガスとしてのヘリウムガスを削減した場合でも有していることが望まれている。 By the way, in order to stably generate a DLC film under a pressure near atmospheric pressure, a carrier gas for conveying a process gas is generally essential. However, in the apparatus of Non-Patent Document 1, 1 is used as a carrier gas. 6 L of helium gas is used per minute. Here, from the viewpoint of improving mass productivity and economy, it is desired to reduce the amount of carrier gas (helium gas) used. At this time, one of the advantages of generating a DLC film under a pressure near atmospheric pressure, which is that the film formation rate is faster than the film formation rate under vacuum, reduces helium gas as a carrier gas. It is desirable to have even if it does.
本発明は上述した課題に鑑みなされたものであり、キャリアガスの使用量を削減しつつ真空下より速い成膜速度でＤＬＣ膜を生成することのできるＤＬＣ成膜方法を提供することを主目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is a main object of the present invention to provide a DLC film forming method capable of generating a DLC film at a higher film forming rate under vacuum while reducing the amount of carrier gas used. And
本発明は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。 The present invention adopts the following means in order to achieve the above-mentioned object.
本発明のＤＬＣ成膜方法は、
グランドに接続された支持電極と、該支持電極と対向する位置に設けられた対向電極と、該対向電極に設けられプロセスガスと該プロセスガスを運搬するキャリアガスとの混合ガスを前記支持電極に向かって噴射する混合ガス噴射口と、を備えたＤＬＣ成膜装置を用いて、大気圧近傍の圧力下で被処理基材にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を生成するＤＬＣ成膜方法であって、
（ａ）前記被処理基材を前記対向電極から離間して前記支持電極に載置する工程と、
（ｂ）前記対向電極に直流パルス電圧を印加した状態で、前記プロセスガスの前記混合ガスに対する割合が１．６体積％以上３０体積％以下となるように前記混合ガス噴射口から混合ガスを前記被処理基材へ噴射してプラズマを発生させると共に、前記混合ガスと同方向に流れ前記キャリアガスに対する割合が０体積％を超え５００体積％以下であるバリアガスを前記混合ガスの流れの周りの少なくとも一部に噴射することにより、ＤＬＣ膜を生成する工程と、
を含むものである。
The DLC film forming method of the present invention includes:
A support gas connected to the ground, a counter electrode provided at a position facing the support electrode, and a mixed gas of a process gas provided on the counter electrode and a carrier gas carrying the process gas is supplied to the support electrode. A DLC film forming method for generating a diamond-like carbon (DLC) film on a substrate to be processed under a pressure in the vicinity of atmospheric pressure using a DLC film forming apparatus including a mixed gas injection port for injecting ,
(A) placing the substrate to be treated on the support electrode apart from the counter electrode;
(B) In a state where a DC pulse voltage is applied to the counter electrode, the mixed gas is supplied from the mixed gas injection port so that the ratio of the process gas to the mixed gas is 1.6 volume% or more and 30 volume% or less. A plasma is generated by spraying onto the substrate to be treated, and a barrier gas that flows in the same direction as the mixed gas and has a ratio of 0% by volume to 500% by volume with respect to the carrier gas is at least around the mixed gas flow. Producing a DLC film by injecting into a part;
Is included.
従来のＤＬＣ成膜方法により大気圧近傍の圧力下でＤＬＣ膜を生成するときには、混合ガスの流れが乱されてこの混合ガスに含まれるプロセスガスのプラズマが安定しない状態になりやすかったが、本発明のＤＬＣ成膜方法では、バリアガスにより混合ガスが安定して流れるようになるためプラズマが安定した状態になる。ここで、プロセスガスの混合ガスに対する割合（以下、プロセスガス濃度という）が１．６体積％を下回る場合には真空下でＤＬＣ膜を生成した場合と同程度の遅い成膜速度になるため好ましくなく、３０体積％を超えた場合にはアーク放電が発生し、被処理基材の部分的にしかＤＬＣ膜を生成できないため好ましくない。また、バリアガスのキャリアガスに対する割合が０体積％即ちバリアガスのない場合には、バリアガスのある場合に比べてＤＬＣ膜を生成するのに多くのキャリアガスを必要とするため好ましくなく、５００体積％を超えた場合には、アーク放電が発生し、被処理基材の部分的にしかＤＬＣ膜を生成できないため好ましくない。この原因は定かでないが、バリアガスがキャリアガスに比して多すぎるために混合ガスの流れが乱されてこの混合ガスに含まれるプロセスガスのプラズマが安定しない状態となることに起因すると考えられる。このような事情から、プロセスガス濃度を１．６体積％以上３０体積％以下、バリアガスのキャリアガスに対する割合を０体積％を超え５００体積％以下と設定した。このように、プロセスガス濃度を上述した従来のＤＬＣ成膜方法における１．３３体積％よりも大きい１．６体積％〜３０体積％としているため、同じ体積のプロセスガスに対しては、本発明のＤＬＣ成膜方法の方が従来のＤＬＣ成膜方法よりもキャリアガスの使用量が少なくなる。したがって、キャリアガスの使用量を削減しつつ真空下より速い成膜速度でＤＬＣ膜を生成することができる。ここで、大気圧近傍の圧力とは、１３３ｈＰａ（１００Ｔｏｒｒ）から常圧までの圧力とする。また、プロセスガスとしては、メタンガスなどＤＬＣ膜の生成に一般的に用いられる炭化水素系ガスが挙げられる。なお、バリアガスは、アシストガス、補助ガス、などと呼ばれることもある。 When a DLC film is generated under a pressure near atmospheric pressure by a conventional DLC film forming method, the flow of the mixed gas is disturbed and the plasma of the process gas contained in the mixed gas tends to become unstable. In the DLC film forming method of the invention, the mixed gas flows stably by the barrier gas, so that the plasma becomes stable. Here, when the ratio of the process gas to the mixed gas (hereinafter referred to as the process gas concentration) is less than 1.6% by volume, it is preferable because the deposition rate is as low as when the DLC film is generated under vacuum. If the volume exceeds 30% by volume, arc discharge is generated, and the DLC film can be formed only partially on the substrate to be treated, which is not preferable. Further, when the ratio of the barrier gas to the carrier gas is 0% by volume, that is, when there is no barrier gas, it is not preferable because a larger amount of carrier gas is required to form the DLC film than when the barrier gas is present, and 500% by volume is not preferable. When exceeding, arc discharge occurs, and it is not preferable because the DLC film can be formed only partially on the substrate to be treated. Although this cause is not certain, it is considered that the flow of the mixed gas is disturbed because the barrier gas is too much as compared with the carrier gas, and the plasma of the process gas contained in the mixed gas becomes unstable. Under such circumstances, the process gas concentration was set to 1.6 volume% or more and 30 volume% or less, and the ratio of the barrier gas to the carrier gas was set to more than 0 volume% and 500 volume% or less. As described above, the process gas concentration is set to 1.6 volume% to 30 volume%, which is larger than 1.33 volume% in the conventional DLC film forming method described above. This DLC film forming method uses less carrier gas than the conventional DLC film forming method. Therefore, it is possible to generate the DLC film at a higher deposition rate than under vacuum while reducing the amount of carrier gas used. Here, the pressure near atmospheric pressure is a pressure from 133 hPa (100 Torr) to normal pressure. Examples of the process gas include hydrocarbon gases generally used for generating a DLC film such as methane gas. The barrier gas is sometimes called assist gas, auxiliary gas, or the like.
