JP6260980B2 - 成膜装置、成膜方法および成膜プログラム - Google Patents

成膜装置、成膜方法および成膜プログラム Download PDF

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Description

本発明は、プラズマを用い、鋼材などの導電性を有する被加工材料の表面へＤＬＣなどの硬質皮膜を高速で形成するための成膜装置、成膜方法、および成膜プログラムに関するものである。
従来、鋼材などの導電性を有する被加工材料の表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）成膜処理する技術が特許文献１などにより知られている。この特許文献に開示された技術では、プラズマ生成装置が石英窓を通して処理容器内の被加工材料に向けマイクロ波を供給することにより、石英窓内面の周辺領域にプラズマが発生し、シース層がプラズマと被加工材料との境界に生成される。マイクロ波の供給中に、プラズマ生成装置が被加工材料へ負のバイアス電圧を印加する。この結果、被加工材料の表面に沿ってシース層が生成し、生成されたシース層は拡大する。供給されたマイクロ波は、このシース層に沿って伝搬し、プラズマが伸長する。この結果、原料ガスがプラズマによって分解され、被加工材料の表面はＤＬＣ成膜処理される。
特開２００４−４７２０７号公報
マイクロ波の供給、および負のバイアス電圧の印加の一例として、被加工材料はマイクロ波供給部に近接し、かつマイクロ波供給部から突出するように支持され、被加工材料の一端からマイクロ波パルスが供給され、他端より負のバイアス電圧パルスが印加されることが考えられる。アーキングの発生による被加工材料のダメージを抑制するため、負のバイアス電圧はパルス化され、負のバイアス電圧パルスの印加時間は、マイクロ波パルスの供給時間よりも短く設定されることが考えられる。すなわち、マイクロ波パルスの1パルス毎の供給時間に対する負のバイアス電圧パルスの印加時間の比率が短く設定される。
しかし、ＤＬＣ成膜処理された膜において、マイクロ波パルスが供給される側、すなわち石英窓近傍の膜は、もっとも硬度が低く、石英窓近傍と反対側の膜は硬度が高くなる。つまり、ＤＬＣ成膜処理された膜は、硬度の分布に拡がりを有する問題がある。
従って本発明の目的は、上述した問題点を解決し、膜の硬度分布の拡がりを低減する成膜装置、成膜方法、および成膜プログラムを提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明は、導電性を有する被加工材料が備えられた処理容器に炭素、および水素を有する原料ガスと不活性ガスとを供給するガス供給部と、前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるマイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給部と、前記処理容器の内部に支持された前記被加工材料に、前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧パルスを印加する印加部と、前記印加部による前記負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、および前記マイクロ波供給部によるマイクロ波パルスの供給タイミングを制御する制御部とを備え、前記制御部は、マイクロ波１パルスの供給時間内に負のバイアス電圧１パルスの印加時間が入るとともに、マイクロ波１パルスの供給時間に対する負のバイアス電圧1パルスの印加時間の比率が、０．９以上となるように、前記負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、および前記マイクロ波パルスの供給タイミングを制御し、負のバイアス電圧パルスは、負のバイアス電圧パルスのみが前記被加工材料に印加された場合にプラズマを発生しない低電圧に設定されることを特徴とするものである。
請求項１記載の本発明では、前記制御部は、各前記負バイアス電圧パルスが印加開始される前に各前記マイクロ波パルスが供給開始されるように前記負のバイアス電圧パルス1パルス毎の印加タイミング、および前記マイクロ波パルス1パルス毎の供給タイミングを制御する構成であってもよい。
上記目的を達成するために、請求項２記載の本発明は、請求項１記載の成膜装置において、前記制御部は、マイクロ波１パルスの供給時間に対する、マイクロ波１パルスの供給時間内における負のバイアス電圧1パルスの印加時間の比率が、０．９９以上となるように前記負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、および前記マイクロ波パルスの供給タイミングを制御することを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項３記載の本発明は、請求項１または請求項２記載の成膜装置において、さらに成膜開始時には、前記制御部は、前記印加部により印加開始される前記負のバイアス電圧パルスを、前記マイクロ波供給部によりマイクロ波パルスが供給開始されてから３秒以内であって、マイクロ波パルスの立ち上がりが不安定な期間が経過した後に印加するように前記印加タイミングを制御することを特徴とするものである。
請求項１〜３のいずれか記載の発明では、前記マイクロ波供給部は、前記処理容器の内部に指示された前記被加工材料の一端側からマイクロ波パルスを供給し、前記印加部は、前記被加工材料の少なくとも前記処理表面全域に前記負のバイアス電圧パルスを印加する構成であってもよい。
上記目的を達成するために、請求項４記載の本発明は、請求項１〜３のいずれか記載の成膜装置において、前記印加部は、前記負のバイアス電圧パルスの印加時間より短い印加時間で、正のバイアス電圧パルスを前記被加工材料に印加し、前記正のバイアス電圧パルスのデューティ比は、前記負のバイアス電圧パルスのデューティ比に対して、１０％以下であることを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項５記載の本発明は、導電性を有する被加工材料が備えられた処理容器に炭素、および水素を有する原料ガスと不活性ガスとを供給するガス供給ステップと、前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるマイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給ステップと、前記処理容器の内部に支持された前記被加工材料に、前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧パルスを印加する印加ステップと、前記印加ステップによる前記負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、および前記マイクロ波供給ステップによるマイクロ波パルスの供給タイミングを制御する制御ステップとを備え、前記制御ステップは、マイクロ波１パルスの供給時間内に負のバイアス電圧１パルスの印加時間が入るとともに、マイクロ波１パルスの供給時間に対する負のバイアス電圧１パルスの 印加時間の比率が、０．９以上となるように、前記負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、および前記マイクロ波パルスの供給タイミングを制御し、負のバイアス電圧パルスは、負のバイアス電圧パルスのみが前記被加工材料に印加された場合にプラズマを発生しない低電圧に設定されることを特徴とする方法である。
