(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に被蒸着物を配置する準備工程と、所定圧力に調整した前記真空チャンバ内に配置した発熱体を通電加熱して所定の成膜温度に発熱させるとともに前記真空チャンバ内に原料ガスを導入して前記被蒸着物の表面に薄膜を形成する成膜工程と、前記真空チャンバから前記被蒸着物を取り出す取出工程とを少なくとも有する成膜サイクルを繰返し行う成膜装置の制御方法において、
前記原料ガスが、ＣとＨとを構成元素として含むガスであり、
前記発熱体が、炭化物となりうる金属を構成元素として含み、かつ、前記成膜サイクルの回数と前記成膜温度での抵抗値である成膜抵抗値との関係を示すプロファイルにおいて前記成膜抵抗値が最大となる標準極大点を有する特性を有し、
前記成膜工程において、前記発熱体を前記成膜温度にするために要する印加電圧の情報を含む予め作成された電圧プロファイルに従って前記発熱体に印加する電圧を制御し、
前記標準極大点となる前に繰り返される前記成膜サイクルでは印加電圧を上り勾配で変化させ、かつ、前記標準極大点となった後に繰り返される前記成膜サイクルでは印加電圧を下り勾配で変化させることを特徴とする成膜装置の制御方法。
【請求項２】
前記電圧プロファイルが、前記標準極大点に到達する前における前記成膜抵抗値と前記発熱体を前記成膜温度にするのに要する印加電圧との関係を示す第一電圧プロファイルと、前記標準極大点に到達した後における前記成膜抵抗値と前記発熱体を前記成膜温度にするのに要する印加電圧との関係を示す第二電圧プロファイルとを有し、
前記成膜工程において、
前記成膜サイクルを所定回数行う毎に前記成膜抵抗値を測定して該成膜抵抗値が最大となる実測極大点を検出し、
該実測極大点を検出する前においては、前記第一電圧プロファイルに従って、測定した前記成膜抵抗値に応じた電圧を前記発熱体に印加し、
前記実測極大点を検出した後においては、前記第二電圧プロファイルに従って、測定した前記成膜抵抗値に応じた電圧を前記発熱体に印加することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置の制御方法。
【請求項３】
前記成膜工程において、
前記成膜サイクルの回数をカウントし、
ｎ回目の前記成膜抵抗値と、前記成膜サイクルの回数と前記成膜抵抗値との関係を示す予め作成された抵抗値プロファイルから予測されるｎ回目の前記成膜抵抗値との差分を閾値と比較し、
前記差分が前記閾値よりも大きい場合、異常であると判断することを特徴とする請求項２に記載の成膜装置の制御方法。
【請求項４】
前記電圧プロファイルが、前記成膜サイクルの回数と前記発熱体を前記成膜温度にするのに要する印加電圧との関係を示すプロファイルであり、
前記成膜工程において、前記成膜サイクルの回数をカウントし、前記電圧プロファイルに従ってカウントした回数に応じた電圧を前記発熱体に印加することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置の制御方法。
【請求項５】
前記電圧プロファイルは、前記成膜サイクルの回数を区分した区画毎に印加する電圧が設定されていることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置の制御方法。
【請求項６】
前記成膜工程において、
前記成膜サイクルを所定回数行う毎に前記成膜抵抗値を測定して該成膜抵抗値が最大となる実測極大点を検出し、
該実測極大点を示す前記成膜サイクルの回数と、前記成膜サイクルの回数と前記成膜抵抗値との関係を示す予め作成された抵抗値プロファイルから求められる前記標準極大点を示す前記成膜サイクルの回数との差分が設定した閾値よりも大きいと判定したときは、前記電圧プロファイルの前記標準極大点を示す前記成膜サイクルの回数を、前記実測極大点を示す前記成膜サイクルの回数に補正することを特徴とする請求項４又は５に記載の成膜装置の制御方法。
【請求項７】
初回の成膜サイクルにおいて、前記発熱体として外周部が部分的に浸炭された部分浸炭発熱体を用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の成膜装置の制御方法。
【請求項８】
真空チャンバ内に被蒸着物を配置する準備工程と、所定圧力に調整した前記真空チャンバ内に配置した発熱体を通電加熱して所定の成膜温度に発熱させるとともに前記真空チャンバ内に原料ガスを導入して前記被蒸着物の表面に薄膜を形成する成膜工程と、前記真空チャンバから前記被蒸着物を取り出す取出工程とを少なくとも有する成膜サイクルを繰返し行う成膜装置の制御方法において、
前記原料ガスが、ＣとＨとを構成元素として含むガスであり、
前記発熱体として、初回の成膜サイクルにおいて、前記発熱体として予め完全に浸炭された炭化済発熱体を用い、
前記発熱体が、炭化物となりうる金属を構成元素として含み、かつ、前記成膜サイクルの回数が増えるに従って前記成膜温度での抵抗値である成膜抵抗値が小さくなる特性を有し、
前記成膜工程において、前記発熱体を前記成膜温度にするために要する印加電圧の情報を含む予め作成された電圧プロファイルに従って前記発熱体に印加する電圧を制御し、
繰り返される前記成膜サイクルでは印加電圧を下り勾配で変化させることを特徴とする成膜装置の制御方法。
【請求項９】
