(57)【要約】【課題】本発明は半導体の製造及び各種の成形材料の表面コーティングに使われる電圧可変型薄膜蒸着装置及び方法を提供する。【解決手段】  本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法は、薄膜物質を目的物に誘導及び蒸着するバイアス電圧の大きさを、使用者により設定された時間中に連続的に可変して印加するようにした。また、本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着装置は、薄膜物質を目的物に誘導及び蒸着させるためのバイアス電圧を出力する電圧供給部と、前記出力されるバイアス電圧の大きさが使用者により設定された時間中に連続的に可変されるように前記電圧供給部とを制御する制御部を含むことを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜物質を目的物に誘導及び蒸着するため、適用するバイアス電圧の大きさを、使用者により設定された時間中に連続的に可変して印加することを特徴とする電圧可変型薄膜蒸着方法。    
【請求項２】
前記バイアス電圧の大きさが、前記使用者により設定された時間中に少なくとも１回は増加または減少されることを特徴とする、請求項１記載の電圧可変型薄膜蒸着方法。  
【請求項３】
前記バイアス電圧の大きさが、使用者により設定された時間中に少なくとも１回は増加した後減少させるか、または減少した後増加させることを特徴とする、請求項２記載の電圧可変型薄膜蒸着方法。
【請求項４】
前記バイアス電圧が、物理蒸着（ＰＶＤ）タイプ薄膜蒸着装置、化学蒸着（ＣＶＤ）タイプ薄膜蒸着装置、及びＰＶＤ/ＣＶＤ混合方式薄膜蒸着装置の内、いずれか１つに印加されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電圧可変型薄膜蒸着方法。
【請求項５】
前記バイアス電圧が、直流（ＤＣ）バイアス電圧及びパルス(Pulse)タイプバイアス電圧のどちらかであり、前記バイアス電圧によって誘導及び蒸着される薄膜物質が、一種類以上であることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電圧可変型薄膜蒸着方法。  
【請求項６】
前記バイアス電圧が、分当り０．５Ｖ以上１０Ｖ以下に可変することを特徴とする、請求項１記載の電圧可変型薄膜蒸着方法。
【請求項７】
前記バイアス電圧が、最大値と最小値との差が５０Ｖ以上あるように可変することを特徴とする、請求項１記載の電圧可変型薄膜蒸着方法。
【請求項８】
前記バイアス電圧の最大値が、１００Ｖ以上２５０Ｖ以下であることを特徴とする、請求項１記載の電圧可変型薄膜蒸着方法。
【請求項９】
前記バイアス電圧の最小値が、３０Ｖ以上８０Ｖ以下であることを特徴とする、請求項１記載の電圧可変型薄膜蒸着方法。
【請求項１０】
前記バイアス電圧が、低電圧から印加し始めて高電圧まで可変されるか、または高電圧から印加し始めて低電圧まで可変されることを特徴とする、請求項１記載の電圧可変型薄膜蒸着方法。
【請求項１１】
既設定されたバイアス電圧値を使用するのかの可否を判別する段階と、
前記判別によって、既設定されたバイアス電圧値を使うことが選択されれば、前記既設定されたバイアス電圧値によって薄膜を蒸着させ、一方新しいバイアス電圧値を使うことが選択されれば、新しいバイアス電圧値を設定する段階と、
前記新しいバイアス電圧値が設定される場合、低電圧から印加し始めるかあるいは高電圧から印加し始めるかを選択する開始電圧選択段階と、
前記開始電圧が選択される場合、前記バイアス電圧の増加及び減少スロープ類型を選択する電圧スロープ選択段階と、
前記電圧スロープが選択される場合、薄膜蒸着を始める蒸着開始段階を含むことを特徴とする、請求項１記載の電圧可変型薄膜蒸着方法。
【請求項１２】
薄膜物質を目的物に誘導及び蒸着させるためのバイアス電圧を出力する電圧供給部と、前記出力されるバイアス電圧の大きさが、使用者によって設定された時間中に連続的に可変されるように前記電圧供給部を制御する制御部とを含むことを特徴とする電圧可変型薄膜蒸着装置。
【請求項１３】
前記制御部が、前記バイアス電圧の大きさを、少なくとも１回は増加または減少することを特徴とする、請求項１２記載の電圧可変型薄膜蒸着装置。
【請求項１４】
前記制御部が、前記バイアス電圧の大きさを、少なくとも１回は増加の後減少させるか、減少の後増加させることを特徴とする、請求項１３記載の電圧可変型薄膜蒸着装置。
【請求項１５】
前記電源供給部が、物理蒸着（ＰＶＤ）タイプ薄膜蒸着装置、化学蒸着（ＣＶＤ）タイプ薄膜蒸着装置、及びＰＶＤ/ＣＶＤ混合方式薄膜蒸着装置の内、いずれか一つの電源供給部であることを特徴とする、請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載の電圧可変型薄膜蒸着装置。
【請求項１６】