上記目的を達成するために、請求項６記載の本発明は、導電性を有する被加工材料が備えられた処理容器に炭素、および水素を有する原料ガスと不活性ガスとを供給するガス供給部と、前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるマイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給部と、前記処理容器の内部に支持された前記被加工材料に、前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧パルスを印加する印加部と、を備える成膜装置を制御するコンピュータに、前記印加部による前記負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、および前記マイクロ波供給部によるマイクロ波パルスの供給タイミングを制御するタイミング制御ステップを実行させ、前記タイミング制御ステップは、マイクロ波１パルスの供給時間内に負のバイアス電圧１パルスの印加時間が入るとともに、マイクロ波１パルスの供給時間に対する負のバイアス電圧１パルスの 印加時間の比率が、０．９以上となるように、前記負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、および前記マイクロ波パルスの供給タイミングを制御し、負のバイアス電圧パルスは、負のバイアス電圧パルスのみが前記被加工材料に印加された場合にプラズマを発生しない低電圧に設定されることを特徴とするプログラムである。
以上
請求項１、５、および６記載の発明によれば、制御部、制御ステップ、またはタイミング制御ステップは、マイクロ波パルスのマイクロ波１パルスの供給時間に対する、マイクロ波１パルスの供給時間内における負のバイアス電圧１パルスの印加時間比率が、０．９以上となるように負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、およびマイクロ波パルスの供給タイミングを制御する。この結果、被加工材料にＤＬＣ成膜処理された膜の硬度の分布は、３５％以内に抑えることができる。
請求項１記載の発明では、制御部は、各負バイアス電圧パルス1パルスが印加開始される前に各マイクロ波パルス1パルスが供給開始されるように負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、および前記マイクロ波パルスの供給タイミングを制御する構成であってもよい。一般に、マイクロ波パルスが供給される際、各マイクロ波パルスの立ち上がり直後はマイクロ波パルスの出力が不安定な時間が発生し、その後出力が安定する。この不安定な時間は電源の特性によって異なるが、一般的には数マイクロ秒である。このマイクロ波パルス出力が不安定な状態において負のバイアス電圧パルスが印加されると不安定な時間が長くなる、またはアーキングの発生などが起きることがあり、成膜品質へ影響を及ぼす。そのため、各マイクロ波パルスが先に供給開始され、マイクロ波パルスの出力が安定してから各負のバイアス電圧パルスが印加開始されるように制御することが望ましい。
請求項２記載の発明によれば、制御部が、マイクロ波パルスの１パルス毎の供給時間における負のバイアス電圧パルスの１パルス毎の印加時間の比率が、０．９９以上となるように負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、および前記マイクロ波パルスの供給タイミングを制御する。この結果、被加工材料にＤＬＣ成膜処理された膜の硬度の分布をなくすことが可能である。
請求項３記載の発明によれば、成膜開始時には制御部が、印加部により印加開始される負のバイアス電圧パルスを、マイクロ波供給部によりマイクロ波パルスが供給開始されてから３秒以内であって、マイクロ波パルスの立ち上がりが不安定な期間が経過した後に印加するように印加タイミングを制御する。一般に、マイクロ波を用いたプラズマ成膜プロセスにおいては、スリースタブチューナなどによりチューニングを行う時間が必要である。このマイクロ波のチューニングに時間がかかれば、その分、硬度が低下する。これに対し、印加部により最初に印加される負のバイアス電圧パルスを、マイクロ波供給部によりマイクロ波パルスが供給されてから３秒以内に印加するように印加タイミングが制御されれば、硬度が２０ＧＰａよりも低下することを回避することができる。
請求項１〜３のいずれか記載の発明では、マイクロ波供給部は、処理容器の内部に指示された被加工材料の一端側からマイクロ波パルスを供給し、印加部は、被加工材料の少なくとも処理表面全域に負のバイアス電圧パルスを印加する構成であってもよい。マイクロ波が被加工材料の一端側から供給され、負のバイアス電圧パルスが処理表面全域に印加されるので、プラズマは、被加工材料の処理表面全域を覆う。従って、被加工材料の処理表面全域をＤＬＣ成膜処理することができる。
請求項４記載の発明によれば、印加部は、負のバイアス電圧パルスの印加時間より短い印加時間で、正のバイアス電圧パルスを被加工材料に印加し、正のバイアス電圧パルスのデューティ比は、負のバイアス電圧パルスのデューティ比に対して、１０％以下である。この結果、正のバイアス電圧パルスを短い時間印加することにより、硬度ムラを抑えながら、アーキングの発生を低減することができる。
成膜装置１００の概略構成を示す説明図である。 成膜装置１００の電気的構成を示すブロック図である。 制御テーブルを示す図である。 マイクロ波パルスの波形、および負のバイアス電圧パルスの波形の模式図である。 実験結果を示す図である。 実験の成膜条件を示す図である。 マイクロ波パルス、および負のバイアス電圧パルスの印加タイミングを示す図である。 成膜処理を示すフローチャートである。 マイクロ波パルスが印加されてから負のバイアス電圧パルスが印加されるまでの時間に応じた最大硬度の変化を示す図である。
以下に本発明の実施形態を説明する。図１は成膜装置１００の実施形態を示す説明図であり、図２は、成膜装置１００のブロック図である。成膜装置１００は、処理容器１、真空ポンプ２、ガス供給部３、および制御部４を備える。処理容器１は気密構造の処理容器である。真空ポンプ２は、処理容器１の内部を真空排気可能なポンプである。処理容器１の内部には成膜対象である導電性を有する被加工材料Ｍが治具５により保持されている。この被加工材料Ｍの材質は、導電性を有していれば、特に限定されるものではないが、この実施形態では低温焼戻し鋼である。ここで低温焼戻し鋼とは、ＪＩＳ Ｇ４０５１（機械構造用炭素鋼鋼材）、Ｇ４４０１（炭素工具鋼鋼材）、Ｇ４４−４（合金工具用鋼材）、またはマルエージング鋼材などの材料である。被加工材料は、低温焼戻し鋼以外にも、セラミック、または樹脂に導電性の材料がコーティングされているものでもよい。