本発明のＤＬＣ成膜方法において、前記直流パルス電圧は正電圧であるものとしてもよい。 In the DLC film forming method of the present invention, the DC pulse voltage may be a positive voltage.
本発明のＤＬＣ成膜方法において、前記バリアガスは、水素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスのうちの少なくとも１種類のガスとしてもよい。ヘリウムガスをキャリアガスとして使用することも可能であるが、このヘリウムガスよりも安価なガスを用いれば経済的にみて好ましい。 In the DLC film forming method of the present invention, the barrier gas may be at least one of hydrogen gas, nitrogen gas, and argon gas. Although helium gas can be used as a carrier gas, it is preferable from an economical viewpoint to use a gas cheaper than the helium gas.
本発明のＤＬＣ成膜方法において、前記被処理基材は、ＳＵＳ材、ＳＫＤ材、ＳＫＨ材又はＳＳ材からなるものとするのが好ましい。ＳＵＳ材としては、例えば鉄−クロム−ニッケル系のＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６、鉄−クロム系のＳＵＳ４１０やＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４０などが挙げられる。ＳＫＤ材としては、例えばＳＫＤ１１やＳＫＤ６１などが挙げられる。ＳＫＨ材としては、例えばＳＫＨ２，ＳＫＨ１０，ＳＫＨ５１，ＳＫＨ５５などが挙げられる。ＳＳ材としては、例えばＳＳ３３０，ＳＳ４００，ＳＳ４９０，ＳＳ５４０などが挙げられる。 In the DLC film forming method of the present invention, the substrate to be treated is preferably made of a SUS material, an SKD material, an SKH material, or an SS material. Examples of the SUS material include iron-chromium-nickel SUS304 and SUS316, iron-chromium SUS410, SUS430, and SUS440. Examples of the SKD material include SKD11 and SKD61. Examples of the SKH material include SKH2, SKH10, SKH51, and SKH55. Examples of the SS material include SS330, SS400, SS490, and SS540.
本発明のＤＬＣ成膜方法において、前記工程（ｂ）では、前記直流パルスの発生源として、直流電源の両端にインダクタ、第１半導体スイッチ及び第２半導体スイッチが直列接続され、前記インダクタは、一端が前記第１半導体スイッチのアノード端子に接続されると共に他端がダイオードを介して前記第１半導体スイッチのゲート端子に接続され、前記ダイオードは、アノード端子が前記第１半導体スイッチのゲート端子に接続されており、前記第２半導体スイッチがターンオンされると前記第１半導体スイッチの導通に伴って前記インダクタに誘導エネルギが蓄積され、前記第２半導体スイッチがターンオフされると前記第１半導体スイッチのターンオフに伴って前記インダクタでパルス電圧が発生し該インダクタと磁気的に結合された前記コイル素子に前記パルス電圧を昇圧して供給する装置を使用するものとしてもよい。こうすれば、急峻に立ち上がる直流パルス電圧を対向電極に印加することが可能となる。 In the DLC film forming method of the present invention, in the step (b), an inductor, a first semiconductor switch, and a second semiconductor switch are connected in series at both ends of a DC power source as the DC pulse generating source, Is connected to the anode terminal of the first semiconductor switch, and the other end is connected to the gate terminal of the first semiconductor switch via a diode. The diode has an anode terminal connected to the gate terminal of the first semiconductor switch. When the second semiconductor switch is turned on, inductive energy is stored in the inductor as the first semiconductor switch is turned on. When the second semiconductor switch is turned off, the first semiconductor switch is turned off. As a result, a pulse voltage is generated in the inductor and is magnetically coupled to the inductor. The pulse voltage to the serial coil element may be as using equipment supplied by boosting the. This makes it possible to apply a DC pulse voltage that rises sharply to the counter electrode.
本発明のＤＬＣ成膜方法において、前記工程（ｂ）では、前記バリアガスを噴射するバリアガス噴射口として、前記混合ガス噴射口を取り巻くリング状の噴射口を使用するものとしてもよい。こうすれば、バリアガスをより効率よく、混合ガスの周りに噴射させることができる。 In the DLC film forming method of the present invention, in the step (b), a ring-shaped injection port surrounding the mixed gas injection port may be used as the barrier gas injection port for injecting the barrier gas. By so doing, the barrier gas can be injected more efficiently around the mixed gas.
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態であるＤＬＣ成膜装置１０の概略構成を示す説明図である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a DLC film forming apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
ＤＬＣ成膜装置１０は、鉄系材質（例えばＳＵＳ材やＳＫＤ材、ＳＫＨ材、ＳＳ材など）からなる基板１２上にＤＬＣ膜を１３３ｈＰａ（１００Ｔｏｒｒ）以上常圧以下で生成する装置である。このＤＬＣ成膜装置１０は、グランドに接続され基板１２を支持する支持電極１４と、この支持電極１４と対向する位置に設けられ混合ガスの噴射口である混合ガス噴射口１６ａを有する対向電極１６と、この対向電極１６の横に設けられバリアガスの噴射口であるバリアガス噴射口２１ａを有するガス噴射ヘッド２１と、支持電極１４と対向電極１６とを包含するステンレス製のチャンバ２０と、支持電極１４と対向電極１６との間に直流パルス電圧を印加するパルス供給源を有する直流パルス発生回路２２とを備えている。 The DLC film forming apparatus 10 is an apparatus that generates a DLC film on a substrate 12 made of an iron-based material (for example, a SUS material, an SKD material, an SKH material, an SS material, etc.) at 133 hPa (100 Torr) or more and normal pressure or less. The DLC film forming apparatus 10 includes a support electrode 14 connected to the ground and supporting the substrate 12, and a counter electrode 16 having a mixed gas injection port 16 a that is provided at a position facing the support electrode 14 and is a mixed gas injection port 16 a. A gas injection head 21 having a barrier gas injection port 21 a which is a barrier gas injection port provided next to the counter electrode 16, a stainless steel chamber 20 including the support electrode 14 and the counter electrode 16, and the support electrode 14. And the counter electrode 16 are provided with a DC pulse generating circuit 22 having a pulse supply source for applying a DC pulse voltage.
支持電極１４は、材質がＳＵＳ３０４で直径が１００ｍｍ、厚さが１０ｍｍの円盤の下面に、直径が５０ｍｍの円柱状の軸が一体化されたものである。この支持電極１４は、ヒータ１７を内蔵すると共に、内部に冷却液が通過可能な冷却液通路１５が形成されている。この冷却液通路１５に流す冷却液の流量を制御することにより、支持電極１４は所望の温度に維持することができる。なお、ヒータ１７としては、赤外線ヒータやシーズヒータなどを用いることができる。また、ヒータ１７は支持電極１４に内蔵する代わりに支持電極１４の近傍に設置してもよい。 The support electrode 14 is formed by integrating a cylindrical shaft having a diameter of 50 mm on the lower surface of a disk made of SUS304 and having a diameter of 100 mm and a thickness of 10 mm. The support electrode 14 incorporates a heater 17 and has a coolant passage 15 through which coolant can pass. The support electrode 14 can be maintained at a desired temperature by controlling the flow rate of the coolant flowing through the coolant passage 15. As the heater 17, an infrared heater or a sheathed heater can be used. The heater 17 may be installed in the vicinity of the support electrode 14 instead of being built in the support electrode 14.