前記バイアス電圧が、直流バイアス電圧及びパルスタイプバイアス電圧のどちらかであり、前記バイアス電圧によって誘導及び蒸着される薄膜物質が、少なくとも一種類であることを特徴とする請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載の電圧可変型薄膜蒸着装置。
【請求項１７】
前記制御部が、前記バイアス電圧を分当り０．５Ｖ以上１０Ｖ以下で可変できることを特徴とする、請求項１２記載の電圧可変型薄膜蒸着装置。
【請求項１８】
前記制御部が、前記バイアス電圧の最大値と最小値の差が５０Ｖ以上あるように、バイアス電圧を可変できることを特徴とする、請求項１２記載の電圧可変型薄膜蒸着装置。
【請求項１９】
前記制御部が、前記バイアス電圧の最大値を、１００Ｖ以上２５０Ｖ以下で制御することを特徴とする、請求項１２記載の電圧可変型薄膜蒸着装置。
【請求項２０】
前記制御部が、前記バイアス電圧の最小値を、３０Ｖ以上８０Ｖ以下で制御することを特徴とする、請求項１２記載の電圧可変型薄膜蒸着装置。
【請求項２１】
前記制御部が、前記バイアス電圧を低電圧から印加し始め高電圧まで可変させるか、高電圧から印加し始め低電圧まで可変させることを特徴とする、請求項１２記載の電圧可変型薄膜蒸着装置。
【請求項２２】
前記制御部が、使用者が選択した電圧スロープによって、前記バイアス電圧を可変できることを特徴とする、請求項１２記載の電圧可変型薄膜蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して半導体の製造及び各種の成形材料の表面コーティングに使われる電圧可変型薄膜蒸着装置及び方法に関し、特にバイアス電圧を連続的に可変させることはもちろん、その用途によって開始バイアス電圧を選択して薄膜を蒸着させることによって、薄膜及び蒸着の特性を向上させることができ、設備を単純化することができる電圧可変型薄膜蒸着装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体の製造又は各種の成形材料などに薄膜を蒸着(あるいは、コーティング)するために、数ないし数十ミクロメーター厚さの薄膜を蒸着できる薄膜蒸着装置が使われてきた。このような薄膜蒸着装置は、その用途及び周辺環境によって電気伝導度、耐靭性、耐熱性及び耐磨耗性などの多様な条件を満たす薄膜を、製造できることを要求されている。
【０００３】
それ故に、薄膜蒸着方法、薄膜物質及び投入する反応ガスのような各種蒸着環境を改善して、前述した電気伝導度、耐靭性、耐熱性及び耐磨耗性などを実現する良好な特性の薄膜を提供しようとする努力が成されてきた。
【０００４】
例えば、図１に示されるように、成形材料に薄膜をコーティングするにあたって、互いに相反する物性を有する耐磨耗性と耐衝撃性を共に向上させるために、耐磨耗性はもちろん耐熱性に優れるアルミナイトライド薄膜層（ＡｌＮ: レイヤー２、レイヤー４）に潤滑性が優秀なチタンナイトライド薄膜層（ＴｉＮ： レイヤー１、レイヤー３） またはその他の多様な薄膜層を積層させ、耐磨耗性と耐衝撃性を共に実現できる多層薄膜１０がコーティングされるようにしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のようなアルミナイトライド薄膜層(レイヤー２及びレイヤー４)とチタンナイトライド薄膜（レイヤー１、レイヤー３）層とを多層構造（レイヤー１からレイヤー４）に蒸着すれば、各層（レイヤー１／レイヤー２／レイヤー３／レイヤー４）自体は、前述した耐磨耗性または耐衝撃性の内のいずれか一つの特性を向上させることができる。しかしながら、前記各層（レイヤー１／レイヤー２/ レイヤー３／レイヤー４）の間に結合層(あるいは、分離層)が形成されるため、クラック及び分離が発生するという問題点及び多層構造全体としての薄膜１０の特性を格段には向上させることができないという問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、半導体の製造または各種の成形材料の表面に薄膜をコーティングする場合、バイアス電圧を連続的に可変させることに加え、その用途に従い開始バイアス電圧を選択して薄膜を蒸着させることによって、薄膜及び蒸着の特性を向上させることを可能とし、設備を単純化することができる電圧可変型薄膜蒸着方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上のようなアルミナイトライド薄膜層(レイヤー２及びレイヤー４)とチタンナイトライド薄膜（レイヤー１、レイヤー３）層とを多層構造（レイヤー１からレイヤー４）に蒸着すれば、各層（レイヤー１／レイヤー２／レイヤー３／レイヤー４）自体は、前述した耐磨耗性または耐衝撃性の内のいずれか一つの特性を向上させることができる。しかしながら、前記各層（レイヤー１／レイヤー２/ レイヤー３／レイヤー４）の間に結合層(あるいは、分離層)が形成されるため、クラック及び分離が発生するという問題点及び多層構造全体としての薄膜１０の特性を格段には向上させることができないという問題点がある。