ガス供給部３は、処理容器１の内部に成膜用の原料ガスと不活性ガスとを供給する。具体的には、Ｈｅ，Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、またはＸｅなどの不活性ガスとＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、またはＴＭＳ(テトラメチルシラン)などの原料ガスとが供給される。本実施形態では、ＣＨ４、およびＴＭＳの原料ガスにより被加工材料ＭがＤＬＣ成膜処理されるとして説明する。また、ガス供給部３から供給される原料ガス、および不活性ガスの流量、および圧力が後述するＣＰＵ２０により制御されても良いし、原料ガス、および不活性ガスの流量、および圧力が作業者により制御されても良い。ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、またはＴＭＳ(テトラメチルシラン)などの原料ガスは、本発明の炭素、および水素を有する化合物の一例である。原料ガスは、アルキン、アルケン、アルカン、芳香族化合物などのＣＨ結合を有する化合物、または炭素が含まれる化合物が含まれるガスであればよい。また、Ｈ２が原料ガスに含まれてもよい。
処理容器１の内部に保持された被加工材料Ｍに対してＤＬＣ成膜処理を行うためのプラズマが発生される。このプラズマは、マイクロ波電源６、マイクロ波パルスコントローラ７、負電圧電源８、および負電圧パルスコントローラ９により発生される。本実施形態では、特開２００４−４７２０７号公報に開示されたＭＶＰ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）法により表面波励起プラズマが発生されるとして説明する。以降の記載では、ＭＶＰ法を説明する。
マイクロ波パルスコントローラ７は制御部４の指示に従い、パルス信号を発振する。マイクロ波パルスコントローラ７は、発信されたパルス信号をマイクロ波電源６へ供給する。マイクロ波電源６は、マイクロ波パルスコントローラ７からのパルス信号に従って、マイクロ波パルスを発生する。マイクロ波は本実施形態では２．４５ＧＨｚである。発生されたマイクロ波パルスは石英などのマイクロ波を透過する誘電体等からなるマイクロ波導入口１０を経由し、被加工材料Ｍの処理表面に供給される。被加工材料Ｍの表面に供給されたマイクロ波パルスにより、マイクロ波導入口１０付近にプラズマが生成される。被加工材料Ｍは例えば棒状であり、その一端は、マイクロ波導入口１０に近接して配置される。また、被加工材料Ｍの他端はマイクロ波導入口１０から処理容器１内側に向かって突出するように配置され、負のバイアス電圧パルスを印加するための電極が被加工材料Ｍに接続されている。
負電圧電源８は、制御部４の指示に従い、負電圧パルスコントローラ９に負のバイアス電圧を供給する。負電圧パルスコントローラ９は、負電圧電源８から供給された負のバイアス電圧をパルス化する。このパルス化の処理は、負電圧パルスコントローラ７が制御部４の指示に従い、負のバイアス電圧パルスのデューティ比を制御する処理である。このデューティ比に従うパルス状の負のバイアス電圧である負のバイアス電圧パルスが、処理容器１の内部に保持された被加工材料Ｍに印加される。すなわち、被加工材料Ｍが、金属基材の場合、またはセラミック、または樹脂に導電性の材料がコーティングされた場合であっても、被加工材料Ｍの少なくとも処理表面全域に負のバイアス電圧パルスが印加される。
詳細は後述するが、発生されたマイクロ波パルス、および負のバイアス電圧パルスの少なくとも一部が同一時間に印加されるように制御されることにより表面波励起プラズマが発生される。マイクロ波は２．４５ＧＨｚに限らず、０．３ＧＨｚ〜５０ＧＨｚの周波数であればよい。負電圧電源８、および負電圧パルスコントローラ９が本発明の印加部の一例である。マイクロ波電源６、マイクロ波パルスコントローラ７、およびマイクロ波導入口１０が本発明のマイクロ波供給部の一例である。尚、成膜装置１００は負電圧電源８、および負電圧パルスコントローラ９を備えたが、正電圧電源、および正電圧パルスコントローラを備えても良い。
＜表面波励起プラズマの説明＞
通常、表面波励起プラズマを発生させる場合、ある程度以上の電子（イオン）密度におけるプラズマと、これに接する誘電体との界面に沿ってマイクロ波が供給される。供給されたマイクロ波は、この界面に電磁波のエネルギーが集中した状態で表面波として伝播される。その結果、界面に接するプラズマは高エネルギー密度の表面波によって励起され、さらに増幅される。これにより高密度プラズマが生成されて維持される。ただし、この誘電体を導電性材料に換えた場合、導電性材料は表面波の導波路としては機能せず、好ましい表面波の伝播及びプラズマ励起を生ずることはできない。
一方、プラズマに接する物体の表面近傍には、本質的に単一極性の荷電粒子層、いわゆるシース層が形成される。物体が、負バイアス電圧を加えた導電性を有する被加工材料の場合、シース層とは電子密度が低い層、すなわち、正極性であって、マイクロ波の周波数帯においてはほぼ誘電率ε≒１の層である。このため、印加する負バイアス電圧の絶対値を例えば−１００Ｖの絶対値より大きくすることによりシース層の厚さを厚くできる。すなわちシース層が拡大する。このシース層が、プラズマとプラズマに接する物体との界面に表面波を伝播させる誘電体として作用する。従って、被加工材料Ｍの一端に近接して配置されたマイクロ波導入口１０からマイクロ波が供給され、かつ被加工材料Ｍに負バイアス電圧が印加されると、マイクロ波はシース層とプラズマとの界面に沿って表面波として伝搬する。この結果、被加工材料Ｍの表面に沿って表面波に基づく高密度励起プラズマが発生する。この高密度励起プラズマが、上述した表面波励起プラズマである。
このような被加工材料表面の近傍での表面波励起による高密度プラズマの電子密度は１０11〜１０12ｃｍ―3に達する。このＭＶＰ法を用いたプラズマＣＶＤによりＤＬＣ成膜処理される場合は、通常の負バイアス電圧エネルギーのプラズマＣＶＤによりＤＬＣ成膜処理される場合よりも１桁から２桁高い成膜速度１０〜１００μｍ／ｈｒが得られる。この結果、ＭＶＰ法によるプラズマＣＶＤの成膜時間は通常のプラズマＣＶＤの成膜時間の１／１０〜１／１００となる。
図１、または図２に戻り成膜装置１００の説明を続ける。制御部４は、負電圧電源８とマイクロ波パルスコントローラ７、および負電圧パルスコントローラ９とに制御信号を出力して印加電力を制御する。後述するが、制御部４は、制御信号を、負電圧電源８と、マイクロ波パルスコントローラ７、および負電圧パルスコントローラ９とに出力することにより、負電圧パルスコントローラ９によるパルス状の負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、およびマイクロ波電源６によるマイクロ波パルスの供給タイミングを制御する。制御部４は、ガス供給部３に流量制御信号を出力して原料ガス、および不活性ガスの供給を制御する。