対向電極１６は、材質がＳＵＳ３０４で直径が１５ｍｍ、内径が３ｍｍ、高さが５０ｍｍの円筒部材である。この対向電極１６は、基板１２を支持電極１４との間に挟みこの基板１２の表面から５ｍｍ離間している。また、対向電極１６はチャンバ２０と絶縁された状態で取り付けられている。この対向電極１６の円筒の内部は、基板１２に生成するＤＬＣ膜の材料となるプロセスガスとこのプロセスガスを運搬するキャリアガスとの混合ガスを流通させる流通路となっている。この流通路の一端は、チャンバ２０の外部から供給される混合ガスの混合ガス供給管１８に接続されている。また、この流通路の他端は混合ガスを基板１２に向けて噴射する混合ガス噴射口１６ａとなっている。 The counter electrode 16 is a cylindrical member made of SUS304, having a diameter of 15 mm, an inner diameter of 3 mm, and a height of 50 mm. The counter electrode 16 sandwiches the substrate 12 between the support electrode 14 and is separated from the surface of the substrate 12 by 5 mm. The counter electrode 16 is attached in a state of being insulated from the chamber 20. The inside of the cylinder of the counter electrode 16 is a flow path through which a mixed gas of a process gas that is a material of the DLC film generated on the substrate 12 and a carrier gas that carries the process gas is circulated. One end of the flow passage is connected to a mixed gas supply pipe 18 of a mixed gas supplied from the outside of the chamber 20. The other end of the flow path is a mixed gas injection port 16 a that injects the mixed gas toward the substrate 12.
なお、支持電極１４及び対向電極１６上に固体誘電体を設置する必要はない。なぜならば、ＤＬＣ成膜はイオンを主成分とする成膜方法であり、誘電体を設置すると、プラズマ中のイオン伝導が阻害され、硬質なＤＬＣ膜が成膜されないからである。 It is not necessary to install a solid dielectric on the support electrode 14 and the counter electrode 16. This is because DLC film formation is a film formation method mainly composed of ions, and if a dielectric is provided, ion conduction in plasma is hindered and a hard DLC film is not formed.
ガス噴射ヘッド２１は、材質がＳＵＳ３０４で直径が１０ｍｍ、内径が５ｍｍ、高さが２０ｍｍの円筒部材である。このガス噴射ヘッド２１の円筒の内部は、バリアガスを流通させる流通路となっている。この流通路の一端は、チャンバ２０の外部からバリアガスを供給するバリアガス供給管１９に接続されている。また、この流通路の他端はバリアガスを基板１２に向けて噴射するバリアガス噴射口２１ａとなっている。バリアガスは、このバリアガス噴射口２１ａから混合ガスと同方向に流れるように噴射される。 The gas jet head 21 is a cylindrical member made of SUS304, having a diameter of 10 mm, an inner diameter of 5 mm, and a height of 20 mm. The inside of the cylinder of the gas jet head 21 serves as a flow passage for circulating the barrier gas. One end of this flow path is connected to a barrier gas supply pipe 19 that supplies a barrier gas from the outside of the chamber 20. Further, the other end of the flow passage is a barrier gas injection port 21 a that injects the barrier gas toward the substrate 12. The barrier gas is injected from the barrier gas injection port 21a so as to flow in the same direction as the mixed gas.
チャンバ２０は、材質がステンレスの板材によって支持電極１４及び対向電極１６とを取り囲むように形成されている。このチャンバ２０は、図示しない真空ポンプ（例えば、油回転ポンプ）に接続され該真空ポンプの駆動によりチャンバ２０内の圧力を負圧に調整するための排気口２０ａを有している。 The chamber 20 is formed so as to surround the support electrode 14 and the counter electrode 16 with a plate material of stainless steel. The chamber 20 is connected to a vacuum pump (for example, an oil rotary pump) (not shown) and has an exhaust port 20a for adjusting the pressure in the chamber 20 to a negative pressure by driving the vacuum pump.
直流パルス発生回路２２は、直流電源２４と高周波インピーダンスを低くするコンデンサ２６とを有する直流電源部２８の両端にインダクタ３０、第１半導体スイッチ３２及び第２半導体スイッチ３４が直列接続された一次巻線側回路４４と、一端が対向電極１６に他端がグランドに電気的に接続されたコイル素子４８を備えた二次巻線側回路５０とで構成されている。一次巻線側回路４４では、インダクタ３０は、一端が第１半導体スイッチ３２のアノード端子３２Ａに接続され、他端がダイオード４２を介して第１半導体スイッチ３２の制御端子であるゲート端子３２Ｇに接続されている。ダイオード４２は、アノード側が第１半導体スイッチ３２のゲート端子３２Ｇに接続されている。第１半導体スイッチ３２は、電流制御形デバイスや自己消弧形デバイス、転流消弧形デバイスを用いることができるが、ここではターンオフ時の電圧上昇率（ｄｖ／ｄｔ）に対する耐量が極めて大きく且つ電圧定格の高いＳＩサイリスタを用いている。第２半導体スイッチ３４は、自己消弧形デバイスや転流消弧形デバイスを用いることができるが、ここでは、アバランシェ形ダイオード３６が逆並列で内蔵されたパワーＭＯＳＦＥＴ３８を使用し、このパワーＭＯＳＦＥＴ３８と、パワーＭＯＳＦＥＴ３８のゲート端子３８Ｇとソース端子３８Ｓに接続されソース端子３８Ｓ−ドレイン端子３８Ｄ間の電流の流れをオンオフ制御するゲート駆動回路４０とから構成されている。ここで、一次巻線側回路４４のインダクタ３０は一次巻線を構成し、二次巻線側回路５０のコイル素子４８は二次巻線を構成し、両者がトランスとして機能する。そして、一次巻線の巻数をＮ１、二次巻線の巻数をＮ２、第１半導体スイッチ３２のアノード−ゲート間電圧をＶAGとすれば、ＶAG×Ｎ２／Ｎ１の電圧をコイル素子４８の両端に印加することができる。 The DC pulse generation circuit 22 includes a primary winding in which an inductor 30, a first semiconductor switch 32, and a second semiconductor switch 34 are connected in series at both ends of a DC power supply unit 28 having a DC power supply 24 and a capacitor 26 for reducing high frequency impedance. A side circuit 44 and a secondary winding side circuit 50 including a coil element 48 having one end electrically connected to the counter electrode 16 and the other end electrically connected to the ground. In the primary winding side circuit 44, one end of the inductor 30 is connected to the anode terminal 32A of the first semiconductor switch 32, and the other end is connected to the gate terminal 32G which is the control terminal of the first semiconductor switch 32 via the diode. Has been. The diode 42 is connected to the gate terminal 32G of the first semiconductor switch 32 on the anode side. The first semiconductor switch 32 may be a current control type device, a self-extinguishing type device, or a commutation arc-extinguishing type device. Here, the first semiconductor switch 32 has a very high withstand capability against a voltage increase rate (dv / dt) at turn-off and An SI thyristor with a high voltage rating is used. As the second semiconductor switch 34, a self-extinguishing device or a commutation-extinguishing device can be used. Here, a power MOSFET 38 in which an avalanche diode 36 is built in antiparallel is used. The power MOSFET 38 includes a gate terminal 38G and a gate drive circuit 40 which is connected to the source terminal 38S and controls on / off of a current flow between the source terminal 38S and the drain terminal 38D. Here, the inductor 30 of the primary winding side circuit 44 constitutes a primary winding, and the coil element 48 of the secondary winding side circuit 50 constitutes a secondary winding, and both function as a transformer. If the number of turns of the primary winding is N1, the number of turns of the secondary winding is N2, and the anode-gate voltage of the first semiconductor switch 32 is VAG, the voltage of VAG × N2 / N1 is applied to both ends of the coil element 48. Can be applied.