【０００８】
この時、前記バイアス電圧の大きさは、前記使用者により設定された時間中に少なくとも１回増加または減少する。
【０００９】
また、前記バイアス電圧の大きさは、使用者により設定された時間中に少なくとも１回増加の後減少するか、減少の後増加する。
【００１０】
また、前記バイアス電圧は、物理蒸着（ＰＶＤ）タイプ薄膜蒸着装置、または化学蒸着（ＣＶＤ）タイプ薄膜蒸着装置、またはＰＶＤ及びＣＶＤ混合方式薄膜蒸着装置のいずれかに印加させる。
【００１１】
また、前記バイアス電圧は、直流バイアス電圧及びパルスタイプバイアス電圧のどちらかであり、前記バイアス電圧によって誘導及び蒸着される薄膜物質は、一種類以上である。
【００１２】
ここで、前記バイアス電圧の可変範囲は、分当り０．５Ｖ以上１０Ｖ以下である。
【００１３】
また、前記バイアス電圧の最大値と最小値の差は、５０Ｖ以上になるように可変する。
【００１４】
また、前記バイアス電圧の最大値は、１００Ｖ以上２５０Ｖ以下である。
【００１５】
また、前記バイアス電圧の最小値は、３０Ｖ以上８０Ｖ以下である。
【００１６】
また、前記バイアス電圧は、使用者の選択によって、低電圧から印加し始めて高電圧まで可変されるか、高電圧から印加し始めて低電圧まで可変される。
【００１７】
さらに、前述した電圧可変型薄膜蒸着方法は、既設定されたバイアス電圧値を使用するかを判別する段階と、仮に前記判別によって、既設定されたバイアス電圧値を使うことが選択されると、前記既設定されたバイアス電圧値によって薄膜を蒸着させ、又仮に新しいバイアス電圧値を使うことが選択されると、新しいバイアス電圧値を設定する段階と、前記新しいバイアス電圧値が設定された場合、低電圧から印加し始めるかあるいは高電圧から印加し始めるかを選択する開始電圧選択段階と、さらには前記開始電圧が選択された場合、前記バイアス電圧の増加及び減少スロープ類型を選択する電圧スロープ選択段階と、前記電圧スロープが選択された場合、薄膜蒸着を始める段階とを含んでいる。
【００１８】
一方、本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着装置は、薄膜物質を目的物として誘導及び蒸着させるためのバイアス電圧を出力する電圧供給部と、前記出力されるバイアス電圧の大きさが使用者により設定された時間中に連続的に可変されるように前記電圧供給部を制御する制御部とを含むことを特徴とする。
【００１９】
ここで、前記制御部は、前記バイアス電圧の大きさを少なくとも１回増加または減少させる。
【００２０】
また、前記制御部は、前記バイアス電圧の大きさを少なくとも１回増加の後減少させるか、減少の後増加させる。
【００２１】
また、前記電源供給部は、物理蒸着（ＰＶＤ）タイプ薄膜蒸着装置、または化学蒸着（ＣＶＤ）タイプ薄膜蒸着装置、またはＰＶＤ及びＣＶＤ混合方式タイプ薄膜蒸着装置の電源供給部である。
【００２２】
また、前記バイアス電圧は、直流バイアス電圧及びパルスタイプバイアス電圧のどちらかであり、前記バイアス電圧によって誘導及び蒸着される薄膜物質は一種類以上である。
【００２３】
ここで、前記制御部は、前記バイアス電圧を、分当り０．５Ｖ以上１０Ｖ以下に可変させることができる。
【００２４】
また、前記制御部は、前記バイアス電圧の最大値と最小値との差を、５０Ｖ以上に可変させることができる。
【００２５】
また、前記制御部は、前記バイアス電圧の最大値を、１００Ｖ 以上２５０Ｖ以下で制御する。
【００２６】
また、前記制御部は、前記バイアス電圧の最小値を、３０Ｖ以上８０Ｖ以下で制御する。
【００２７】
また、前記制御部は、前記バイアス電圧を低電圧から印加し始めて高電圧まで可変させるか、高電圧から印加し始めて低電圧まで可変させる。
【００２８】
また、前記制御部は、使用者が選択した電圧スロープのタイプによって、前記バイアス電圧を可変させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上のような本発明の薄膜蒸着方法及び装置によれば、半導体の製造又は各種の成形材料の表面に金属薄膜をコーティングする場合、バイアス電圧を連続的に可変させながら薄膜を蒸着させることにより、蒸着された薄膜における特性の向上を図ることができる利点がある。
【００３０】
また、薄膜蒸着時に、開始バイアス電圧を選択することが可能なため、同一の薄膜物質を利用しても、様々な用途に相応しい薄膜を蒸着させることができる利点がある。
【００３１】
また、バイアス電圧を連続可変させる構成を用いることで、その特性が格段に向上するように薄膜を蒸着することが可能となり、その結果、設備を単純化する効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来技術に係る薄膜蒸着装置及び方法による薄膜を説明するための例示図である。