制御部４は、ＣＰＵ２０と記憶部２１とを備え、コンピュータから構成される。ＣＰＵ２０は、図示しないＲＡＭなどの揮発性記憶装置に種々の情報を一時記憶し、後述する成膜処理のプログラムを実行する。成膜処理のプログラムは、図示しないドライバによりＣＤ−ＲＯＭ、またはＤＶＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体から読み込まれてもよいし、図示しないインターネットなどのネットワークからダウンロードされてもよい。記憶部２１は、ＲＯＭ、またはＨＤＤなどの不揮発記憶装置であり、成膜処理プログラム、および図３に示す制御テーブルを記憶する。制御テーブルは、マイクロ波１パルスの供給時間に対する、マイクロ波１パルスの供給時間内における負のバイアス電圧１パルスの印加時間比率と、最大硬度、最小硬度、および硬度ムラとを関連付けて記憶する。図３では、印加時間の比率は有効時間比率として図示される。
図４に示すパルス波形の模式図を参照して、マイクロ波１パルスの供給時間に対する、マイクロ波１パルスの供給時間内における負のバイアス電圧１パルスの印加時間の比率を説明する。マイクロ波パルスの１パルス毎の供給時間Ｔｍｗは、マイクロ波パルスの周期Ｔ１、およびマイクロ波パルスのデューティ比ＤＭＷ（Ｄｕｔｙ ｏｆ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ）により次式で表される。尚、この供給時間Ｔｍｗが、マイクロ波１パルスの供給時間に相当する。
Ｔｍｗ＝Ｔ１＊ＤＭＷ・・・（１）
負のバイアス電圧パルスの１パルス毎の印加時間Ｔｄｃは、負のバイアス電圧パルスの周期Ｔ２、および負のバイアス電圧パルスデューティ比ＤＳＨ（ｄｕｔｙ ｏｆ ｓｈｅａｔｈ）により次式で表される。尚、この印加時間Ｔｄｃが、負のバイアス電圧１パルスの印加時間に相当する。
Ｔｄｃ＝Ｔ２＊ＤＳＨ・・・（２）
ただし、マイクロ波パルスの１パルス毎の供給時間に対する、マイクロ波パルスの１パルス毎の供給時間内における負のバイアス電圧パルスの１パルス毎の印加時間の比率は、マイクロ波パルスの１パルスの供給時間、および負のバイアス電圧パルスの１パルスの印加時間により表される。すなわちマイクロ波のパルス幅Ｔｍｗ、およびマイクロ波１パルスが供給開始されてから負のバイアス電圧１パルスが印加開始されるまでの時間Ｔ３、および負のバイアス電圧パルスの供給が終了されてからマイクロ波パルスの供給が終了されるまでの時間Ｔ４とにより次式で表される。言い換えると、時間Ｔ３は、マイクロ波パルスが立ち上がってから、負のバイアス電圧パルスが立ち上がるまでの時間である。時間Ｔ４は、負のバイアス電圧パルスが立ち下がってから、マイクロ波パルスが立ち下がるまでの時間である。
（Ｔｍｗ−Ｔ３−Ｔ４）／Ｔｍｗ・・・（３）
図４に示すパルス波形以外にも、マイクロ波パルスが供給される前に負のバイアス電圧パルスが印加される場合が考えられるが、この場合、時間Ｔ３はゼロである。また、負のバイアス電圧パルスの印加が終了される前にマイクロ波パルスの供給が終了される場合、時間Ｔ４はゼロである。本実施形態では、負のバイアス電圧パルスの供給が終了される前にマイクロ波パルスの供給が終了されても、負のバイアス電圧パルスによるプラズマの成膜速度はＭＶＰ法と比べて１／１０〜１／１００と遅いため、硬度分布の拡がりの低減、または硬度低下を低減する効果は小さいので、時間Ｔ４をゼロとして説明を続ける。
マイクロ波パルスのみが処理容器１の内部に供給された場合は、被加工材料Ｍの治具５側にプラズマが発生するが、−２００Ｖなど、低電圧の負のバイアス電圧パルスのみが被加工材料Ｍに印加された場合は、プラズマは発生しない。−４００Ｖ以上の高電圧の負のバイアス電圧パルスのみが被加工材料Ｍに供給された場合は、プラズマが発生しうるが、負のバイアス電圧パルスによるプラズマの成膜速度はＭＶＰ法と比べて１／１０〜１／１００と遅く、その効果は小さい。すなわち、マイクロ波パルスが処理容器１の内部に供給されている時間のうち、負のバイアス電圧パルスが印加されている時間が、マイクロ波１パルスの供給時間に対する、マイクロ波１パルスの供給時間内における負のバイアス電圧パルスの 印加時間比率であり、この印加時間の比率を有効時間比率として説明を続ける。
図１に示すように、導電性を有する被加工材料Ｍの一端からマイクロ波が供給され、他端から負のバイアス電圧パルスが印加されると、ＤＬＣ膜の硬度はマイクロ波導入口１０を中心に分布が生じる。実験によると、治具５近傍に成膜されたＤＬＣ膜の硬度は低く、治具５から離れた位置に成膜されたＤＬＣ膜の硬度は高くなるので、図１に示すような棒状の被加工材料ＭはＺ軸方向の成膜位置に対する硬度分布を有する。この場合の最小硬度は図１に示すＺ軸方向において、治具５近傍位置のＤＬＣ膜の硬度である。最大硬度は、図１に示すＺ軸方向において治具５側と反対側近傍位置のＤＬＣ膜の硬度である。硬度ムラは、最大硬度から最小硬度を引いた値を最大硬度で除した値である。すなわち、硬度ムラは、硬度分布の大きさを示す。有効時間比率、および硬度ムラはパーセント表示される。以下、有効時間比率によりＺ軸方向において硬度ムラが発生することを示す実験結果を説明する。
＜有効時間比率でＤＬＣ成膜処理された場合の膜の硬度の実験結果＞
図５は、有効時間比率が５０％、９０％、および９９％に設定された場合の導電性を有する被加工材料Ｍの硬度を計測した実験結果を示す。図６は、成膜条件を示す表である。図６に示すように、不活性ガスとしてＡｒガス、原料ガスとしてＣＨ４、およびＴＭＳが処理容器１にそれぞれ４０ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ供給された。すなわち、処理容器１には、２６０ｓｃｃｍのガスが供給された。処理容器１の圧力は７５Ｐａに制御され、成膜時間は３０秒に設定された。２．４５ＧＨｚのマイクロ波については、電力が１ｋＷ電力、マイクロ波パルスの周波数が５００Ｈｚ、マイクロ波パルスのデューティ比が５０％に設定された。負のバイアス電圧パルスについては、電圧が−２００Ｖ、負のバイアス電圧パルスの周波数が５００Ｈｚ、負のバイアス電圧パルスのデューティ比が２５％、４５％、５０％の３種類設定された。マイクロ波パルスの供給と負のバイアス電圧パルスの印加のタイミングは８マイクロ秒だけマイクロ波パルスが先行するように設定された。この印加タイミングのずれは、図４に示す時間Ｔ３である。３種類の負のバイアス電圧パルスのデューティ比の設定により、有効時間比率が５０％、９０％、および９９％に設定されることになる。