次に、ＤＬＣ成膜装置１０の一次巻線側回路４４でパルス電圧が発生するメカニズムを説明する。ゲート駆動回路４０からパワーＭＯＳＦＥＴ３８のゲート−ソース間に制御信号Ｖｃが供給されると、パワーＭＯＳＦＥＴ３８がオフからオンになる。このとき、ダイオード４２の逆極性の極めて大きなインピーダンスにより、第１半導体スイッチ３２は、ゲート端子３２Ｇ及びカソード端子３２Ｋ間に正に印加される電界効果によりターンオンしてアノード端子３２Ａ−カソード端子３２Ｋ間が通流する（Ａ−Ｋ間電流）。このようにして、第１及び第２半導体スイッチ３２，３４が導通すると、インダクタ３０に直流電源２４の電圧Ｅと略同等の電圧が印加され、所望のエネルギが蓄積される。そして、所望のエネルギが得られた後、ゲート駆動回路４０からの制御信号の供給を停止し、パワーＭＯＳＦＥＴ３８をターンオフさせる。すると、パワーＭＯＳＦＥＴ３８がターンオフするのに伴ってインダクタ３０でパルス電圧が発生する。具体的には、第２半導体スイッチ３４がターンオフすると、インダクタ３０の電流ＩＬは、第１半導体スイッチ３２のアノード端子３２Ａ→ゲート端子３２Ｇ→ダイオード４２のアノード→ダイオード４２のカソードの経路に転流するため、アノード端子３２Ａ−ゲート端子３２Ｇ間が通流する（Ａ−Ｇ間電流）。そして、インダクタ３０に蓄積したエネルギによる電流が引き続きアノード端子３２Ａからゲート端子３２Ｇに流れ、第１半導体スイッチ３２がオフ状態に移行するので、第１半導体スイッチ３２のアノード−ゲート間電圧ＶAGとインダクタ端子間電圧ＶＬが急上昇する。そして、電流ＩＬがゼロになると、電圧ＶAGとインダクタ端子間電圧ＶＬが最大となる。その後、第１半導体スイッチ３２が非通流になると、各電圧ＶAG，ＶＬは急下降する。このときの様子を図２に示す。図２において、電流ＩＬはインダクタ３０を流れる電流であり、電圧ＶAGは第１半導体スイッチ３２のアノード−ゲート間電圧であり、電圧ＶＬはインダクタ３０の端子間電圧である。正電圧、負電圧の切り替えは、配線のつなぎかえで可能である。なお、パルス電圧の詳しいメカニズムについては例えば特許第３８１１６８１号に記載されている。 Next, a mechanism for generating a pulse voltage in the primary winding side circuit 44 of the DLC film forming apparatus 10 will be described. When the control signal Vc is supplied from the gate drive circuit 40 between the gate and source of the power MOSFET 38, the power MOSFET 38 is turned on from off. At this time, due to the extremely large impedance of the reverse polarity of the diode 42, the first semiconductor switch 32 is turned on by the electric field effect applied positively between the gate terminal 32G and the cathode terminal 32K, and between the anode terminal 32A and the cathode terminal 32K. It flows (current between AK). When the first and second semiconductor switches 32 and 34 are turned on in this way, a voltage substantially equal to the voltage E of the DC power supply 24 is applied to the inductor 30 and desired energy is accumulated. Then, after the desired energy is obtained, supply of the control signal from the gate drive circuit 40 is stopped, and the power MOSFET 38 is turned off. Then, a pulse voltage is generated in the inductor 30 as the power MOSFET 38 is turned off. Specifically, when the second semiconductor switch 34 is turned off, the current IL of the inductor 30 is commutated in the path of the anode terminal 32A → the gate terminal 32G → the anode of the diode 42 → the cathode of the diode 42 of the first semiconductor switch 32. Therefore, the anode terminal 32A and the gate terminal 32G flow (A-G current). Then, the current due to the energy accumulated in the inductor 30 continues to flow from the anode terminal 32A to the gate terminal 32G, and the first semiconductor switch 32 shifts to the OFF state. Therefore, the anode-gate voltage VAG of the first semiconductor switch 32 and the inductor terminal The voltage VL increases rapidly. When the current IL becomes zero, the voltage VAG and the inductor terminal voltage VL become maximum. Thereafter, when the first semiconductor switch 32 becomes non-conductive, the voltages VAG and VL drop rapidly. The state at this time is shown in FIG. In FIG. 2, a current IL is a current flowing through the inductor 30, a voltage VAG is an anode-gate voltage of the first semiconductor switch 32, and a voltage VL is a voltage between terminals of the inductor 30. Switching between positive voltage and negative voltage is possible by switching the wiring. A detailed mechanism of the pulse voltage is described in, for example, Japanese Patent No. 3811681.
次に、こうしたＤＬＣ成膜装置１０を用いて基板１２上にＤＬＣ膜を生成する手順について説明する。ここでは、プロセスガスとしてメタンガス、キャリアガスとしてヘリウムガス、バリアガスとして窒素ガスを用いるものとする。まず、基板１２を支持電極１４に載置する。次に、図示しない真空ポンプを用いてチャンバ２０内の圧力が１０１３．３Ｐａ（０．０１気圧）以下になるまで排気口２０ａから排気する。次いで、ヘリウムガス及び水素ガスを混合ガス噴射口１６ａからチャンバ２０内の圧力が２０２６６Ｐａ（０．２気圧）となるまで噴射する。次いで、支持電極１４と対向電極１６との間に直流パルス電圧を印加する。すなわち、直流パルス発生回路２２の一次巻線側回路４４により二次巻線側回路５０のコイル素子４８に直流パルス電圧を発生させる。すると、発生したパルス電圧が支持電極１４と対向電極１６との間に印加され、両電極１４，１６の間にプラズマが発生し、このプラズマにより基板１２の表面がエッチング処理される。その後、水素ガスをテトラメチルシランガスに切替えてこのテトラメチルシランガスとヘリウムガスを同様に２０２６６Ｐａ（０．２気圧）となるまで混合ガス噴射口１６ａから噴射し、中間層としてのアモルファス炭化ケイ素の膜を生成する。この中間層は、後で成膜するＤＬＣ膜が基板１２から簡単にははがれないようにするためのものである。 Next, a procedure for generating a DLC film on the substrate 12 using the DLC film forming apparatus 10 will be described. Here, methane gas is used as the process gas, helium gas is used as the carrier gas, and nitrogen gas is used as the barrier gas. First, the substrate 12 is placed on the support electrode 14. Next, exhaust is performed from the exhaust port 20a using a vacuum pump (not shown) until the pressure in the chamber 20 becomes 1013.3 Pa (0.01 atm) or less. Next, helium gas and hydrogen gas are injected from the mixed gas injection port 16a until the pressure in the chamber 20 reaches 20266 Pa (0.2 atm). Next, a DC pulse voltage is applied between the support electrode 14 and the counter electrode 16. That is, a DC pulse voltage is generated in the coil element 48 of the secondary winding side circuit 50 by the primary winding side circuit 44 of the DC pulse generation circuit 22. Then, the generated pulse voltage is applied between the support electrode 14 and the counter electrode 16, and plasma is generated between both the electrodes 14 and 16, and the surface of the substrate 12 is etched by this plasma. Thereafter, the hydrogen gas is switched to tetramethylsilane gas, and the tetramethylsilane gas and helium gas are similarly injected from the mixed gas injection port 16a until reaching 20266 Pa (0.2 atm), and an amorphous silicon carbide film as an intermediate layer is formed. Generate. This intermediate layer is to prevent a DLC film to be formed later from being easily peeled off from the substrate 12.