【図２】本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法及びそれによる薄膜蒸着率の変化を説明するための例示図である。
【図３】本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法及びそれによって蒸着された薄膜を説明するための第１例示図である。
【図４】本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法及びそれによって蒸着された薄膜を説明するための第２例示図である。
【図５】本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法及びそれによって蒸着された薄膜を説明するための第３例示図である。
【図６】本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法を説明するためのブロック図である。
【図７】本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着装置を説明するための概略構成図である。
【図８】本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着装置の適用例を説明するための構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態を用い、電圧可変型薄膜蒸着装置及び方法について詳細に説明する。
【００３４】
ただ、以下で説明するバイアス電圧は、直流ＤＣバイアス電圧及びユニポーラーパルス(Unipolar Pulse)タイプバイアス電圧を共に含んでいるが、以下では直流バイアス電圧を可変させる一例を説明する。
【００３５】
すなわち、直流バイアス電圧の場合には、電圧の大きさを可変させるか、もしくはユニポーラパルスタイプバイアス電圧の場合には、所定デューティー比(duty ratio)を有する電圧の大きさを可変させることによって、蒸着特性を向上させる。しかしながら、前記電圧の大きさとデューティー比を有する電圧の大きさは実質的に同一、または同様に作用するように調整されているため、以下に直流バイアス電圧の大きさを可変させた一例を説明する。
【００３６】
特に、前記ユニポーラパルスタイプバイアス電圧の場合、所定周期でオン、オフを繰り返してバイアス電圧が印加されるため、純粋にエネルギー量の点からすると、ユニポーラパルスタイプバイアス電圧は、直流バイアスよりさらに長い時間電圧を印加されなければならない。しかしながら、パルスは、一般には秒当たり数百から数千回（１０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ）の間、オン状態が急速に繰り返しながら発生するため、その間のオフ状態は動作中の薄膜物質の蒸着速度にほとんど影響を及ぼさず、バイアス電圧の印加時間も増加させない。
【００３７】
例えば、デューティー比が５０：５０であるユニポーラパルスタイプバイアスの場合では、薄膜蒸着のために直流バイアスより２倍の時間印加する必要はなく、前記直流バイアスと同一の時間印加すれば良い。
【００３８】
図２は、本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法及びその薄膜蒸着率の変化を説明するための例示図である。
【００３９】
図２に示すように、本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法では、バイアス電圧(Bias Voltage)が連続的に変化し、それが蒸発、スパッタ、あるいはイオン化された各種薄膜物質(‘ターゲット' または ‘蒸発源’という)を基板及び各種成形材料などの対象に誘導することで、薄膜が蒸着されている時間またはそのうちの一定期間、薄膜物質が目的物に蒸着される。
【００４０】
例えば、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の割合が５：５であるイオン化された薄膜物質と、反応ガスとして窒素（Ｎ）ガスが供給されるアークソースを利用して、各種の成形材料に薄膜をコーティングする場合、バイアス電圧を設定された時間中に連続的に可変させることによって、真空チャンバ内に存在する前記イオン状態のチタン及びアルミニウムが成形材料に蒸着される蒸着率２１ｂ、２１ｃも可変する。
【００４１】
すなわち、真空チャンバ内に約５：５の割合で存在するチタンとアルミニウムイオンは、成形材料上に約５：５の割合で蒸着することが予想される。しかしながら、電圧スロープ (Vslope、２１ａ)のように、バイアス電圧を高めて高電圧が印加されると、相対的にサイズが小さなアルミニウム粒子がチタン粒子よりさらに速い速度で成形材料と衝突して蒸着が起きる。その後、アルミニウム粒子とチタン粒子とが連続して成形材料と衝突して蒸着が起きる。この際、蒸着したアルミニウム粒子は、チタン粒子と比較すると、より多数が放出されているため(以下、‘リスパッタリング' とする)、バイアス電圧値の大きさによってわずかに違いはあるが、アルミニウムの蒸着率２１ｂとチタンの蒸着率２１ｃは約４：６程度になる。