図５に示すように、有効時間比率が９９％に設定された場合、５０％、９０％に設定された場合よりも、最大硬度の値が大きくなり、硬度ムラが抑えられる。以下詳細に実験結果を説明する。有効時間比率が５０％に設定された場合は、最大硬度が１２．６ＧＰａ、最小硬度が５．８ＧＰａであった。この結果、硬度ムラは５４％生じた。有効時間比率が９０％に設定された場合は、最大硬度が１８．２ＧＰａ、最小硬度が１２．１ＧＰａであった。この結果、硬度ムラは３４％生じた。有効時間比率が９９％に設定された場合は、最大硬度が２２．９ＧＰａ、最小硬度が２２．９ＧＰａであった。この結果、硬度ムラは発生しなかった。この結果、硬度ムラを低減するには、制御部４は、マイクロ波パルス、および負のバイアス電圧パルスを同時に処理容器１、および被加工材料Ｍに印加するように、マイクロ波パルスコントローラ７、および負電圧パルスコントローラ９に指示するとよい。図３に示す制御テーブルには、これら実験結果を近似して各有効時間比率に対する最大硬度、最小硬度、および硬度ムラを算出した値が記憶される。この制御テーブルによると、硬度ムラを３５％以内にするには、有効時間比率を９０％以上に設定するのが望ましい。一般に、測定のばらつきなどを考慮し、硬度ムラが３５％以内に収まれば、被加工材料ＭにＤＬＣ膜が成膜された場合に問題ないとされる。特に、有効時間比率が９９％以上に設定されれば、被加工材料ＭにＤＬＣ成膜処理された膜の硬度の分布をなくすことが可能である。
特開２００４−４７２０７号公報に開示された従来のプラズマの生成方法には、マイクロ波の供給タイミング、負のバイアス電圧の印加タイミング、およびそれらのデューティについての記載がない。しかし、被加工材料である金属基材などへ成膜を行う際にはアーキングの発生による被加工材料へのダメージを軽減するため、負のバイアス電圧をパルス化する必要がある。一般に負のバイアス電圧が印加されていない状態での成膜は、低硬度なＤＬＣ膜が成膜されることが知られている。さらに、負のバイアス電圧が印加されていないときは、被加工材料の処理面に沿ってマイクロ波が表面波として伝搬できるほどの厚さにシース層が拡大されないため、プラズマは冶具５近傍にのみ発生する。このため、マイクロ波のみのプラズマ発生期間が長いほど、すなわち、マイクロ波１パルスの供給時間内において、負のバイアス電圧が印加されていない時間が長いほど、治具５近傍の被加工材料Ｍ表面には低硬度なＤＬＣ膜が厚く堆積すると考えられる。従って、マイクロ波のみが供給されるプラズマの生成方法では、図１に示すＺ軸方向において膜厚が不均一、かつ低硬度なＤＬＣ膜が形成されることが避けられない。
正のバイアス電圧パルスを断続的に印加するなどアーキング対策を施していれば、マイクロ波パルスが供給されていない時間に負のバイアス電圧パルスのみが印加され、プラズマが生成されたとしても硬度ムラへの影響はない。そのため、負のバイアス電圧パルスのみによりプラズマが生成される値まで負のバイアス電圧パルスを高くしても良い。しかし、負のバイアス電圧パルスのみを用いた成膜とＭＶＰ法による成膜との成膜時間を比較すると、ＭＶＰ法の方が高速で成膜される。このため、マイクロ波パルスが供給されていない時間に負のバイアス電圧パルスが印加され、負のバイアス電圧パルスによりプラズマが生成されて成膜されたとしても、ＤＬＣ膜厚の大部分はＭＶＰ法によって成膜された膜であるため、負のバイアス電圧パルスの印加のみによる成膜時間の短縮の効果は小さい。そのため、マイクロ波パルスが供給されていない時間には負のバイアス電圧パルスが印加されない方がＤＬＣ成膜処理の省エネルギー化につながり望ましい。
一方、マイクロ波パルスの供給の後に負のバイアス電圧パルスが印加されると、シース層が被加工材料の処理面に沿って拡大し、マイクロ波のみによって生成されるＤＬＣ膜の硬度よりも高硬度であることが知られている。すなわち、治具５近傍の被加工材料Ｍ表面には、低硬度なＤＬＣ膜の上に高硬度なＤＬＣ膜が形成される。従って、図１に示すＺ軸方向において、ＤＬＣ膜の硬度が不均一となることは避けられない。
図７にマイクロ波パルスと負のバイアス電圧パルスとの印加状態を示す。図７（a）は、マイクロ波パルスと負のバイアス電圧パルスとが印加された場合の印加状態を示す図である。図７（ｂ）は、マイクロ波パルスと負のバイアス電圧パルスと正のバイアス電圧パルスとが印加された場合の印加状態を示す図である。図７（a）、および図７（ｂ）において、マイクロ波パルスが印加されている時間は、ＭＷ Ｐｏｗｅｒ （Ｆｏｒｗａｒｄ） １ｋＷ／Ｄｉｖが示す黒色の実線で示される。負のバイアス電圧パルスが印加されている時間は、Ｂｉａｓ Ｖｏｌｔａｇｅ １００Ｖ／Ｄｉｖが示す黒色の実線で示される。図７（a）では、マイクロ波パルスの後に負のバイアス電圧パルスが印加されているが、これは、マイクロ波パルスの立ち上がりが不安定なためである。制御部４は、この不安定な期間を差し引いて、マイクロ波パルス、および負のバイアス電圧パルスを同時に処理容器１、および導電性を有する被加工材料Ｍに印加するように、マイクロ波パルスコントローラ７、および負電圧パルスコントローラ９に指示する。この不安定な期間は、おおよそ８マイクロ秒である。すなわち、制御部４は、負のバイアス電圧１パルスが印加開始される前にマイクロ波１パルスが供給開始されるように、言い換えれば、各負のバイアス電圧パルスが立ち上がる数マイクロ秒前に、各マイクロ波パルスが立ち上がるように負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、およびマイクロ波パルスの供給タイミングを制御する。
図７（ｂ）において、負のバイアス電圧パルスは、成膜時間中、継続して印加される。所定のタイミングで、正のバイアス電圧パルスが印加されることでアーキング抑制効果が得られる。正のバイアス電圧パルスは、絶対値がゼロよりも大きいパルスであって、負のバイアス電圧パルスの印加時間よりも短い印加時間を有し、図７（ｂ）の点線で示すＰｏｓｉｔｉｖｅ Ｂｉａｓ Ｖｏｔａｇｅ Ｐｕｌｓｅのように、複数の正のバイアス電圧パルスは、負のバイアス電圧パルスと一体化され、Ｂｉａｓ Ｖｏｌｔａｇｅ １００Ｖ／Ｄｉｖに含まれる。正のバイアス電圧パルスのデューティ比は、負のバイアス電圧パルスのデューティ比に対し、１０％以下が好ましい。この場合、デューティ比パラメータは、負のバイアス電圧パルスが印加される期間から正のバイアス電圧パルスが印加される期間が差し引かれた期間をマイクロ波パルスが供給される期間で除した値である。図７（ｂ）に示すように正のバイアス電圧パルスが印加されることで、硬度ムラは抑えられるが、膜の硬度は、１１．７ＧＰａと、図７（a）に示す印加状態よりも硬度が低下する。この結果、最大硬度を高める場合、マイクロ波パルスと負のバイアス電圧パルスのみが印加されよう制御部４が制御することが望ましい。
＜成膜処理＞
図８に示すフローチャートを参照し成膜処理を説明する。この成膜処理は、治具５に保持された被加工材料Ｍが処理容器１の内部にセットされた状態で、作業者による成膜開始処理の指示が成膜装置１００に入力されたことをＣＰＵ２０が検知することにより実行される。以下図８のフローチャートに示す処理は、ＣＰＵ２０により実行される。
Ｓ１において、マイクロ波パルス、および負のバイアス電圧パルスの周波数が設定される。図５に示す実験では、５００Ｈｚに設定されている。この設定は、作業者により手動で設定されてもよいし、記憶部２１に予めマイクロ波パルス、および負のバイアス電圧パルスの周波数が記憶され、自動で設定されてもよい。マイクロ波パルス、および負のバイアス電圧パルスの周波数が設定されると、Ｓ２に処理を移行する。