次いで、プロセスガス濃度が１．６体積％以上３０体積％以下のキャリアガスとプロセスガスとの混合ガスを混合ガス噴射口１６ａからチャンバ２０内の圧力が１３３ｈＰａ（１００Ｔｏｒｒ）以上常圧以下の範囲で定められた所定圧力となるまで噴射する。次いで、キャリアガスに対する割合が０体積％を超え５００体積％以下のバリアガスを、バリアガス噴射口２１ａから噴射し、対向電極１６に直流パルスの正電圧が印加されるように支持電極１４と対向電極１６との間に直流パルス電圧を印加する。すると、支持電極１４及び対向電極１６の間にプラズマが発生し、基板１２上にＤＬＣ膜が生成される。ここで、混合ガス噴射口１６ａやバリアガス噴射口２１ａから噴射されたガスは、共にチャンバ２０の下方に設けられた排気口２０ａへ向かって流れ、この排気口２０ａから排気される。このため、混合ガス噴射口１６ａから噴射する混合ガスの流れの周りの少なくとも一部を覆うようにバリアガスが流れる。その結果、混合ガスが混合ガス噴射口１６ａから基板１２の間を安定して流れ、発生したプロセスガスのプラズマが安定する。 Next, a mixed gas of a carrier gas and a process gas having a process gas concentration of 1.6 volume% or more and 30 volume% or less is supplied from the mixed gas injection port 16a to a pressure within the chamber 20 of 133 hPa (100 Torr) or more and normal pressure or less. Inject until a predetermined pressure is reached. Next, the barrier gas having a ratio of 0% by volume to 500% by volume with respect to the carrier gas is injected from the barrier gas injection port 21a, and the positive electrode 16 is applied to the counter electrode 16 so that the positive voltage of the DC pulse is applied. DC pulse voltage is applied between Then, plasma is generated between the support electrode 14 and the counter electrode 16, and a DLC film is generated on the substrate 12. Here, the gas injected from the mixed gas injection port 16a and the barrier gas injection port 21a flows toward the exhaust port 20a provided below the chamber 20, and is exhausted from the exhaust port 20a. For this reason, barrier gas flows so that at least one part around the flow of the mixed gas injected from the mixed gas injection port 16a may be covered. As a result, the mixed gas stably flows between the mixed gas injection port 16a and the substrate 12, and the generated plasma of the process gas is stabilized.
以上詳述した本実施形態のＤＬＣ成膜装置１０によるＤＬＣ成膜方法によれば、バリアガスにより混合ガスが安定して流れるようになるためプラズマが安定した状態になる。そして、プロセスガス濃度を上述した従来のＤＬＣ成膜方法における１．３３体積％よりも大きい１．６体積％〜３０体積％としているため、同じ体積のプロセスガスに対しては、本発明のＤＬＣ成膜方法の方が従来のＤＬＣ成膜方法よりもキャリアガスの使用量が少なくなる。したがって、キャリアガスの使用量を削減しつつ真空下より速い成膜速度でＤＬＣ膜を生成することができる。また、直流パルス発生回路２２を用いているから、急峻に立ち上がる直流パルス電圧を対向電極１６に印加することができる。 According to the DLC film forming method by the DLC film forming apparatus 10 of the present embodiment described in detail above, the mixed gas flows stably by the barrier gas, so that the plasma becomes stable. Since the process gas concentration is set to 1.6 to 30% by volume which is larger than 1.33% by volume in the conventional DLC film forming method described above, the DLC of the present invention is applied to the process gas having the same volume. The film forming method uses less carrier gas than the conventional DLC film forming method. Therefore, it is possible to generate the DLC film at a higher deposition rate than under vacuum while reducing the amount of carrier gas used. Further, since the DC pulse generation circuit 22 is used, a DC pulse voltage that rises sharply can be applied to the counter electrode 16.
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
例えば、上述した実施形態では、プロセスガスとしてメタンガスを使用したが、メタンガスの代わりにエチレン、プロパン、ブタンなどの炭化水素系ガスを使用してもよい。 For example, in the above-described embodiment, methane gas is used as the process gas, but a hydrocarbon-based gas such as ethylene, propane, or butane may be used instead of methane gas.
上述した実施形態では、バリアガスとして窒素ガスを使用したが、窒素ガスの代わりに水素ガスやアルゴンガス、ヘリウムガスを使用してもよい。 In the embodiment described above, nitrogen gas is used as the barrier gas, but hydrogen gas, argon gas, or helium gas may be used instead of nitrogen gas.
上述した実施形態では、１つのバリアガス噴射口２１ａを有するガス噴射ヘッド２１を１つ備えるものとしたが、１つのバリアガス噴射口を有するガス噴射ヘッドを対向電極１６の周りに複数備えるものとしてもよい。あるいは、図３に示すように、対向電極１６の周りを取り巻くリング状のバリアガス噴射口１２１ａを有するガス噴射ヘッド１２１を備えるものとしてもよい。 In the embodiment described above, one gas jet head 21 having one barrier gas jet port 21 a is provided. However, a plurality of gas jet heads having one barrier gas jet port may be provided around the counter electrode 16. . Alternatively, as shown in FIG. 3, a gas injection head 121 having a ring-shaped barrier gas injection port 121 a surrounding the counter electrode 16 may be provided.
［実施例１］
ＳＵＳ４４０Ｃからなる直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの基板１２を支持電極１４に載置した状態で、チャンバ２０内の圧力が１０１３．３Ｐａ（０．０１気圧）以下になるまで排気口２０ａから排気した。このとき、基材１２と支持電極１４は電気的に導通状態にある。次いで、支持電極１４と対向電極１６との間にピークパルス電圧が１．８ｋＶ、パルス半値幅が０．８μｓｅｃの直流パルス電圧を印加した。次いで、ヘリウムガス及び水素ガスをチャンバ２０内の圧力が２０２６６Ｐａ（０．２気圧）となるまで混合ガス噴射口１６ａから２分間噴射した。次いで、支持電極１４と対向電極１６との間にピークパルス電圧が２．０ｋＶ、パルス半値幅が０．５μｓｅｃの直流パルス電圧を印加し、水素ガスをテトラメチルシランガスに切替えて１分間噴射した。なお、パルス半値幅とは、ピークパルス電圧値の半分の電圧における時間幅のことをいう。
[Example 1]
With the substrate 12 made of SUS440C having a diameter of 30 mm and a thickness of 5 mm placed on the support electrode 14, the chamber 20 was exhausted from the exhaust port 20 a until the pressure in the chamber 20 became 1013.3 Pa (0.01 atm) or less. At this time, the substrate 12 and the support electrode 14 are in an electrically conductive state. Next, a DC pulse voltage having a peak pulse voltage of 1.8 kV and a pulse half width of 0.8 μsec was applied between the support electrode 14 and the counter electrode 16. Next, helium gas and hydrogen gas were injected from the mixed gas injection port 16a for 2 minutes until the pressure in the chamber 20 reached 20266 Pa (0.2 atm). Next, a DC pulse voltage having a peak pulse voltage of 2.0 kV and a pulse half width of 0.5 μsec was applied between the support electrode 14 and the counter electrode 16, and the hydrogen gas was switched to tetramethylsilane gas and injected for 1 minute. The pulse half width means a time width at a voltage half the peak pulse voltage value.