【００４２】
反対に、バイアス電圧を低めて低電圧が印加されれば、各粒子の衝突速度が減少し、蒸着されたアルミニウム粒子のリスパッタリングが減少するため、アルミニウムの蒸着率２１ｂが約４０％から５０％に増加すると共に、チタンの蒸着率２１ｃは約６０％から５０％に減少し、両者は約５：５の割合になる。
【００４３】
したがって、所定時間中、連続してバイアス電圧を高電圧から低電圧あるいは低電圧から高電圧に連続的に可変させれば、前述したような変化が連続的に発生し、アルミニウムとチタンの両方の利点を備えた混合薄膜をコーティングすることができる。また、バイアス電圧の変化をゆっくり連続的に変化させることによって、薄膜に分層が発生せず、すなわち層間に分離した部分が発生しなくなり、さらに薄膜特性を向上させることができる。
【００４４】
この時、薄膜物質の蒸着の割合をゆっくり変化させるように、前記バイアス電圧は分当り(Ｖ／ｍｉｎ)０．５Ｖ以上１０Ｖ以下の範囲で可変させるのが望ましい。これは、実験結果を基にすると、高電圧から低電圧あるいは低電圧から高電圧にバイアス電圧値変化が分当り１０Ｖを超過する場合に薄膜の応力が高くなり、６μｍ以上の厚さの膜にコーティングするのが難しくなり、切削条件によっては、その特性が相異である不安定な状態を有するからである。また、バイアス電圧値変化が分当り０．５Ｖ未満の場合には、約３μｍの薄膜ではその特性を向上させにくく、薄膜が６μｍ以上の厚みを有する場合に、耐熱性、耐衝撃性、及び耐磨耗性などの特性を向上できるからである。
【００４５】
また、バイアス電圧が高電圧から低電圧あるいは低電圧から高電圧に可変する場合、その最大値（Ｖｍａｘ）と最小値（Ｖｍｉｎ）が５０Ｖ以上の差があることが望ましい。これは最大値と最小値に５０Ｖ以上差がない場合、薄膜厚さを１０μｍ以上まで蒸着させることは可能であるが、単に耐摩耗特性だけがその厚さに比例して向上するだけで、それ以外の特性を向上させることができないからである。
【００４６】
また、前記バイアス電圧の最大値は、１００Ｖ以上２５０Ｖ以下であることが望ましい。これは最大値が２５０Ｖを超過する場合には、剥離現象が発生し、成形材料の各角部分に深刻な電界集中現象が発生して、全体的に薄膜の特性が低下するからである。反対に、１００Ｖ未満の場合には、靭性が低下する。バイアス電圧は、たとえ１００Ｖの最大値から可変(すなわち、低電圧に減少)させても、薄膜特性を向上させることはできないからである。
【００４７】
また、バイアス電圧の最小値は、３０Ｖないし８０Ｖであるのが望ましい。これは、最小値が８０Ｖを超過する場合には靭性が低下するからであり、反対に３０Ｖ未満の場合には耐磨耗性が低下するからである。さらに、薄膜の用途により、バイアス電圧を低電圧から印加し始めて、所定時間中に高電圧に連続的に可変させたり、または高電圧から印加し始めて、所定時間中に低電圧に連続的に可変させることができる。前述したように、この時バイアス電圧は、分当り（Ｖ/ｍｉｎ）０．５Ｖ以上１０Ｖ以下の範囲で可変させ、その最大値と最小値は５０Ｖ以上の差があるようにし、最大値は１００Ｖ以上２５０Ｖ以下にし、最小値は３０V以上８０Ｖ以下にすることが望ましい。
【００４８】
これは、高電圧のバイアスが印加された場合には、密度が高い構造を有する｛１１１｝面に薄膜が優先的に成長し、その硬度及び耐磨耗性を増加できるからであり、反対に、低電圧のバイアスが印加された場合には、密度が低い構造を有する｛２００｝面に薄膜が優先的に成長し、薄膜の耐靭性を増加できるからである。
【００４９】
したがって、インサートなどのように高い耐磨耗性が要求される製品に対しては、高電圧から始めるのが望ましく、エンドミルなどのように高い耐靭性及び耐衝撃性が要求される製品に対しては、低電圧から始めるのが望ましい。
【００５０】
これに加えて、バイアス電圧を低電圧から高電圧に連続して可変したり、高電圧から低電圧に連続して可変させると、｛１１１｝面または｛２００｝面の中いずれか１方へ結晶粒が成長することが抑制され、薄膜が微粒化し、薄膜の硬度及び耐磨耗性は勿論、耐靭性に良好な特性を獲得できる。
【００５１】
上記特徴を、一例を挙げて以下に述べる。薄膜蒸着を１２０分間蒸着するのに、高圧から低圧への可変を選択した場合、最大値に１００Ｖ以上２５０Ｖ以下の範囲から１００Ｖの高圧を選択し、最小値に３０Ｖ以上８０Ｖの範囲から５０Ｖの低圧を選択し、最大値と最小値の差を５０Ｖにして、分当り２．５Ｖで減少するように変化させれば、バイアス電圧の増加及び減少を３周期の間繰り返すことができる。
【００５２】
すなわち、最大値である１００Ｖの高圧から始めて分当り２．５Ｖで減少し始めれば、２０分後に最小値である５０Ｖの低電圧に到逹する。続いて、バイアス電圧が前記最小値である５０Ｖの低電圧から分当り２．５Ｖで増加し始めれば、２０分後に最大値である１００Ｖの高電圧に到逹し、このような周期が１２０分間（４０分×３Ｔ）行われる。