発熱体及び真空チャンバを備え、前記真空チャンバ内に被蒸着物を配置する準備工程と、所定圧力に調整した前記真空チャンバ内に配置した前記発熱体を通電加熱して所定の成膜温度に発熱させるとともに前記真空チャンバ内に原料ガスを導入して前記被蒸着物の表面に薄膜を形成する成膜工程と、前記真空チャンバから前記被蒸着物を取り出す取出工程とを少なくとも有する成膜サイクルを繰返し行う成膜装置において、
前記原料ガスが、ＣとＨとを構成元素として含むガスであり、
前記発熱体が、炭化物となりうる金属を構成元素として含み、かつ、前記成膜サイクルの回数と前記成膜温度での抵抗値である成膜抵抗値との関係を示すプロファイルにおいて前記成膜抵抗値が最大となる標準極大点を有する特性を有し、
前記成膜工程において、前記発熱体を前記成膜温度にするために要する印加電圧の情報を含む予め作成された電圧プロファイルに従って前記発熱体に印加する電圧を制御する制御部を更に備え、
該制御部は、前記標準極大点となる前に繰り返される前記成膜サイクルでは印加電圧を上り勾配で変化させ、かつ、前記標準極大点となった後に繰り返される前記成膜サイクルでは印加電圧を下り勾配で変化させることを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
成膜法の一つとして発熱体ＣＶＤ法が知られている。発熱体ＣＶＤ法は、Ｃａｔ−ＣＶＤ法又はホットワイヤーＣＶＤ法とも呼ばれ、発熱させた発熱体に原料ガスを接触させて分解し、生成した化学種を直接又は気相中で反応過程を経た後に、被蒸着物の表面上に薄膜として堆積させる方法である（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２０１２／０９１０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発熱体ＣＶＤ法を、例えばプラスチックボトルのコーティングなどの実製造ラインで利用可能とするためには、発熱体を繰返し使用することが求められる。しかし、発熱体を繰返し使用すると、発熱体の発熱温度を一定範囲に保つことが難しいという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、発熱体ＣＶＤ法で発熱体を繰返し使用したとき、各成膜サイクルにおいて発熱体の発熱温度を一定範囲に保つことができる成膜装置及びその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る成膜装置の制御方法は、真空チャンバ内に被蒸着物を配置する準備工程と、所定圧力に調整した前記真空チャンバ内に配置した発熱体を通電加熱して所定の成膜温度に発熱させるとともに前記真空チャンバ内に原料ガスを導入して前記被蒸着物の表面に薄膜を形成する成膜工程と、前記真空チャンバから前記被蒸着物を取り出す取出工程とを少なくとも有する成膜サイクルを繰返し行う成膜装置の制御方法において、前記原料ガスが、ＣとＨとを構成元素として含むガスであり、前記発熱体が、炭化物となりうる金属を構成元素として含み、かつ、前記成膜サイクルの回数と前記成膜温度での抵抗値である成膜抵抗値との関係を示すプロファイルにおいて前記成膜抵抗値が最大となる標準極大点を有する特性を有し、前記成膜工程において、前記発熱体を前記成膜温度にするために要する印加電圧の情報を含む予め作成された電圧プロファイルに従って前記発熱体に印加する電圧を制御し、前記標準極大点となる前に繰り返される前記成膜サイクルでは印加電圧を上り勾配で変化させ、かつ、前記標準極大点となった後に繰り返される前記成膜サイクルでは印加電圧を下り勾配で変化させることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る成膜装置の制御方法では、前記電圧プロファイルが、前記標準極大点に到達する前における前記成膜抵抗値と前記発熱体を前記成膜温度にするのに要する印加電圧との関係を示す第一電圧プロファイルと、前記標準極大点に到達した後における前記成膜抵抗値と前記発熱体を前記成膜温度にするのに要する印加電圧との関係を示す第二電圧プロファイルとを有し、前記成膜工程において、前記成膜サイクルを所定回数行う毎に前記成膜抵抗値を測定して該成膜抵抗値が最大となる実測極大点を検出し、該実測極大点を検出する前においては、前記第一電圧プロファイルに従って、測定した前記成膜抵抗値に応じた電圧を前記発熱体に印加し、前記実測極大点を検出した後においては、前記第二電圧プロファイルに従って、測定した前記成膜抵抗値に応じた電圧を前記発熱体に印加することが好ましい。
【０００８】
本発明に係る成膜装置の制御方法では、前記成膜工程において、前記成膜サイクルの回数をカウントし、ｎ回目の前記成膜抵抗値と、前記成膜サイクルの回数と前記成膜抵抗値との関係を示す予め作成された抵抗値プロファイルから予測されるｎ回目の前記成膜抵抗値との差分を閾値と比較し、前記差分が前記閾値よりも大きい場合、異常であると判断することが好ましい。
【０００９】
本発明に係る成膜装置の制御方法では、前記電圧プロファイルが、前記成膜サイクルの回数と前記発熱体を前記成膜温度にするのに要する印加電圧との関係を示すプロファイルであり、前記成膜工程において、前記成膜サイクルの回数をカウントし、前記電圧プロファイルに従ってカウントした回数に応じた電圧を前記発熱体に印加することが好ましい。
【００１０】