次いで、チャンバ２０内の圧力が２０２６６Ｐａ（０．２気圧）の状態で、支持電極１４と対向電極１６との間にピークパルス電圧が１．８ｋＶで、パルス幅が１．５μｓｅｃ（パルス半値幅０．５μｓｅｃ）の直流パルス電圧を印加し、メタンガス及びヘリウムガスをそれぞれメタンガス０．１Ｌ／ｍｉｎ、ヘリウムガス２．０Ｌ／ｍｉｎの流量で２分間噴射すると共に、窒素ガスを２．０Ｌ／ｍｉｎの流量でバリアガス噴射口２１ａから噴射した。このとき、メタンガス濃度（メタンガスの混合ガスに対する割合）は４．８体積％となった。また、窒素ガスのヘリウムガスに対する割合は１００％となった。その結果、基板１２上にＤＬＣ膜が生成された。なお、支持電極１４の温度は２００℃となるようにした。 Next, in the state where the pressure in the chamber 20 is 20266 Pa (0.2 atm), the peak pulse voltage is 1.8 kV between the support electrode 14 and the counter electrode 16, and the pulse width is 1.5 μsec (pulse half width 0). DC pulse voltage of 0.5 μsec), methane gas and helium gas were injected for 2 minutes at a flow rate of methane gas of 0.1 L / min and helium gas of 2.0 L / min, respectively, and nitrogen gas was flowed at a flow rate of 2.0 L / min. Injected from the barrier gas injection port 21a. At this time, the methane gas concentration (ratio of methane gas to the mixed gas) was 4.8% by volume. Further, the ratio of nitrogen gas to helium gas was 100%. As a result, a DLC film was formed on the substrate 12. The temperature of the support electrode 14 was set to 200 ° C.
得られたＤＬＣ膜について、ラマン分光装置（日本分光社製のＮＲＳ−１０００）を使用して分光分析を行ったところ、良好なＤＬＣ膜であることが判明した。また、得られたＤＬＣ膜の硬度を、薄膜の機械的特性評価装置（ＭＴＳ社製のナノインデンターＸＰ）を用いて測定した。その結果、硬度は２３．６ＧＰａであった。なお、表１に実施例１の成膜条件及び成膜結果を示す。
［比較例１〜３］
比較例１〜３では、バリアガスとしての窒素ガスを噴射せず、表１に示した条件で上述した実施例１に準ずる手順でプラズマを発生させてＤＬＣ膜の生成を試みた。このとき、ピークパルス電圧が１．８ｋＶ、パルス幅が１．５μｓｅｃ又は１．７μｓｅｃの直流パルス電圧を印加した。その結果を表１に示す。表１から明らかなように、比較例２の硬度は２０．８ＧＰａであり、この比較例２とメタンガス濃度が同じでバリアガスのある実施例１の硬度２３．６ＧＰａよりも低い硬度となった。また、メタンガス濃度が比較例２の４．８％と同じでヘリウムガスの流量を比較例２の６Ｌ／ｍｉｎから２Ｌ／ｍｉｎにした比較例３では、成膜自体が不安定であった。
[Comparative Examples 1-3]
In Comparative Examples 1-3, nitrogen gas as a barrier gas was not injected, and plasma was generated according to the procedure according to Example 1 under the conditions shown in Table 1 to try to generate a DLC film. At this time, a DC pulse voltage having a peak pulse voltage of 1.8 kV and a pulse width of 1.5 μsec or 1.7 μsec was applied. The results are shown in Table 1. As is clear from Table 1, the hardness of Comparative Example 2 was 20.8 GPa, which was lower than the hardness of 23.6 GPa of Example 1 having the same methane gas concentration and barrier gas as Comparative Example 2. Further, in Comparative Example 3 in which the methane gas concentration was the same as 4.8% of Comparative Example 2 and the flow rate of helium gas was changed from 6 L / min to 2 L / min in Comparative Example 2, the film formation itself was unstable.
［実施例２〜４、比較例４，５］
実施例２〜４、比較例４，５では、表１に示した条件で上述した実施例１に準ずる手順でプラズマを発生させてＤＬＣ膜の生成を試みた。具体的には、メタンガス濃度を６．３体積％〜５０．０体積％の間で振った。その結果を表１に示す。比較例４のように、メタンガス濃度が２８．６体積％のときには、基板１２と対向電極１６との間にアーク放電が発生し、部分的な成膜となった。また、比較例５のように、メタンガス濃度が５０体積％のときには、アーク放電が発生するのみでＤＬＣ膜の生成はできなかった。また、実施例１〜４の中では、メタンガス濃度が高くなるに従って、生成されるＤＬＣ膜の硬度が高くなる傾向にあることが分かった。また、メタンガス濃度が４．８体積％〜２８．６体積％のときには０．８μｍ／ｍｉｎ〜２．２μｍ／ｍｉｎという、真空下での一般的な成膜速度０．０８μｍ／ｍｉｎに比べて早い成膜速度が得られた。そして、同じ体積のメタンガスに対しては、メタンガス濃度が大きいほどヘリウムガスの使用量が少ないことを意味する。既述したように、従来例ではメタンガス濃度が１．３３体積％であるから、実施例１〜４によればメタンガス濃度が４．８体積％〜２８．６体積％となり、従来例よりもヘリウムガスの使用量を削減可能なことがわかった。
[Examples 2 to 4, Comparative Examples 4 and 5]
In Examples 2 to 4 and Comparative Examples 4 and 5, an attempt was made to generate a DLC film by generating plasma in the same manner as in Example 1 described above under the conditions shown in Table 1. Specifically, the methane gas concentration was shaken between 6.3 vol% and 50.0 vol%. The results are shown in Table 1. As in Comparative Example 4, when the methane gas concentration was 28.6% by volume, arc discharge occurred between the substrate 12 and the counter electrode 16, resulting in partial film formation. Further, as in Comparative Example 5, when the methane gas concentration was 50% by volume, only arc discharge occurred, and no DLC film could be formed. Moreover, in Examples 1-4, it turned out that there exists a tendency for the hardness of the produced | generated DLC film to become high as methane gas concentration becomes high. In addition, when the methane gas concentration is 4.8 to 28.6% by volume, it is 0.8 μm / min to 2.2 μm / min, which is faster than a general film formation rate of 0.08 μm / min under vacuum. A deposition rate was obtained. For the same volume of methane gas, the larger the methane gas concentration, the smaller the amount of helium gas used. As described above, since the methane gas concentration is 1.33% by volume in the conventional example, according to Examples 1 to 4, the methane gas concentration is 4.8% to 28.6% by volume, which is more helium than the conventional example. It was found that the amount of gas used can be reduced.
また、表１には示していないが、実施例１のヘリウムガスの流量を９．９Ｌ／ｍｉｎ（メタンガス濃度１．０体積％）、６．０Ｌ／ｍｉｎ（メタンガス濃度１．６体積％）とした以外は実施例１と同じ条件でＤＬＣ膜の生成を試みたところ、メタンガス濃度１．０体積％のときには、真空下での成膜速度０．０８μｍ／ｍｉｎに極めて近い０．１０μｍ／ｍｉｎという成膜速度しか得られなかった。一方、メタンガス濃度１．６体積％のときには、真空下での成膜速度０．０８μｍ／ｍｉｎよりも速い０．４μｍ／ｍｉｎという成膜速度が得られた。また、図示していないが、バリアガスがない場合に、メタンガスの流量を変えずにヘリウムガスの流量を変えて、上述した実施例１に準じてＤＬＣ膜の生成を試みたところ、メタンガス濃度を４．８体積％以上とした場合にはＤＬＣ膜の生成が不安定、若しくはＤＬＣ膜を生成できないことを確認した。 Although not shown in Table 1, the helium gas flow rate of Example 1 was 9.9 L / min (methane gas concentration 1.0 vol%), 6.0 L / min (methane gas concentration 1.6 vol%). Except for the above, when the production of the DLC film was tried under the same conditions as in Example 1, when the methane gas concentration was 1.0% by volume, the film formation rate under vacuum was 0.10 μm / min which was very close to 0.08 μm / min. Only the deposition rate was obtained. On the other hand, when the methane gas concentration was 1.6% by volume, a film formation rate of 0.4 μm / min, which was faster than the film formation rate of 0.08 μm / min under vacuum, was obtained. Although not shown in the figure, when there is no barrier gas, the flow rate of helium gas is changed without changing the flow rate of methane gas, and an attempt is made to generate a DLC film in accordance with the above-described Example 1. It was confirmed that the generation of the DLC film was unstable or could not be generated when the volume was 8% by volume or more.