【００５３】
上記のような、所定時間中に連続的に変化する、様々なタイプのバイアス電圧を以下に述べる。
【００５４】
図３は、本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法及びそれによって蒸着された薄膜を説明するための第１例示図であり、図４は本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法及びそれによって蒸着された薄膜を説明するための第２例示図であり、図５は本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法及びそれによって蒸着された薄膜を説明するための第３例示図である。
【００５５】
先ず、本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法は、図３(a)の電圧スロープ１（Ｖｓｌｏｐｅ＿１、２２ａ）及び電圧スロープ２（Ｖｓｌｏｐｅ＿２、２２ｂ）で示すように、薄膜に蒸着している時間またはそのうちの一定期間、反復的及び連続的にバイアス電圧を増減(高電圧->低電圧->高電圧->低電圧)させる。
【００５６】
したがって、図３（ｂ）に示すように、蒸着された薄膜２２ｃは、分層構造を形成することなしに、拡散構造として形成され、薄膜２２ｃの層間分離を防止すると共に、耐靭性、耐磨耗性、及び耐衝撃性などの多様な特性を実現することが可能になる。
【００５７】
この時、バイアス電圧は、分当り（Ｖ/ｍｉｎ）０．５Ｖ以上１０Ｖ以下に可変し、その最大値と最小値を５０Ｖ以上の差とし、最大値は１００Ｖ以上２５０Ｖ以下にし、最小値は３０Ｖ以上８０Ｖ以下にすることが望ましいことは上で既に説明した。
【００５８】
また、薄膜硬度及び耐磨耗性を向上させながら、バイアス電圧を所定時間中に連続的に可変する場合には、電圧スロープ１（２２ａ）のように高電圧から始めて低電圧に可変するのが望ましい。また、成形材料と薄膜２２ｃの界面密着力を改善しながら、薄膜２２ｃの耐靭性を増加させる場合には、電圧スロープ２（２２ｂ）のように低電圧から始めて高電圧に可変するのが望ましい。
【００５９】
そして、図４（a）の電圧スロープ３（Ｖｓｌｏｐｅ＿３、２３ａ）及び電圧スロープ４（Ｖｓｌｏｐｅ＿４、２３ｂ）に示すように、本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法は、薄膜を蒸着している時間またはそのうちの一定期間、反復的及び連続的にバイアス電圧を減少(高電圧->低電圧、高電圧->低電圧) 、または増加(低電圧->高電圧、低電圧->高電圧)させる。
【００６０】
したがって、図４（ｂ）に示すように、蒸着された薄膜は、各層ごとに拡散構造として形成され、耐靭性、耐磨耗性及び耐衝撃性など多様な特性を同時に実現可能とする。しかし、薄膜２３ｃの層間分離の特性は、図３の薄膜と比較して、劣化しているという不利な点があるかもしれない。
【００６１】
この時、バイアス電圧は分当り０．５Ｖ以上１０Ｖ以下に可変し、その最大値と最小値が５０Ｖ以上の差があるようにし、最大値は１００Ｖ以上２５０Ｖ以下にし、最小値は３０Ｖ以上８０Ｖ以下にするのが望ましい。また、薄膜２３ｃの用途によっては、電圧スロープ３（２３ａ）のように、高電圧から始めて低電圧に可変されるようにするか、又は電圧スロープ４（２３ｂ）のように、低電圧から始めて高電圧に可変するのが望ましい。
【００６２】
また、図５（ａ）の電圧スロープ５（Ｖｓｌｏｐｅ＿５、２４ａ）及び電圧スロープ６（Ｖｓｌｏｐｅ＿６、２４ｂ）に示すように、本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法は、示された薄膜を蒸着する時間またはそのうちの一定期間、連続的及び反復的にバイアス電圧を減少及び維持(高電圧->低電圧->低電圧)したり、増加及び維持(低電圧->高電圧->高電圧)したりする。
【００６３】
したがって、図５（ｂ）に示すように、蒸着された薄膜は、分層構造を形成せずに、拡散構造として形成され、薄膜２４ｃの層間分離を防止できると共に、耐靭性、耐磨耗性、及び耐衝撃性など多様な特性を実現することができる。特に、電圧スロープ５（２４ａ）及び電圧スロープ６（２４ｂ）のように、その電圧をよりゆっくり増加あるいは減少させることにより、さらに薄膜用途適合性を向上させることができる。
【００６４】
この時、バイアス電圧は分当り０．５Ｖ以上１０Ｖ以下に可変し、その最大値と最小値の差を５０Ｖ以上にし、最大値は１００Ｖ以上２５０Ｖ以下にして、最小値は３０Ｖ以上８０Ｖ以下にすることが望ましい。薄膜２４ｃの用途によっては、電圧スロープ５（２４ａ）のように、高電圧から始めて低電圧に可変するか、電圧スロープ ６（２４ｂ）のように、低電圧から始めて高電圧に可変するのが望ましい。
【００６５】
以下、本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法による薄膜蒸着の過程に対して説明する。