本発明に係る成膜装置の制御方法では、前記電圧プロファイルは、前記成膜サイクルの回数を区分した区画毎に印加する電圧が設定されていることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る成膜装置の制御方法では、前記成膜工程において、前記成膜サイクルを所定回数行う毎に前記成膜抵抗値を測定して該成膜抵抗値が最大となる実測極大点を検出し、該実測極大点を示す前記成膜サイクルの回数と、前記成膜サイクルの回数と前記成膜抵抗値との関係を示す予め作成された抵抗値プロファイルから求められる前記標準極大点を示す前記成膜サイクルの回数との差分が設定した閾値よりも大きいと判定したときは、前記電圧プロファイルの前記標準極大点を示す前記成膜サイクルの回数を、前記実測極大点を示す前記成膜サイクルの回数に補正することが好ましい。
【００１２】
本発明に係る成膜装置の制御方法では、初回の成膜サイクルにおいて、前記発熱体として外周部が部分的に浸炭された部分浸炭発熱体を用いることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る成膜装置の制御方法は、真空チャンバ内に被蒸着物を配置する準備工程と、所定圧力に調整した前記真空チャンバ内に配置した発熱体を通電加熱して所定の成膜温度に発熱させるとともに前記真空チャンバ内に原料ガスを導入して前記被蒸着物の表面に薄膜を形成する成膜工程と、前記真空チャンバから前記被蒸着物を取り出す取出工程とを少なくとも有する成膜サイクルを繰返し行う成膜装置の制御方法において、前記原料ガスが、ＣとＨとを構成元素として含むガスであり、前記発熱体として、初回の成膜サイクルにおいて、前記発熱体として予め完全に浸炭された炭化済発熱体を用い、前記発熱体が、炭化物となりうる金属を構成元素として含み、かつ、前記成膜サイクルの回数が増えるに従って前記成膜温度での抵抗値である成膜抵抗値が小さくなる特性を有し、前記成膜工程において、前記発熱体を前記成膜温度にするために要する印加電圧の情報を含む予め作成された電圧プロファイルに従って前記発熱体に印加する電圧を制御し、繰り返される前記成膜サイクルでは印加電圧を下り勾配で変化させることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る成膜装置は、発熱体及び真空チャンバを備え、真空チャンバ内に被蒸着物を配置する準備工程と、所定圧力に調整した前記真空チャンバ内に配置した前記発熱体を通電加熱して所定の成膜温度に発熱させるとともに前記真空チャンバ内に原料ガスを導入して前記被蒸着物の表面に薄膜を形成する成膜工程と、前記真空チャンバから前記被蒸着物を取り出す取出工程とを少なくとも有する成膜サイクルを繰返し行う成膜装置において、前記原料ガスが、ＣとＨとを構成元素として含むガスであり、前記発熱体が、炭化物となりうる金属を構成元素として含み、かつ、前記成膜サイクルの回数と前記成膜温度での抵抗値である成膜抵抗値との関係を示すプロファイルにおいて前記成膜抵抗値が最大となる標準極大点を有する特性を有し、前記成膜工程において、前記発熱体を前記成膜温度にするために要する印加電圧の情報を含む予め作成された電圧プロファイルに従って前記発熱体に印加する電圧を制御する制御部を更に備え、該制御部は、前記標準極大点となる前に繰り返される前記成膜サイクルでは印加電圧を上り勾配で変化させ、かつ、前記標準極大点となった後に繰り返される前記成膜サイクルでは印加電圧を下り勾配で変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、発熱体ＣＶＤ法で発熱体を繰返し使用したとき、各成膜サイクルにおいて発熱体の発熱温度を一定範囲に保つことができる成膜装置の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】成膜装置の一例を示す概略図である。
【図２】成膜サイクルの回数と成膜抵抗値との関係を示すプロファイルである。
【図３】図２の（ａ）〜（ｆ）点における発熱体の断面図である。
【図４】第一例の電圧プロファイルを示す概念図である。
【図５】実測極大値を検出するフローの一例である。
【図６】第二例の電圧プロファイルを示す概念図である。
【図７】第二例の電圧プロファイルの変形例を示す概念図である。
【図８】第二例の電圧プロファイルの補正の一例を説明するための概念図である。
【図９】第二例の電圧プロファイルの補正の別の例を説明するための概念図である。
【図１０】実験例１の実験結果を示す図である。
【図１１】実験例２の実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明について実施形態を示して詳細に説明するが本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。本発明の効果を奏する限り、実施形態は種々の変形をしてもよい。
【００１８】
図１は、成膜装置の一例を示す概略図である。成膜装置１は、例えば、被蒸着物７を収容する真空チャンバ６と、真空チャンバ６を真空引きする排気ポンプ（不図示）と、原料ガス供給管２３と、電極対１８と、発熱体１９と、を有する。
【００１９】