［実施例５〜９、比較例６］
実施例５〜９、比較例６では、上述のメタンガス濃度を振った結果を踏まえ、更にヘリウムガスの使用量の削減を試みた。即ち、表２に示すように、メタンガス濃度を２８．６体積％としたまま、窒素ガスの流量を０．００１Ｌ／ｍｉｎ〜１．５Ｌ／ｍｉｎ（即ち、窒素ガスのヘリウムガスに対する割合を０．４体積％〜６００体積％）に振って、上述した実施例１に準じてＤＬＣ膜の生成を試みた。その結果を表２に示す。表２につき、比較例４も含めて考察すると、窒素ガスのヘリウムガスに対する割合が０．４体積％〜５００体積％の範囲においてＤＬＣ膜の生成に成功し、メタンガス濃度が２８．６体積％であっても、窒素ガスのヘリウムガスに対する割合が５００体積％以下の場合にはＤＬＣ膜を生成することが可能なことがわかった。また、比較例６，４に示すように、窒素ガスのヘリウムガスに対する割合が６００体積％，８００体積％となると、基板１２と対向電極１６との間にアーク放電が発生し、部分的な成膜となった。また、メタンガス濃度が２８．６体積％のときに、窒素ガスのヘリウムガスに対する割合が小さくなるに従って、生成されたＤＬＣ膜の硬度が高くなる傾向にあることが分かった。
In Examples 5 to 9 and Comparative Example 6, an attempt was made to further reduce the amount of helium gas used based on the results of varying the methane gas concentration described above. That is, as shown in Table 2, with the methane gas concentration being 28.6% by volume, the flow rate of nitrogen gas is 0.001 L / min to 1.5 L / min (that is, the ratio of nitrogen gas to helium gas is 0.00. 4 volume% to 600 volume%), an attempt was made to generate a DLC film according to Example 1 described above. The results are shown in Table 2. Considering Table 2 including Comparative Example 4, when the ratio of nitrogen gas to helium gas is in the range of 0.4 volume% to 500 volume%, the DLC film was successfully produced, and the methane gas concentration was 28.6 volume%. Even if it exists, it turned out that a DLC film | membrane can be produced | generated when the ratio with respect to helium gas of nitrogen gas is 500 volume% or less. Further, as shown in Comparative Examples 6 and 4, when the ratio of nitrogen gas to helium gas becomes 600 vol% and 800 vol%, arc discharge occurs between the substrate 12 and the counter electrode 16, and partial formation occurs. It became a film. It was also found that when the methane gas concentration was 28.6% by volume, the hardness of the generated DLC film tended to increase as the ratio of nitrogen gas to helium gas decreased.
［実施例１０〜１４、比較例７］
実施例１０〜１４、比較例７では、表３に示すように、メタンガス濃度を９．１体積％としたまま、窒素ガスのヘリウムガスに対する割合を０．１体積％〜６００体積％に振って、上述した実施例１に準じてＤＬＣ膜の生成を試みた。その結果を表３に示す。表３につき、実施例３も含めて考察すると、バリアガスのキャリアガスに対する割合が０．１体積％〜５００体積％の範囲においてＤＬＣ膜を生成することが可能なことがわかった。また、比較例６に示すように、窒素ガスのヘリウムガスに対する割合が６００体積％となると、基板１２と対向電極１６との間にアーク放電が発生し、部分的な成膜となった。また、メタンガス濃度が９．１体積％のときに、窒素ガスのヘリウムガスに対する割合が小さくなるに従って、生成されたＤＬＣ膜の硬度が高くなる傾向にあることが分かった。
In Examples 10 to 14 and Comparative Example 7, as shown in Table 3, the ratio of nitrogen gas to helium gas was changed from 0.1% to 600% by volume while the methane gas concentration was 9.1% by volume. An attempt was made to generate a DLC film according to Example 1 described above. The results are shown in Table 3. Considering Table 3 including Example 3, it was found that a DLC film can be formed when the ratio of the barrier gas to the carrier gas is in the range of 0.1 volume% to 500 volume%. Further, as shown in Comparative Example 6, when the ratio of nitrogen gas to helium gas reached 600% by volume, arc discharge occurred between the substrate 12 and the counter electrode 16, resulting in partial film formation. It was also found that when the methane gas concentration was 9.1% by volume, the hardness of the generated DLC film tended to increase as the ratio of nitrogen gas to helium gas decreased.
これらの結果に図示しない他の実験結果を含めてまとめたのが図４のグラフである。図４では、横軸にメタンガス濃度、縦軸に窒素ガスのヘリウムガスに対する割合をとっている。ここで、図中の丸印は、ＤＬＣ膜の生成に成功した条件を表し、三角印はＤＬＣ膜を部分的にしか生成できなかった条件を表し、バツ印はＤＬＣ膜を生成できなかった条件を表している。 FIG. 4 is a graph summarizing these results including other experimental results not shown. In FIG. 4, the horizontal axis represents the methane gas concentration, and the vertical axis represents the ratio of nitrogen gas to helium gas. Here, the circles in the figure indicate the conditions for successfully generating the DLC film, the triangles indicate the conditions for which the DLC film could only be partially generated, and the crosses indicate the conditions for which the DLC film could not be generated. Represents.
１０ ＤＬＣ成膜装置、１２ 基板、１４ 支持電極、１５ 冷却液通路、１６ 対向電極、１６ａ 混合ガス噴射口、１７ ヒータ、１８ 混合ガス供給管、１９ バリアガス供給管、２０ チャンバ、２０ａ 排気口、２１ ガス噴射ヘッド、２１ａ バリアガス噴射口、２２ 直流パルス発生回路、２４ 直流電源、２６ コンデンサ、２８ 直流電源部、３０ インダクタ、３２ 第１半導体スイッチ、３２Ａ アノード端子、３２Ｇ ゲート端子、３４ 第２半導体スイッチ、３６ アバランシェ形ダイオード、３８ パワーＭＯＳＦＥＴ、３８Ｇ ゲート端子、３８Ｓ ソース端子、４０ ゲート駆動回路、４２ ダイオード、４４ 一次巻線側回路、４８ コイル素子、５０ 二次巻線側回路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 DLC film-forming apparatus, 12 Substrate, 14 Support electrode, 15 Coolant passage, 16 Counter electrode, 16a Mixed gas injection port, 17 Heater, 18 Mixed gas supply tube, 19 Barrier gas supply tube, 20 Chamber, 20a Exhaust port, 21 Gas injection head, 21a Barrier gas injection port, 22 DC pulse generation circuit, 24 DC power supply, 26 capacitor, 28 DC power supply unit, 30 inductor, 32 first semiconductor switch, 32A anode terminal, 32G gate terminal, 34 second semiconductor switch, 36 avalanche diode, 38 power MOSFET, 38G gate terminal, 38S source terminal, 40 gate drive circuit, 42 diode, 44 primary winding side circuit, 48 coil element, 50 secondary winding side circuit.