【００６６】
図６は本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法を説明するためのブロック図である。
【００６７】
図６に示されるように、本発明に係る薄膜蒸着を実行するには、先ず既存に設定されていたバイアス電圧の最大値、最小値、及びその変化量などの環境を当該薄膜蒸着にそのまま使用するかの判別（Ｓ３１）をして、仮に使用者によって既設定された環境を使うことが選択されれば、前記既設定された環境によって薄膜蒸着を開始（Ｓ３５）する。
【００６８】
一方、新しい環境を設定して薄膜蒸着をする場合には、使用者のキー入力によって、バイアス電圧の最大値、最小値、及びその変化量などの環境がそれぞれ設定（Ｓ３２ａ、Ｓ３２ｂ、Ｓ３２ｃ）される。
【００６９】
環境が設定（Ｓ３２ａ、Ｓ３２ｂ、Ｓ３２ｃ）されれば、薄膜の用途によって開始電圧を選択（Ｓ３３）する。すなわち、低電圧から始めて高電圧に可変させるか、あるいは高電圧から始めて低電圧に可変させるのかを選択（Ｓ３３）をする。
【００７０】
開始電圧が選択（Ｓ３３）されれば、電圧スロープを選択（Ｓ３４）する。例えば、図３から図５で説明したような、多様な電圧スロープ（２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ）の中のいずれか一つを選択する。しかしながら、電圧スロープは、上で例示したこと以外に、バイアス電圧が連続的に可変される多様な形態も設定及び選択が可能なことは、当業者水準で自明である。
【００７１】
電圧スロープが選択（Ｓ３４）されれば、薄膜蒸着を開始（Ｓ３５）し、続いて蒸着が完了したのかを判別する。仮に蒸着が完了していたら作業は終了する。もしくは蒸着が完了していなかったら、前述したようなルーチン(routine)が繰り返される。
【００７２】
このように、使用者の選択によってバイアス電圧の印加を設定するため、薄膜の層間分離を防止できると共に、耐靭性、耐磨耗性、及び耐衝撃性など多様な特性を実現することが出来、その用途に相応しい薄膜を製造することを可能とする。
【００７３】
以下に、本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着装置を添付された図面を参照し、詳細に説明する。
【００７４】
図７は、本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着装置を説明するための概略構成図である。
【００７５】
先ず、図７に示すように、本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着装置は、前述したような、バイアス電圧環境設定及び薄膜の蒸着開始などのような使用者命令を入力するための使用者キー入力部４５と、前記設定されたバイアス電圧などのような情報データを貯蔵するメモリー４２と、 前記キー入力部４５を通じて入力される環境設定値、既設定された環境設定値及び薄膜蒸着進行度などを表示するディスプレイ４４と、設定された環境値によって物理蒸着（ＰＶＤ）タイプ薄膜蒸着装置、化学蒸着（ＣＶＤ）タイプ薄膜蒸着装置及びＰＶＤ/ＣＶＤ混合タイプ薄膜蒸着装置にバイアス電圧を印加する電源供給部４１と、前記キー入力部４５を通じて入力された環境設定値をメモリー４２に書き込んだり、メモリー４２から読み込みできるようにデータを処理すると共に、設定された環境設定値によって電源供給部４１の出力を制御する制御部４３とから構成される。
【００７６】
したがって、使用者の設定によって、所定時間連続してバイアス電圧を可変させ、薄膜を蒸着させることができる。
【００７７】
本発明に係る上記電圧可変型薄膜蒸着装置の適用例を以下に述べる。ＰＶＤ、ＣＶＤ、及びＰＶＤ/ＣＶＤ混合タイプ等の多様な薄膜蒸着装置の中から、以下にアークソースを利用したイオンプレーティング装置を例に挙げて説明する。
【００７８】
図８は、本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着装置の適用例を説明するための構成図である。
【００７９】
図８に示されるように、アークソースを利用したイオンプレーティング装置は、反応ガスを流入させることができる反応ガス流入口５３及び内部を真空状態にして前記反応ガスを流出させることができる反応ガス流出口５４が形成された真空チャンバ５０と、前記真空チャンバ５０内の一側に一つまたは複数個装着され、アーク蒸発源(あるいは、薄膜物質)である陰極５２をアーク放電によって溶融及び蒸発させるアーク発生源５１と、イオンメッキさせようとする基板(あるいは、成形材料)５６などを支持し、加速電子によってイオン化される前記蒸発された微細粒子を引き寄せるようにバイアス電圧が印加される基板ホルダー５５などから構成される。
【００８０】