真空チャンバ６は、天面壁２と、天面壁２に対向する底面壁３と、天面壁２及び底面壁３を接続する側面壁４とを有する。真空チャンバ６の内部には、被蒸着物７を収容して、被蒸着物７の表面に薄膜を形成する反応室となる薄膜形成空間１２が設けられている。真空チャンバ６は、例えば下部チャンバ１３と下部チャンバ１３の上部に着脱自在に取り付けられて下部チャンバ１３の内部をＯリング１４を介して密封可能とする上部チャンバ１５とを有し、上部チャンバ１５を図示しない上下駆動機構で上下させて、被蒸着物７の搬入・搬出を行う。天面壁２には、真空バルブ８を介して排気管２１を取り付け、薄膜形成空間１２内の空気は、図示しない排気ポンプによって排気される。図１では、真空チャンバ６を、天面壁２が上方、底面壁３が下方となるよう配置した形態を示したが、配置はこれに限定されず、例えば天面壁２が下方、底面壁３が上方となるように配置してもよい。
【００２０】
被蒸着物７は、例えば、容器、シリンダのような筒状物、フィルム又はシートである。被蒸着物７は、図１に図示するようなボトル状容器であることが好ましい。ボトル状容器は、例えばプラスチックボトルである。
【００２１】
原料ガス供給管２３は、原料ガス流路１７と、原料ガス流路１７に通じる原料ガス噴出口１１（１１ｘ，１１ｙ）とを有し、薄膜形成空間１２内に配置される。
【００２２】
原料ガス供給管２３の一端は、ガス供給口１６に接続される。ガス供給口１６は、図１では一例として天面壁２に設けた形態を示したが、本発明はこれに限定されず、底面壁３又は側面壁４に設けてもよい（不図示）。原料ガスは、ボンベ２４ａ，２４ｂからガス流量調整器２５ａ，２５ｂ及びバルブ２６ａ〜２６ｃを介してガス供給口１６へ供給され、原料ガス流路１７を通って、原料ガス噴出口１１から噴出す。原料ガスには、必要に応じてキャリアガスを混合してもよい。キャリアガスは、例えば、アルゴン、ヘリウム、窒素などの不活性ガスである。図１では、一例としてボンベ２４ａ，２４ｂが２本である形態を示したが、本発明はこれに限定されない。
【００２３】
電極対１８は、２本の電極１８ａ，１８ｂで一組になっており、薄膜形成空間１２内に配置される。電極対１８は、例えば、電極棒（図１に図示）又はリード線（不図示）である。電極対１８には、ヒーター電源２２が電気的に接続される。
【００２４】
発熱体１９は、薄膜形成空間１２内に配置される。発熱体１９の形状は、特に限定されず、例えば、線状又は板状である。発熱体１９の断面形状は、特に限定されず、例えば円形状、楕円形状又は四角形状である。
【００２５】
発熱体１９の一方の端部は、電極対１８の一方の電極１８ａに接続される。また、発熱体１９の他方の端部は、電極対１８の他方の電極１８ｂに接続される。発熱体１９は、ヒーター電源２２によって発熱体１９に電気を流すことで発熱する。発熱体１９は、原料ガスとの接触機会を増やすために、例えば、コイルバネ形状、波線形状又はジグザグ線形状に加工した部分（不図示）を設けてもよい。
【００２６】
本実施形態では、成膜装置１は、温度センサを有さないことが好ましい。発熱体１９の温度管理には、一般的に温度センサが用いられる。温度センサとして放射温度計が用いられるが、焦点を合わせることが難しく、正確な温度の把握ができないのが現状である。本実施形態に係る成膜装置の制御方法では、温度センサを用いずとも、発熱体１９の温度管理をすることができる。
【００２７】
成膜装置１は、後述する成膜工程において、発熱体を成膜温度にするために要する印加電圧の情報を含む予め作成された電圧プロファイルに従って発熱体に印加する電圧を制御する制御部を更に備える。ヒーター電源２２が制御部としての役割を担うことが好ましい。
【００２８】
本実施形態に係る成膜装置１の制御方法は、図１に示すように真空チャンバ６内に被蒸着物７を配置する準備工程と、所定圧力に調整した真空チャンバ６内に配置した発熱体１９を通電加熱して所定の成膜温度に発熱させるとともに真空チャンバ６内に原料ガスを導入して被蒸着物７の表面に薄膜を形成する成膜工程と、真空チャンバ６から被蒸着物７を取り出す取出工程とを少なくとも有する成膜サイクルを繰返し行う成膜装置の制御方法において、原料ガスが、ＣとＨとを構成元素として含むガスであり、発熱体１９が、炭化物となりうる金属を構成元素として含み、かつ、成膜サイクルを繰り返すにつれて成膜温度での抵抗値である成膜抵抗値が変化する特性を有し、成膜工程において、発熱体１９を成膜温度にするために要する印加電圧の情報を含む予め作成された電圧プロファイルに従って発熱体１９に印加する電圧を制御する。
【００２９】
成膜サイクルとは、被蒸着物７を成膜装置１に設置してから、被蒸着物７の表面に薄膜を形成して被蒸着物７を取り出すまでの一連の作業をいい、少なくとも、準備工程と、成膜工程と、取出工程とを有する。
【００３０】
準備工程では、真空チャンバ６の上部チャンバ１５を上昇させて、下部チャンバ１３内に被蒸着物７を収容する。その後、上部チャンバ１５を降下させ、原料ガス供給管２３及び発熱体１９を真空チャンバ６内に配置し、真空チャンバ６を密閉する。
【００３１】
準備工程後成膜工程前に、排気工程を行うことが好ましい。排気工程では、ベント（不図示）を閉じ、排気ポンプ（不図示）を作動させ、真空バルブ８を開とすることで薄膜形成空間１２内の空気を排気して真空チャンバ６内を所定の圧力に調整する。
【００３２】
成膜工程では、発熱体１９を通電加熱して所定の成膜温度に発熱させるとともに真空チャンバ６内に原料ガスを導入する。原料ガスが発熱体１９に接触すると化学種３４が生成する。この化学種３４が被蒸着物７の表面（図１ではプラスチックボトルの内壁面）に到達することで、薄膜が堆積する。薄膜が所定の厚さに達したところで、原料ガスの供給及び発熱体１９の加熱を停止する。
【００３３】