Claims (7)
（ａ）前記被処理基材を前記対向電極から離間して前記支持電極に載置する工程と、
（ｂ）前記対向電極に直流パルス電圧を印加した状態で、前記プロセスガスの前記混合ガスに対する割合が１．６体積％以上３０体積％以下となるように前記混合ガス噴射口から混合ガスを前記被処理基材へ噴射してプラズマを発生させると共に、前記混合ガスと同方向に流れ前記キャリアガスに対する割合が０体積％を超え５００体積％以下であるバリアガスを前記混合ガスの流れの周りの少なくとも一部に噴射することにより、ＤＬＣ膜を生成する工程と、
を含むＤＬＣ成膜方法。 A support gas connected to the ground, a counter electrode provided at a position facing the support electrode, and a mixed gas of a process gas provided on the counter electrode and a carrier gas carrying the process gas is supplied to the support electrode. A DLC film forming method for generating a diamond-like carbon (DLC) film on a substrate to be processed under a pressure in the vicinity of atmospheric pressure using a DLC film forming apparatus including a mixed gas injection port for injecting ,
(A) placing the substrate to be treated on the support electrode apart from the counter electrode;
(B) In a state where a DC pulse voltage is applied to the counter electrode, the mixed gas is supplied from the mixed gas injection port so that the ratio of the process gas to the mixed gas is 1.6 volume% or more and 30 volume% or less. A plasma is generated by spraying onto the substrate to be treated, and a barrier gas that flows in the same direction as the mixed gas and has a ratio of 0% by volume to 500% by volume with respect to the carrier gas is at least around the mixed gas flow. Producing a DLC film by injecting into a part;
A DLC film forming method comprising:
請求項１に記載のＤＬＣ成膜方法。 The process gas is methane gas,
The DLC film forming method according to claim 1.
請求項１又は２に記載のＤＬＣ成膜方法。 The DC pulse voltage is a positive voltage.
The DLC film-forming method according to claim 1 or 2.
請求項１〜３のいずれか１項に記載のＤＬＣ成膜方法。 The barrier gas is at least one gas selected from hydrogen gas, nitrogen gas, and argon gas.
The DLC film-forming method of any one of Claims 1-3.
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＤＬＣ成膜方法。 The substrate to be treated is made of SUS material, SKD material, SKH material or SS material,
The DLC film-forming method of any one of Claims 1-4.
請求項１〜５のいずれか１項に記載のＤＬＣ成膜方法。 In the step (b), as a source of the DC pulse, an inductor, a first semiconductor switch, and a second semiconductor switch are connected in series to both ends of a DC power source, and one end of the inductor is an anode terminal of the first semiconductor switch. And the other end of the diode is connected to the gate terminal of the first semiconductor switch via a diode, and the diode has an anode terminal connected to the gate terminal of the first semiconductor switch, and the second semiconductor switch When the first semiconductor switch is turned on, inductive energy is stored in the inductor with the conduction of the first semiconductor switch, and when the second semiconductor switch is turned off, a pulse voltage is applied to the inductor with the turn-off of the first semiconductor switch. The pulse voltage is applied to the coil element that is generated and magnetically coupled to the inductor. Using the device supplies pressurized,
The DLC film-forming method of any one of Claims 1-5.
請求項１〜６のいずれか１項に記載のＤＬＣ成膜方法。 In the step (b), a ring-shaped injection port surrounding the mixed gas injection port is used as a barrier gas injection port for injecting the barrier gas.
The DLC film-forming method of any one of Claims 1-6.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2107593A3 (en) * | 2008-03-31 | 2011-12-14 | NGK Insulators, Ltd. | Apparatus for depositing silicon-based thin film and method for depositing silicon-based thin film |
| JP2018174340A (en) * | 2013-03-15 | 2018-11-08 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | Plasma reactor with highly symmetrical four-fold gas injection |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01301506A (en) * | 1988-05-31 | 1989-12-05 | Meidensha Corp | Production of hydrogenated amorphous carbon thin film |
| JPH0273978A (en) * | 1988-09-08 | 1990-03-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Formation of thin film |
| JPH09102461A (en) * | 1995-10-04 | 1997-04-15 | Sharp Corp | Vapor growth apparatus |
| JPH11200052A (en) * | 1998-01-13 | 1999-07-27 | Nissin Electric Co Ltd | Chemical vapor phase growth apparatus |
| JP2001067657A (en) * | 1999-09-01 | 2001-03-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method and device for manufacturing magnetic recording medium |
| JP2001316819A (en) * | 2000-05-09 | 2001-11-16 | Riken Corp | Hard amorphous carbon film and production method therefor |
| JP2004220985A (en) * | 2003-01-16 | 2004-08-05 | Ngk Insulators Ltd | Plasma treatment device and plasma treatment method |
| JP2004270022A (en) * | 2003-02-18 | 2004-09-30 | Ngk Insulators Ltd | Method for manufacturing thin film and thin film |
| JP3811681B2 (en) * | 2002-06-12 | 2006-08-23 | 日本碍子株式会社 | High voltage pulse generator |
| WO2006137332A1 (en) * | 2005-06-20 | 2006-12-28 | Mie Tlo Co., Ltd. | Process for producing diamond-like carbon film |
-
2008
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01301506A (en) * | 1988-05-31 | 1989-12-05 | Meidensha Corp | Production of hydrogenated amorphous carbon thin film |
| JPH0273978A (en) * | 1988-09-08 | 1990-03-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Formation of thin film |
| JPH09102461A (en) * | 1995-10-04 | 1997-04-15 | Sharp Corp | Vapor growth apparatus |
| JPH11200052A (en) * | 1998-01-13 | 1999-07-27 | Nissin Electric Co Ltd | Chemical vapor phase growth apparatus |
| JP2001067657A (en) * | 1999-09-01 | 2001-03-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method and device for manufacturing magnetic recording medium |
| JP2001316819A (en) * | 2000-05-09 | 2001-11-16 | Riken Corp | Hard amorphous carbon film and production method therefor |
| JP3811681B2 (en) * | 2002-06-12 | 2006-08-23 | 日本碍子株式会社 | High voltage pulse generator |
| JP2004220985A (en) * | 2003-01-16 | 2004-08-05 | Ngk Insulators Ltd | Plasma treatment device and plasma treatment method |
| JP2004270022A (en) * | 2003-02-18 | 2004-09-30 | Ngk Insulators Ltd | Method for manufacturing thin film and thin film |
| WO2006137332A1 (en) * | 2005-06-20 | 2006-12-28 | Mie Tlo Co., Ltd. | Process for producing diamond-like carbon film |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2107593A3 (en) * | 2008-03-31 | 2011-12-14 | NGK Insulators, Ltd. | Apparatus for depositing silicon-based thin film and method for depositing silicon-based thin film |
| JP2018174340A (en) * | 2013-03-15 | 2018-11-08 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | Plasma reactor with highly symmetrical four-fold gas injection |
| US11244811B2 (en) | 2013-03-15 | 2022-02-08 | Applied Materials, Inc. | Plasma reactor with highly symmetrical four-fold gas injection |
| US11728141B2 (en) | 2013-03-15 | 2023-08-15 | Applied Materials, Inc. | Gas hub for plasma reactor |
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