Ｓ２において、マイクロ波パルスのデューティ比ＤＭＷが設定される。図５に示す実験では、５０％に設定されている。この設定は、作業者により手動で設定されてもよいし、記憶部２１に予めマイクロ波パルスデューティ比が記憶され、自動で設定されてもよい。マイクロ波パルスデューティ比が設定されると、Ｓ３に処理を移行する。本実施形態では、マイクロ波パルスの周期Ｔ１は、予め記憶部２１に記憶されており、この記憶された周期Ｔ１がマイクロ波パルスの周期として設定されるが、Ｓ２において作業者がマイクロ波パルスの周期Ｔ１を設定してもよい。
Ｓ３において、負のバイアス電圧パルスのデューティ比ＤＳＨが設定される。図５に示す実験では、２５％、４５％、５０％のうちいずれかが設定されている。この設定は、作業者により手動で設定されてもよいし、記憶部２１に予め負のバイアス電圧パルスデューティ比が記憶され、自動で設定されてもよい。負のバイアス電圧パルスデューティ比が設定されると、Ｓ４に処理を移行する。本実施形態では、負のバイアス電圧パルスの周期Ｔ２は、予め記憶部２１に記憶されており、この記憶された周期Ｔ２が負電圧パルスの周期として設定されるが、Ｓ３において作業者が負電圧パルスの周期Ｔ２を設定してもよい。
Ｓ４において、マイクロ波パルス供給と負のバイアス電圧パルス印加のタイミング時間差が設定される。図５に示す実験では、時間差は、８マイクロ秒設定されている。この時間差は、図４に示す時間Ｔ３である。印加タイミングの時間差が設定されると、Ｓ５に処理を移行する。また、本実施形態では設定されないが、図４に示す時間Ｔ４がＳ４において設定されてもよい。
Ｓ５において、Ｓ２、およびＳ３において設定されたマイクロ波パルスのデューティ比ＤＭＷ、および負のバイアス電圧パルスのデューティ比ＤＳＨと、Ｓ４において設定されたマイクロ波パルス供給と負のバイアス電圧パルス印加のタイミング時間差とに基づき以下を判定する。有効時間比率（ＤＳＨ／ＤＭＷ）が、０．９以上か否かを判定する。０．９以上であると判定すると、Ｓ６に処理を移行する。０．９未満であると判定すると、Ｓ７に処理を移行する。Ｓ２においてマイクロ波パルスのデューティ比ＤＭＷが５０％に設定され、Ｓ３において、負のバイアス電圧パルスのデューティ比ＤＳＨが５０％に設定された場合、タイミング時間差に基づき、有効時間比率は９９％以上と判定される。
Ｓ５において、０．９未満であると判定すると、０．９以上となるように、負のバイアス電圧パルスデューティ比、またはマイクロ波パルスデューティ比、マイクロ波パルス供給と負のバイアス電圧パルス印加とのタイミング時間差を自動的に設定してもよい。
Ｓ６において、所定のパラメータを設定し、真空ポンプ２を起動させる。真空ポンプ２が起動されるとＳ８に処理を移行する。所定のパラメータは、イオンクリーニングパラメータ、ガス流量値、成膜時間、負電圧電源８に指示する電圧値、マイクロ波パルスコントローラ７に指示するパルス信号などのパラメータである。これらのパラメータは、作業者により手動で設定されてもよいし、予め記憶部２１に記憶されたパラメータに基づき、自動で設定されてもよい。イオンクリーニングパラメータは、後述するイオンクリーニング処理のパラメータである。
Ｓ７において、硬度ムラが発生することを通知する表示を図示しないディスプレイに表示させる。ディスプレイへ表示させるとＳ２に処理を移行する。また、Ｓ２において、０．９未満であると判定すると、硬度ムラが発生することを通知する表示を図示しないディスプレイに表示させ、硬度ムラが発生してもよいと、作業者が選択した場合に、Ｓ６に処理を移行してもよい。
Ｓ８において、イオンクリーニングを開始するか否かを判定する。この判定は、処理容器１の内部の真空度が、１．０Ｐａ未満か否かを判定する。図示しない真空計により測定された真空度を基に判定する。真空度が、１．０Ｐａ未満であると判定すると、イオンクリーニングを開始し、Ｓ９に処理を移行する。真空度が、１．０Ｐａ以上であると判定すると、Ｓ８に戻る。本実施形態では、真空度が１．０Ｐａを基に判定されるが、１．０Ｐａに限定されず、３．０Ｐａでも０．１Ｐａでもよい。イオンクリーニングを開始すると判定すると、Ｓ９に処理を移行する。
Ｓ９において、イオンクリーニングを開始する。このイオンクリーニングは、Ｓ６において設定されたイオンクリーニングパラメータに基づき処理される。具体的にイオンクリーニングパラメータは、不活性ガスの流量値、負電圧電源８に指示する電圧値、負電圧パルスコントローラ９に指示する負のバイアス電圧パルスデューティ比、マイクロ波パルスコントローラ７に指示するマイクロ波パルスデューティ比である。不活性ガスの流量値に基づき、ガス供給部３に処理容器１へ不活性ガスを供給させる。次に制御部４は、負のバイアス電圧パルスの電圧値を負電圧電源８に送信する。制御部４は、マイクロ波パルスコントローラ７にマイクロ波パルスのデューティ比の情報、およびマイクロ波電力の情報を送信する。制御部４は、負電圧パルスコントローラ９に負のバイアス電圧パルスのデューティ比の情報を送信する。この結果、負電圧電源８は受信した電圧値に従い、負電圧パルスコントローラ９に負電圧を供給する。負電圧パルスコントローラ９は、供給された負のバイアス電圧と、デューティ比の情報とから負のバイアス電圧パルスを被加工材料Ｍに印加する。マイクロパルスコントローラ７は、受信したマイクロ波パルスのデューティ比の情報、およびマイクロ波電力の情報に従うパルス信号をマイクロ波電源６に送信する。マイクロ波電源６は、受信したパルス信号に従うマイクロ波パルスを、マイクロ波導入口１０を介して被加工材料Ｍの表面に供給する。これら負のバイアス電圧パルスと、マイクロ波パルスとによりプラズマが発生する。この発生されたプラズマにより、被加工材料Ｍの表面がイオンクリーニングされ、後述するＤＬＣの膜が形成されやすくなる。イオンクリーニングを開始すると、Ｓ１０に処理を移行する。
Ｓ１０において、イオンクリーニングを終了するか否かを判定する。この判定は、アーキング発生頻度が所定の頻度未満か否かにより判定される。所定の頻度は、記憶部２１に予め記憶される。所定の頻度未満であると判定すると、Ｓ１１に処理を移行する。所定の頻度以上であると判定すると、Ｓ１０の処理に戻る。この終了判定は、イオンクリーニングパラメータとしてイオンクリーニング時間が設定され、この時間が経過したか否かで判定してもよい。
Ｓ１１において、ガス供給部３に不活性ガス、および原料ガスを供給する流量制御指示を出力する。この流量制御指示は、Ｓ６において設定されたガス流量値に基づく。ガス供給部３は、流量制御指示に従い、不活性ガス、および原料ガスを処理容器１の内部に供給する。流量制御指示を出力すると、Ｓ１２に処理を移行する。
Ｓ１２において、ガス流量、および圧力の調整が完了したか否かを判定する。この判定は、不活性ガスのガス流量、活性ガスのガス流量、処理容器１の圧力の基準が予め記憶部２１に記憶され、これらの値に基づき判定される。調整完了したと判定すると、Ｓ１３に処理を移行する。調整が完了していないと判定すると、Ｓ１２の処理に戻る。