成膜工程後、薄膜形成空間１２内を排気し、図示していないリークガスを導入して薄膜形成空間１２を大気圧にする。この後、上部チャンバ１５を上昇させて、ボトル状容器を取り出す。そして、新たな未処理の被蒸着物７を真空チャンバ６内に収容して、次回の成膜サイクルを行う。
【００３４】
原料ガスは、ＣとＨとを構成元素として含むガスである。原料ガスは、例えば、四塩化ケイ素、ヘキサメチルジシラン、ビニルトリメチルシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、ビニルシラン、ジエチルシラン、プロピルシラン、フェニルシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン若しくはメチルトリエトキシシランなどの有機シラン化合物、オクタメチルシクロテトラシロキサン、１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、テトラエトキシシラン若しくはヘキサメチルジシロキサンなどの有機シロキサン化合物、又は、ヘキサメチルシラザンなどの有機シラザン化合物が使用される。また、これらの材料以外にも、アミノシランなども用いられる。
【００３５】
原料ガスは、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサンなどのアルカン系ガス類、エチレン、プロピレン、ブチンなどのアルケン系ガス類、ブタジエン、ペンタジエンなどのアルカジエン系ガス類、アセチレン、メチルアセチレンなどのアルキン系ガス類、ベンゼン、トルエン、キシレン、インデン、ナフタレン、フェナントレンなどの芳香族炭化水素ガス類、シクロプロパン、シクロヘキサンなどのシクロアルカン系ガス類、シクロベンテン、シクロヘキセンなどのシクロアルケン系ガス類、メタノール、エタノールなどのアルコール系ガス類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系ガス類、フォルムアルデヒド、アセトアルデヒドなどのアルデヒド系ガス類であってもよい。
【００３６】
これらの原料ガスは単独で又は組合せて使用して、ガスバリア薄膜として、例えば、水素含有ＳｉＮｘ薄膜、水素含有ＤＬＣ薄膜、水素含有ＳｉＯｘ薄膜又は水素含有ＳｉＣｘＮｙ薄膜を成膜する。これらの原料ガスのうち、酸素又は窒素を構成元素に含まない有機シラン化合物が好ましく、構成元素において珪素より炭素の割合が高く、常温常圧で気体として扱えるという利用しやすさの観点では、ビニルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン又はテトラメチルシランが特に好ましい。
【００３７】
発熱体１９は、例えば、Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ及びＮｂの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の金属元素を含むことが好ましい。金属元素を含む材料は、純金属、合金、添加剤を含有させた金属若しくは合金又は金属間化合物である。合金又は金属間化合物を形成する金属は、前記した金属の中から二つ以上を組合せるか、又は前記した金属とその他の金属との組合せであってもよい。その他の金属は、例えば、クロムである。合金又は金属間化合物は、Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ及びＮｂの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の金属元素を合計で８０原子％以上含有することが好ましい。添加剤は、例えば、ジルコニア、イットリア、カルシア又はシリカなどの酸化物である。添加剤の添加量は、１質量％以下であることが好ましい。これらのうち、発熱体１９は、タンタル又は炭化タンタルであることがより好ましい。
【００３８】
発熱体１９は、成膜サイクルを繰り返すにつれて成膜温度での抵抗値である成膜抵抗値が変化する特性を有する。成膜温度は、成膜工程における発熱体１９の発熱温度の最大値である。成膜温度の範囲は、特に限定されないが、１６００℃以上２４００℃未満であることが好ましく、１８５０℃以上２３５０℃未満であることがより好ましく、２０００℃以上２２００℃以下であることがさらに好ましい。発熱体１９の成膜抵抗値が変化する理由は、成膜サイクルを繰り返すにつれて、原料ガス由来の炭素元素の影響で発熱体１９の表面から炭化が進行して、発熱体１９の組成が変化するためである。
【００３９】
図２は、成膜サイクルの回数と成膜抵抗値との関係を示すプロファイルである。図２は、初回の成膜サイクルで金属線を用いた場合のプロファイル１００である。図２に示すように（ａ）点から（ｄ）点までは成膜サイクルの回数が増えるに従って成膜抵抗値は大きくなる。（ｄ）点の時（成膜サイクルの回数がｎ０回の時）、成膜抵抗値は最大となる（以降、（ｄ）点を標準極大点ということもある。）。そして、（ｄ）点以降は成膜サイクルの回数が増えるに従って成膜抵抗値は小さくなる。
【００４０】