また、アークソースを利用するイオンプレーティング装置は、必要によっては前記アーク放電を利用して基板５６に薄膜を蒸着させる以前に、前記基板５６の表面をイオン洗浄して薄膜の密着力及び均一度を高めるように、それぞれ陰（−）電位と陽（＋）電位がかかるＨＣＤ(Hollow Cathode Discharge) ガン５７ａ及びハース(hearth)５７ｂに加え、アーク発生源５１と基板５６の間に補助両極(図示せず)をさらに含んでいる。
【００８１】
一方、以上のようなイオンプレーティング装置において、アーク蒸発源としてチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）を用い、真空チャンバ５０内部の初期真空圧を５×１０−５Ｔｏｒｒに設定し、真空チャンバ５０内部のヒーターを利用して５００℃まで加熱した後、基板５６と薄膜の密着力を向上させるためにイオン化グロー放電(Ion Enhanced Glow Discharge) 洗浄を実施した。
【００８２】
その後、アーク電流の１００Ａが維持されるように窒素（Ｎ）ガスを流入し、真空度２５ｍＴｏｒｒを維持しながら薄膜蒸着を始める。
【００８３】
ここで、真空チャンバ５０内に存在する割合５：５のチタン及びアルミニウム微細粒子を引き寄せるため、イオンメッキする基板５６を支持する基板ホルダー５５には電圧供給部４１からバイアス電圧が印加される。このようなバイアス電圧は、使用者により選択された所定時間は連続して可変される。しかし、望ましくは、バイアス電圧は、分当り（Ｖ／ｍｉｎ）０．５Ｖ以上１０Ｖ以下に可変し、その最大値と最小値の差は５０Ｖ以上とし、最大値は１００Ｖ以上２５０Ｖ以下にし、最小値は３０Ｖ以上８０Ｖ以下にして、高電圧から始めて低電圧に可変されるようにするか、もしくは低電圧から始めて高電圧に可変するように選択されるのがよい。
【００８４】
すなわち、前例を挙げて説明したように、１２０分間薄膜蒸着する工程の場合、先ず高圧から低圧への可変を選択し、最大値で１００Ｖの高圧を選択し、最小値で５０Ｖの低圧を選択し、分当り２．５Ｖで連続して可変されるようにすれば、図３のようなバイアス電圧の増加及び減少を３周期繰り返すことができるようになる。
【００８５】
したがって、前述のように、蒸着された薄膜が、分層構造を形成することなしに、拡散構造として形成されると、薄膜の層間分離を防止することが可能になると共に、耐靭性、耐磨耗性、及び耐衝撃性など多様な特性を実現することができる。加えて、開始電圧の選択が可能なため、その用途に相応しい薄膜の蒸着が可能になる。
【００８６】
以上、本発明に係る電圧可変型薄膜蒸着方法及び装置に関して説明した。このような本発明の技術的構成は、本発明が属する技術分野の当業者であれば、本発明のその技術的思想や必須特徴を変更せずとも、他の具体的な形態で実施されることができることを理解するであろう。
【００８７】
特に、以上では各種の成形材料のコーティングのための薄膜蒸着を具体的な例を挙げて説明したが、本発明はそれに限定するものではなく、ゲート(gate)、ビットライン(bit line)、絶縁層(あるいは、スペーサー)、及びバイア(via)など薄膜蒸着工程が要求される半導体の製造時にも、前述した本発明が適用できることは当業者水準で自明である。
【００８８】
また、以上ではバイアス電圧として直流バイアス電圧及びユニポーラパルスタイプバイアス電圧のみを例示したが、前述した分当りの可変電圧値、最大値、最小値、及び最大値と最小値との差値などの数値限定を除けば、高周波(RF)を含む交流(AC)タイプバイアス電圧の周波数であっても、所定時間中に連続して増加あるいは減少させながら薄膜を蒸着させることができることは当業者水準で自明である。
【００８９】
従って、上述した実施形態は、すべての面で例示的なことであり限定的なことではないとして理解されなければならず、本発明の範囲は前述の詳細な説明よりむしろ後述する特許請求範囲によって開示され、特許請求範囲の意味及び範囲そしてその等価概念から導出されるすべての変更または変形された形態が、本発明の範囲に含まれることと解釈されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、半導体の製造及び各種の成形材料の表面コーティングに使われる電圧可変型薄膜蒸着方法及び装置に関し、特にバイアス電圧を連続的に可変させると共に、その用途によって開始バイアス電圧を選択して薄膜を蒸着させることによって、薄膜及び蒸着の特性を向上させることができ、設備を単純化することができる電圧可変型薄膜蒸着方法及び装置に関する。
【符号の説明】
【００９１】
１０・・多層薄膜，５０・・真空チャンバ，５１・・アーク発生源，５２・・陰極，５３・・反応ガス流入口，５４・・反応ガス流出口，５５・・基板ホルダー，５６・・基板，５７ａ・・ＨＣＤガン，５７ｂ・・ハース。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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