Ｓ１３において、プラズマを発生させ、被加工材料ＭのＤＬＣ成膜処理を開始させる。具体的にはＳ６において、所定のパラメータとして設定された負電圧の電圧値を負電圧電源８に送信し、マイクロ波電力の電力値をマイクロ波パルスコントローラ７に送信する。図５に示す実験では、負電圧の電圧値は、−２００Ｖであり、マイクロ波電力の電力値は１ｋＷである。制御部４は、マイクロ波パルスコントローラ７、および負電圧パルスコントローラ９にＳ５において判定された各デューティ比の情報を送信する。この各デューティ比の情報は、周期Ｔ１、周期Ｔ２、および時間Ｔ３も含む。図５に示す実験では、マイクロ波パルスデューティ比は、５０％に設定された。負のバイアス電圧パルスは、２５％、４５％、および５０％のいずれかに設定された。負電圧電源８は受信した負電圧の情報に従い、負電圧パルスコントローラ９に負電圧を供給する。負電圧パルスコントローラ９は、供給された負電圧と、負電圧パルスデューティ比の情報とから負のバイアス電圧パルスを被加工材料Ｍに印加する。マイクロパルスコントローラ７は、受信したマイクロ波パルスのデューティ比の情報、およびマイクロ波電力の情報に従うパルス信号をマイクロ波電源６に送信する。マイクロ波電源６は、受信したパルス信号に従うマイクロ波パルスを、マイクロ波導入口１０を介して被加工材料Ｍの表面に供給する。
マイクロ波パルスが被加工材料Ｍの処理表面に供給されると、負のバイアス電圧パルスと、マイクロ波パルスとによりプラズマが発生する。各パルスデューティ比に従うマイクロ波パルス、および負のバイアス電圧パルスはＳ６において設定された成膜時間において、マイクロ波電源６、および負電圧パルスコントローラ９から供給、および印加され、プラズマが発生し続ける。
以下、Ｓ１３において、成膜開始時におけるマイクロ波パルス、および負のバイアス電圧パルスについて具体的に説明する。成膜開始時には、最初から、マイクロ波１パルスの供給時間に対する、マイクロ波１パルスの供給時間内における負のバイアス電圧１パルスの印加時間の比率が０．９以上となるようにする必要はなく、インピーダンス・マッチングを調整しやすくするために、マイクロ波パルスのみを先行して供給してもよい。
図９は、マイクロ波パルスが先行して供給開始されてから負のバイアス電圧パルスが印加開始されるまでの時間（ＤＣ−Ｄｅｌａｙ Ｔｉｍｅ）により、ＤＬＣ成膜処理された膜の硬度が変化する実験結果を示す。図９に示すように、マイクロ波パルスが印加されてから負のバイアス電圧パルスが印加されるまでの時間が長くなるにつれて、ＤＬＣ成膜処理された膜の硬度は低くなる。すなわち、Ｓ１３において最初に印加される負のバイアス電圧パルスの時間Ｔ３が長くなるにつれて、ＤＬＣ成膜処理された膜の硬度は低くなる。特に、マイクロ波パルスが印加されてから負のバイアス電圧パルスが印加されるまで３秒以上経過すると、ＤＬＣ成膜処理された膜の硬度は、２０ＧＰａ以下になる。この実験結果より、ＤＬＣ成膜処理される膜の硬度を２０ＧＰａ以上にするには、負のバイアス電圧パルスを、マイクロ波パルスが供給されてから３秒以内に印加しないといけない。成膜装置１００に電源が供給されてから最初に供給されるマイクロ波パルスは、処理容器１に供給された初期においてインピーダンス・マッチングの整合が取れないなどの影響で反射波が大きくなることなど不安定な状態にある。制御部４は、この不安定な状態において、インピーダンスなどのパラメータを自動で調整し、所望のマイクロ波パルスを処理容器１に供給するように制御してもよいし、作業者により手動で設定されてもよい。所望のマイクロ波パルスか否かは、出力されたマイクロ波パルスの反射電力が所定の値以下になったか否かで判定される。この制御期間が３秒を経過すると、ＤＬＣ成膜処理される膜の硬度を２０ＧＰａ以上にできない。この結果、制御期間が３秒を超えるようであれば、成膜装置１００に電源が供給されてから最初にＤＬＣ成膜処理を実行する場合は、不要な被加工材料を成膜装置１００にセットし、マイクロ波パルスを供給してマイクロ波パルスのインピーダンスを調整する手間が必要となる。
Ｓ１４において、成膜を終了するか否かを判定する。この判定は、Ｓ６において設定された成膜時間が経過したか否かで判定する。設定された成膜時間が経過したと判定した場合は、成膜処理を終了する。設定された成膜時間が経過していないと判定した場合は、Ｓ１４に戻る。なおこの判定は、図示しない膜厚測定装置により所望の膜厚にＤＬＣ膜が達したか否かにより判定されてもよい。
[変形例１]
本実施形態では、被加工材料Ｍは治具５により保持されているが、マイクロ波導入口１０に直接支持されてもよい。
１ 処理容器
２ 真空ポンプ
３ ガス供給部
４ 制御部
５ 治具
６ マイクロ波電源
７ マイクロ波パルスコントローラ
８ 負電圧電源
９ 負電圧パルスコントローラ
１０ マイクロ波導入口
２０ ＣＰＵ
２１ 記憶部
以上

Claims (6)

  1. 導電性を有する被加工材料が備えられた処理容器に炭素、および水素を有する原料ガスと不活性ガスとを供給するガス供給部と、
    前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるマイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給部と、
    前記処理容器の内部に支持された前記被加工材料に、前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧パルスを印加する印加部と、
    前記印加部による前記負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、および前記マイクロ波供給部によるマイクロ波パルスの供給タイミングを制御する制御部と
    を備え、
    前記制御部は、マイクロ波１パルスの供給時間内に負のバイアス電圧１パルスの印加時間が入るとともに、マイクロ波１パルスの供給時間に対する負のバイアス電圧１パルスの印加時間の比率が、０．９以上となるように、前記負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、および前記マイクロ波パルスの供給タイミングを制御し、
    負のバイアス電圧パルスは、負のバイアス電圧パルスのみが前記被加工材料に印加された場合にプラズマを発生しない低電圧に設定されること
    を特徴とする成膜装置。
  2. 前記制御部は、マイクロ波１パルスの供給時間に対する、マイクロ波１パルスの供給時間内における負のバイアス電圧１パルスの印加時間の比率が、０．９９以上となるように前記負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、および前記マイクロ波パルスの供給タイミングを制御すること
    を特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記制御部は、さらに成膜開始時には前記印加部により印加開始される前記負のバイアス電圧パルスを、前記マイクロ波供給部によりマイクロ波パルスが供給開始されてから３秒以内であって、マイクロ波パルスの立ち上がりが不安定な期間が経過した後に印加するように前記印加タイミングを制御すること
    を特徴とする請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
  4. 前記印加部は、前記負のバイアス電圧パルスの印加時間より短い印加時間で、正のバイアス電圧パルスを前記被加工材料に印加し、
    前記正のバイアス電圧パルスのデューティ比は、前記負のバイアス電圧パルスのデューティ比に対して、１０％以下であること