図３は、図２の（ａ）〜（ｆ）点における発熱体の断面図である。図２の（ａ）点では、発熱体９０は、図３（ａ）に示すように、金属相を有する第１層９１だけからなる。図２の（ｂ）点及び図２の（ｃ）点では、発熱体９０は、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、金属相を有する第１層９１と第１層９１の周囲を覆い、かつ、金属炭化物相を有する第２層９２とを有する。図２の（ｄ）点では、発熱体９０は、図３（ｄ）に示すように、金属炭化物相を有する第２層９２だけからなる。すなわち、発熱体９０が全体にわたって浸炭されている。図２の（ｅ）点及び図２の（ｆ）点では、発熱体９０は、図３（ｅ）及び図３（ｆ）に示すように、金属炭化物相を有する第２層９２だけからなる。図２の（ｄ）点及び図２の（ｅ）点では金属炭化物相はアモルファス状態であるが、図２の（ｆ）点では金属炭化物相は金属炭化物が結晶化している。
【００４１】
本実施形態に係る成膜装置の制御方法では、初回の成膜サイクルにおいて、発熱体として図３（ｂ）又は図３（ｃ）に示すように、外周部が部分的に浸炭された部分浸炭発熱体を用いることが好ましい。部分浸炭発熱体は、図３（ａ）に示す浸炭されていない発熱体又は完全に浸炭された炭化済発熱体よりも物理的強度が強い。このため、発熱体の取り扱いがより容易となる。また、成膜サイクルを繰り返しても、発熱体が酸化劣化によって変形しにくい。さらに、発熱体の触媒活性を保持することができ、ガスバリア性の高い薄膜を安定的に形成することができる。
【００４２】
本実施形態に係る成膜装置の制御方法では、初回の成膜サイクルにおいて、発熱体として図３（ｄ）、図３（ｅ）又は図３（ｆ）に示すように、予め完全に浸炭された炭化済発熱体を用いることが好ましい。炭化済発熱体は、成膜抵抗値の変化が標準極大点（図２の（ｄ）点）を越えた変化となり、印加電圧の制御がより容易となる。また、成膜サイクルを繰り返しても、発熱体が酸化劣化によって変形しにくい。
【００４３】
電圧プロファイルは、初回の成膜サイクルを行う前に予め作成しておく。例えば、成膜装置１において、成膜サイクルで発熱体として使用する部材と同種の部材及び成膜サイクルで使用する原料ガスと同種のガスを用いて、成膜サイクルと同じ作業を繰返し行い、発熱体を成膜温度にするために要する印加電圧などの各種情報を記録することで作成する。
【００４４】
本実施形態に係る成膜装置の制御方法は、例えば図４に示すように成膜抵抗値と発熱体を成膜温度にするのに要する印加電圧との関係を示す第一例の電圧プロファイル１１０を用いて制御する方法（第一実施形態）、又は図６に示すように成膜サイクルの回数と発熱体を成膜温度にするのに要する印加電圧との関係を示す第二例の電圧プロファイル１２０を用いて制御する方法（第二実施形態）がある。
【００４５】
まず、図２及び図４を参照して、第一実施形態に係る制御方法について説明する。第一実施形態に係る成膜装置の制御方法では、発熱体は、図２に示すように成膜サイクルの回数と成膜抵抗値との関係を示すプロファイル１００において成膜抵抗値が最大となる標準極大点（図２の（ｄ）点）を有する特性を有し、図４に示すように、第一例の電圧プロファイル１１０が、標準極大点（図２の（ｄ）点）に到達する前における成膜抵抗値と発熱体を成膜温度にするのに要する印加電圧との関係を示す第一電圧プロファイル１１１と、標準極大点（図２の（ｄ）点）に到達した後における成膜抵抗値と発熱体を成膜温度にするのに要する印加電圧との関係を示す第二電圧プロファイル１１２とを有し、成膜工程において、成膜サイクルを所定回数行う毎に成膜抵抗値を測定して成膜抵抗値が最大となる実測極大点を検出し、実測極大点を検出する前においては、第一電圧プロファイル１１１に従って、測定した成膜抵抗値に応じた電圧を発熱体に印加し、実測極大点を検出した後においては、第二電圧プロファイル１１２に従って、測定した成膜抵抗値に応じた電圧を発熱体に印加することが好ましい。
【００４６】
第一例の電圧プロファイル１１０は、図４に示すように、標準極大点（図２の（ｄ）点）に到達する前における成膜抵抗値と発熱体を成膜温度にするのに要する印加電圧との関係を示す第一電圧プロファイル１１１と、標準極大点（図２の（ｄ）点）に到達した後における成膜抵抗値と発熱体を成膜温度にするのに要する印加電圧との関係を示す第二電圧プロファイル１１２とを有する。本発明者等は、図３に示した通り、標準極大点（図２の（ｄ）点）前後では発熱体９０の組成が異なるため、例えば図２に示す（ｃ）点と（ｅ）点とは抵抗値が同じであるが、要する印加電圧が異なることを見出した。そこで、標準極大点（図２の（ｄ）点）前後で電圧プロファイル１１０（１１１，１１２）を切り替えることで、発熱体９０に適切な電圧を印加することができ、各成膜サイクルにおいて発熱体９０の発熱温度を一定範囲に保つことができる。標準極大点（図２の（ｄ）点）で印加する電圧は、第一電圧プロファイル１１１に従う。そして、標準極大点（図２の（ｄ）点）後は、第二電圧プロファイル１１２に従う。
【００４７】
第一実施形態では、成膜工程において、成膜サイクルを所定回数行う毎に成膜抵抗値を測定して成膜抵抗値が最大となる実測極大点を検出する。成膜抵抗値を測定する頻度は、特に限定されず、適宜設定する。成膜抵抗値は、例えば、毎回測定するか、所定回数毎に測定するか、又は実測極大点付近では測定頻度を多くするなど頻度を変えてもよい。
【００４８】
実測極大点の検出方法は、特に限定されないが、例えば、今回測定した成膜抵抗値と、前ｎ回に測定した成膜抵抗値の平均値とを比較して、その大小から実測極大点を検出する方法である。実測極大点は、例えば図５に示すようなフローで検出してもよい。図５のフローを用いて実測極大点を検出する方法を説明する。まず、任意の成膜サイクルにおいて成膜抵抗値を測定し（Ｓ１）、今回測定した成膜抵抗値と、前ｎ回に測定した成膜抵抗値の平均値とを比較する（Ｓ２）。Ｓ２において、今回測定した成膜抵抗値が、前ｎ回に測定した成膜抵抗値の平均値よりも大きいときは、ｌ値カウンターがｌ＋１（ｌの初期値は０である。）をカウントする（Ｓ５）。ｌと予め設定された基準値Ｌとを比較して（Ｓ６），ｌがＬよりも小さいときはＳ１に戻る。ｌがＬよりも大きいときは、ｍ値カウンター及びｌ値カウンターがリセットされて（ｌ＝０、ｍ＝０）Ｓ１に戻る（Ｓ７）。一方、Ｓ２において、今回測定した成膜抵抗値が、前ｎ回に測定した成膜抵抗値の平均値よりも小さいときは、ｍ値カウンターがｍ＋１（ｍの初期値は０である。）をカウントする（Ｓ３）。ｍと予め設定された基準値Ｍとを比較して（Ｓ４）、ｍがＭよりも小さいときはＳ１に戻る。このように、Ｓ４、Ｓ６及びＳ７からＳ１に戻るフローであるとき、実測極大値前であると判断されて、図４に示す第一電圧プロファイル１１１に従って、発熱体に印加する電圧が決定される。前記したフローを繰り返し、Ｓ４において、ｍがＭよりも大きくなったとき、実測極大値後であると判断されて、電圧プロファイル１１０が、第一電圧プロファイルから第二電圧プロファイル１１２に切り替えられる。図５のフローを用いることで、実測極大値前に成膜抵抗値の一時的に低下するなど成膜抵抗値のばらつきが生じたとしても、より正確に実測極大値を検出することができる。
【００４９】
第一実施形態に係る成膜装置の制御方法では、成膜工程において、成膜サイクルの回数をカウントし、ｎ回目の成膜抵抗値と、成膜サイクルの回数と成膜抵抗値との関係を示す予め作成された抵抗値プロファイルから予測されるｎ回目の成膜抵抗値との差分を閾値と比較し、差分が閾値よりも大きい場合、異常であると判断することが好ましい。抵抗値プロファイルは、例えば、図２に示すプロファイル１００である。差分が閾値よりも大きい場合に考えられる異常は、例えば、発熱体の断線、又は原料ガスの供給異常（発熱体が浸炭されていない又は発熱体の浸炭が急激である）である。
【００５０】
次に、図２及び図６を参照して、第二実施形態に係る制御方法について説明する。第二実施形態に係る成膜装置の制御方法では、発熱体は、図２に示すように成膜サイクルの回数と成膜抵抗値との関係を示すプロファイル１００において成膜抵抗値が最大となる標準極大点（図２の（ｄ）点）を有する特性を有し、図６に示すように第二例の電圧プロファイル１２０が、成膜サイクルの回数と発熱体を成膜温度にするのに要する印加電圧との関係を示すプロファイルであり、成膜工程において、成膜サイクルの回数をカウントし、第二例の電圧プロファイル１２０に従ってカウントした回数に応じた電圧を発熱体に印加することが好ましい。
【００５１】
第二例の電圧プロファイル１２０は、標準極大点（図２の（ｄ）点）を示す成膜サイクルの回数ｎ０回前であるとき、成膜サイクルの回数が増えるに従って印加電圧が大きくなり、ｎ０回の時、印加電圧が最大となる。そして、ｎ０回後ｎｘ回までは成膜サイクルの回数が増えるに従って印加電圧が小さくなるが、ｎｘ回後は成膜サイクルの回数が増えても印加電圧はほとんど変化しない。ｎｘ回前は、発熱体の金属炭化物相がアモルファス状態を有するが、ｎｘ回後は、発熱体の金属炭化物相が完全に結晶化しているものと推測される。
【００５２】
図７は、第二例の電圧プロファイルの変形例を示す概念図である。第二実施形態に係る成膜装置の制御方法では、電圧プロファイル１３０は、成膜サイクルの回数を区分した区画ｘ１，ｘ２，ｘ３毎に印加する電圧が設定されていることが好ましい。区画ｘ１，ｘ２，ｘ３は、初回の成膜サイクルから標準極大点（図２の（ｄ）点）を示す成膜サイクルの回数ｎ０回までの区画ｘ１と、ｎ０回から成膜サイクルの回数が増えても印加電圧はほとんど変化しないｎｘ回までの区画ｘ２と、ｎｘ回後の区画ｘ３とを有することが好ましい。電圧プロファイル１３０は、各区画ｘ１，ｘ２，ｘ３毎に異なるプロファイル１３１，１３２，１３３を有する。区画ｘ１で用いるプロファイル１３１は、例えば、成膜サイクルの回数と印加電圧とが傾きが正の比例関係にあるプロファイルである。区画ｘ２で用いるプロファイル１３２は、例えば、成膜サイクルの回数と印加電圧とが傾きが負の比例関係にあるプロファイルである。区画ｘ３で用いるプロファイル１３３は、例えば、印加電圧が一定のプロファイルである。このように、各区画ｘ１，ｘ２，ｘ３で用いるプロファイル１３１，１３２，１３３を直線化することで、印加電圧をより容易に制御することができる。
【００５３】
図８及び図９は、第二例の電圧プロファイルの補正の一例を説明するための概念図である。図８及び図９において、電圧プロファイル１２０を一点鎖線で、実測データ１２１，１２２を実線で示した。第二実施形態に係る成膜装置の制御方法では、成膜工程において、成膜サイクルを所定回数行う毎に成膜抵抗値を測定して成膜抵抗値が最大となる実測極大点を検出し、実測極大点を示す成膜サイクルの回数ｎ１又はｎ２と、成膜サイクルの回数と成膜抵抗値との関係を示す予め作成された抵抗値プロファイルから求められる標準極大点を示す成膜サイクルの回数ｎ０との差分が設定した閾値よりも大きいと判定したときは、電圧プロファイル１２０の標準極大点を示す成膜サイクルの回数ｎ０を、実測極大点を示す成膜サイクルの回数ｎ１又はｎ２に補正することが好ましい。
【００５４】