    を特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の成膜装置。
  5. 導電性を有する被加工材料が備えられた処理容器に炭素、および水素を有する原料ガスと不活性ガスとを供給するガス供給ステップと、
    前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるマイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給ステップと、
    前記処理容器の内部に支持された前記被加工材料に、前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧パルスを印加する印加ステップと、
    前記印加ステップによる前記負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、および前記マイクロ波供給ステップによるマイクロ波パルスの供給タイミングを制御する制御ステップと
    を備え、
    前記制御ステップは、マイクロ波１パルスの供給時間内に負のバイアス電圧１パルスの印加時間が入るとともに、マイクロ波１パルスの供給時間に対する負のバイアス電圧パルスの印加時間の比率が、０．９以上となるように、前記負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、および前記マイクロ波パルスの供給タイミングを制御し、
    負のバイアス電圧パルスは、負のバイアス電圧パルスのみが前記被加工材料に印加された場合にプラズマを発生しない低電圧に設定されること
    を特徴とする成膜方法。
  6. 導電性を有する被加工材料が備えられた処理容器に炭素、および水素を有する原料ガスと不活性ガスとを供給するガス供給部と、前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるマイクロ波パルスを供給するマイクロ波供給部と、前記処理容器の内部に支持された前記被加工材料に、前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧パルスを印加する印加部と、を備える成膜装置を制御するコンピュータに、
    前記印加部による前記パルス状の負のバイアス電圧パルス１パルスの印加タイミング、および前記マイクロ波供給部によるマイクロ波パルス１パルスの供給タイミングを制御するタイミング制御ステップを実行させ、
    前記タイミング制御ステップは、マイクロ波１パルスの供給時間内に負のバイアス電圧１パルスの印加時間が入るとともに、マイクロ波１パルスの供給時間に対する負のバイアス電圧パルスの印加時間の比率が、０．９以上となるように、前記負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、および前記マイクロ波パルスの供給タイミングを制御し、
    負のバイアス電圧パルスは、負のバイアス電圧パルスのみが前記被加工材料に印加された場合にプラズマを発生しない低電圧に設定されること
    を特徴とする成膜プログラム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6060016B2 (ja) 2013-03-28 2017-01-11 ブラザー工業株式会社 成膜装置、成膜方法及び成膜プログラム
JP6102816B2 (ja) * 2014-03-31 2017-03-29 ブラザー工業株式会社 成膜装置、成膜方法及び成膜プログラム
JP6107730B2 (ja) * 2014-03-31 2017-04-05 ブラザー工業株式会社 成膜装置
JP6358020B2 (ja) * 2014-09-30 2018-07-18 ブラザー工業株式会社 成膜装置
JP6483546B2 (ja) * 2015-06-24 2019-03-13 トヨタ自動車株式会社 プラズマ化学気相成長装置
JP6775771B2 (ja) * 2015-09-10 2020-10-28 国立研究開発法人産業技術総合研究所 マイクロ波プラズマｃｖｄ装置及びそれを用いたダイヤモンドの合成方法
US9789497B1 (en) * 2016-06-20 2017-10-17 Nordson Corporation Systems and methods for applying a liquid coating to a substrate

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2538691B2 (ja) * 1989-04-27 1996-09-25 富士通株式会社 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP2737377B2 (ja) * 1990-06-25 1998-04-08 富士電機株式会社 プラズマ処理装置
JPH0539578A (ja) * 1991-08-07 1993-02-19 Fuji Electric Co Ltd プラズマ処理装置
TW426888B (en) * 1998-09-18 2001-03-21 Tokyo Electron Ltd Plasma processing method
JP2002184770A (ja) * 2000-12-19 2002-06-28 Shimadzu Corp 基板処理装置
JP4791636B2 (ja) * 2001-01-15 2011-10-12 日華化学株式会社 ハイブリッドパルスプラズマ蒸着装置
JP4779090B2 (ja) * 2001-06-21 2011-09-21 独立行政法人産業技術総合研究所 硬質炭素膜被覆部材の製造方法
JP4152135B2 (ja) * 2002-07-10 2008-09-17 裕之 上坂 導電体近接領域で表面波励起プラズマを発生する方法と装置
JP2004238649A (ja) * 2003-02-04 2004-08-26 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 炭素系膜被覆部材の製造方法及び装置
JP4813040B2 (ja) * 2004-10-13 2011-11-09 独立行政法人科学技術振興機構 ダイヤモンド層の形成方法と、それを利用する多層硬質炭素膜の形成方法
JP4578412B2 (ja) * 2006-01-20 2010-11-10 日本碍子株式会社 放電プラズマ発生方法
JP2012233215A (ja) * 2011-04-28 2012-11-29 Tokai Rubber Ind Ltd マイクロ波プラズマ成膜装置、マイクロ波プラズマ成膜方法、およびガスバリアフィルム
JP5870423B2 (ja) * 2012-01-30 2016-03-01 ブラザー工業株式会社 成膜装置および成膜方法

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