実測極大点の求め方は、第一実施形態に係る制御方法と同様である。図５に示すフローを用いて実測極大点を検出してもよい。抵抗値プロファイルは、例えば、図２に示すプロファイル１００である。
【００５５】
図８に示すように、実測極大点を示す成膜サイクルの回数ｎ１が標準極大点を示す成膜サイクルの回数ｎ０よりも小さい場合（プロファイルから予測される回数よりも早く実測極大点に到達した場合）、又は図９に示すように、実測極大点を示す成膜サイクルの回数ｎ２が標準極大点を示す成膜サイクルの回数ｎ０よりも大きい場合（プロファイルから予測される回数よりも遅く実測極大点に到達した場合）であっても、回数を補正することで、印加電圧をより精度よく制御することができる。その結果、各成膜サイクルにおいて発熱体の発熱温度を一定範囲に保つことができる。
【実施例】
【００５６】
次に、本発明の実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００５７】
（実験例１）
図１に示す成膜装置を用いて成膜サイクルを同一の発熱体を用いて一万回繰り返した。成膜サイクルは次のとおり行った。被蒸着物としてＰＥＴ製のプラスチックボトル（内容量５００ｍｌ）を真空チャンバ内に収容し、１．５Ｐａに減圧した。次いで、発熱体として金属タンタル線（φ０．５ｍｍ）に通電して２１００℃に発熱させるとともに、原料ガスとしてビニルシランを真空チャンバ内に導入し、プラスチックボトルの内表面に薄膜を堆積させた。薄膜の膜厚が１０〜３０ｎｍに達したところで発熱体の加熱及び原料ガスの供給を停止した。その後、薄膜形成空間内を排気し、リークガスを導入して薄膜形成空間を大気圧にして、プラスチックボトルを取り出し、新たな未処理のプラスチックボトルを真空チャンバ内に収容して、次回の成膜サイクルを行った。この一連の作業を一万回繰返した。図１０に、成膜サイクルの回数と発熱体を成膜温度にするのに要する印加電圧との関係を示す電圧プロファイル１２０、及び電圧プロファイル１２０を用いて作成した区画分けした電圧プロファイル１３０を示した。印加電圧の制御は、図１０に示す区画分けした電圧プロファイルの１３０を用いて制御した。成膜サイクル毎に、印加した電圧、成膜抵抗値及び成膜温度を記録した。
【００５８】
図１０は、実験例１の実験結果を示す図である。図１０では、印加電圧及び成膜抵抗値を、初回の成膜サイクルでの印加電圧及び成膜抵抗値でそれぞれ割って正規化して示した。図１０に示すとおり、各成膜サイクルにおいて発熱体の発熱温度を一定範囲に保つことができた。
【００５９】
（実験例２）
実験例１の各成膜サイクルにおいて、プラスチックボトルのバリア性改良率（Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ  Ｆａｃｔｏｒ，以降、ＢＩＦという。）を測定した。まず、各成膜サイクルで得られたプラスチックボトルについて酸素透過度を測定した。酸素透過度は、酸素透過度測定装置（型式：Ｏｘｔｒａｎ  ２／２０、Ｍｏｄｅｒｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ社製）を用いて、２３℃、９０％ＲＨの条件にて測定し、測定開始から２４時間コンディションし、測定開始から７２時間経過後の値とした。ＢＩＦは、数１において、未成膜ボトルの酸素透過度の値を薄膜未形成のプラスチック成形体の酸素透過度とし、各成膜プロセスで得られたプラスチックボトルの酸素透過度の値をガスバリア性プラスチック成形体の酸素透過度として算出した。
（数１）ＢＩＦ＝［薄膜未形成のプラスチック成形体の酸素透過度］／［ガスバリア性プラスチック成形体の酸素透過度］
【００６０】
図１１は、実験例２の実験結果を示す図である。図１１に示すとおり、各成膜サイクルにおいて得られたプラスチックボトルのガスバリア性を一定範囲に保つことが確認できた。
【符号の説明】
【００６１】
１  成膜装置
２  天面壁
３  底面壁
４  側面壁
６  真空チャンバ
７  被蒸着物
８  真空バルブ
１１（１１ｘ，１１ｙ）  原料ガス噴出口
１２  薄膜形成空間
１３  下部チャンバ
１４  Ｏリング
１５  上部チャンバ
１６  ガス供給口
１７  原料ガス流路
１８  電極対
１８ａ，１８ｂ  電極
１９  発熱体
２１  排気管
２２  ヒーター電源
２３  原料ガス供給管
２４ａ，２４ｂ  ボンベ
２５ａ，２５ｂ  ガス流量調整器
２６ａ〜２６ｃ  バルブ
９０  発熱体
９１  第１層
９２  第２層
１００  抵抗値プロファイル
１１０  第一例の電圧プロファイル
１１１  第一電圧プロファイル
１１２  第二電圧プロファイル
１２０  第二例の電圧プロファイル
１２１，１２２  実測データ
１３０  電圧プロファイル
１３１，１３２，１３３  プロファイル
【図１】
0006575020.tif 000002
【図２】
0006575020.tif 000003
【図３】
0006575020.tif 000004
【図４】
0006575020.tif 000005
【図５】
0006575020.tif 000006
【図６】
0006575020.tif 000007
【図７】
0006575020.tif 000008
【図８】
0006575020.tif 000009
【図９】
0006575020.tif 000010
【図１０】
0006575020.tif 000011
【図１１】
0006575020.tif 000012