(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内を所定のガス圧力とし、少なくとも所定の高周波電力を前記真空チャンバ内に供給して前記真空チャンバ内に配置された基板にイオンプレーティングにより成膜する成膜方法であって、
前記基板への成膜を第一のガス圧力下で第一の高周波電力を供給してする主工程と、該主工程に先駆けて所定のガス圧力下で所定の高周波電力を供給してプラズマ放電を生成させる予備工程とを含んでなり、
前記予備工程において、その開始時のガス圧力を前記第一のガス圧力より大きくし、その開始時の高周波電力を前記第一の高周波電力以上とし、
前記主工程の開始時までに、ガス圧力を前記第一のガス圧力にまで減少させ、高周波電力を前記第一の高周波電力に調整することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記予備工程において、前記ガス圧力の減少を開始した後に、前記高周波電力の調整を開始することを特徴とする、請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記予備工程において、ガス圧力を前記第一のガス圧力にまで減少させた後に、前記高周波電力の調整を開始することを特徴とする、請求項２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記成膜方法が真空チャンバ内にさらに直流電力を供給してするものであり、
前記主工程における直流電力を第一の直流電力として供給し、
前記直流電力を予備工程より供給するとともに、前記主工程の開始時までに前記第一の直流電力にまで増加させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項５】
前記予備工程における直流電力の供給を、前記高周波電力を第一の高周波電力に調整した後に開始することを特徴とする、請求項４に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオンプレーティングに基づく成膜方法、真空成膜装置の制御装置、及び真空成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオンプレーティングに基づく真空成膜装置にあっては、真空チャンバ内を所定のガス圧力としつつ高周波電力を供給し、真空チャンバ内にプラズマ放電を生成することにより、真空チャンバ内に配置された基板に成膜できるようにされている。
【０００３】
そして、かかるイオンプレーティングにより成膜を行う場合、成膜時のガス圧力や電力の大きさは、成膜条件に従って一定のガス圧値や電力値を取るように制御される。即ち、膜の原料や基板の種類等に応じて、目標とする膜に形成できるように所望のプラズマを生成するべく、ガス圧力及び電力が制御されるようにされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかるイオンプレーティングに基づく真空成膜を行うにあたり、比較的にガス圧力を低くして成膜したい場合がある。
【０００５】
即ち、成膜の対象となる基板が樹脂製等である場合に、基板に対する熱的影響を低減したいことがあり、ガス圧力をより低圧として成膜することが望まれる。
【０００６】
また、低圧で成膜したほうが、蒸発源から飛び出た蒸発粒子が基板に到達するまでにガス分子に衝突する確率が低くなり、高圧で成膜する場合に比べてより高エネルギーの状態で基板に入射させることができる。これにより、成膜された膜の密度を高くすることができ、膜の光に対する屈折率を高めること等ができる。
【０００７】
しかし、ガス圧力を低くした状態で成膜しようとすると、プラズマ放電を安定して生成させることが難しく、プラズマ放電を発生させ得ないか、一旦発生させたプラズマ放電の不安定を招き消滅させてしまう場合もある。
【０００８】
そこで、本発明は、イオンプレーティングにより成膜するにあたり、プラズマ放電を安定して維持させるように成膜条件の制御を行うことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、真空チャンバ内を所定のガス圧力とし、少なくとも所定の高周波電力を前記真空チャンバ内に供給して前記真空チャンバ内に配置された基板にイオンプレーティングにより成膜する成膜方法であって、前記基板への成膜を第一のガス圧力下で第一の高周波電力を供給してする主工程と、該主工程に先駆けて所定のガス圧力下で所定の高周波電力を供給してプラズマ放電を生成させる予備工程とを含んでなり、
前記予備工程において、その開始時のガス圧力を前記第一のガス圧力より大きくし、その開始時の高周波電力を前記第一の高周波電力以上とし、
前記主工程の開始時までに、ガス圧力を前記第一のガス圧力にまで減少させ、高周波電力を前記第一の高周波電力に調整することを特徴としている（請求項１）。
【００１０】
この成膜方法によると、実際に基板に成膜を行う主工程に先駆けて前記予備工程を実行し、該予備工程よりプラズマ放電を生成させてプラズマ放電を安定させた後に前記主工程を実行する。従って、前記主工程における成膜条件である第一のガス圧力及び第一の高周波電力下ではプラズマ放電を開始させることが容易でない場合でも、前記予備工程により予めプラズマ放電が安定して生成されているので、主工程における成膜条件下でプラズマ放電を安定して維持することができる。
【００１１】
そして、前記予備工程において、前記ガス圧力の減少を開始した後に、前記高周波電力の調整を開始することができる（請求項２）。これにより、高周波電力を調整する前にガス圧力を変化させるので、真空チャンバ側に高周波電力を供給するにあたり、その動作をより安定させ易くプラズマ放電をより安定させ易い。
【００１２】
そして、前記ガス圧力の減少を開始した後に前記高周波電力の調整を開始するにあたり（請求項２）、ガス圧力を前記第一のガス圧力にまで減少させた後に前記高周波電力の調整を開始することができる（請求項３）。これにより、ガス圧力を第一のガス圧力とした後に高周波電力を調整するので、高周波電力を調整しつつ供給してプラズマ放電を維持するにあたり、該プラズマ放電をより安定させ易い。
【００１３】
そして、以上の成膜方法について（請求項１乃至３）、真空チャンバ内にさらに直流電力を供給して行うことができ、
前記主工程における直流電力を第一の直流電力として供給し、
前記直流電力を予備工程より供給するとともに、前記主工程の開始時までに前記第一の直流電力にまで増加させることができる（請求項４）。
【００１４】
これにより、前記直流電力も供給して成膜するにあたり、成膜上所要の第一の直流電力とされる主工程に先駆けて予備工程より直流電力を供給するので、主工程における直流電力の供給に伴うプラズマ放電の不安定を招くことがない。
【００１５】
そして、前記予備工程において直流電力を供給するにあたり（請求項４）、前記高周波電力を第一の高周波電力に調整した後に開始することができる（請求項５）。これにより、予備工程において、真空チャンバ内に高周波電力と直流電力とを供給するにあたり、これら双方を共に変化させることがないので、プラズマ放電をより安定にして維持することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図１乃至図３に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施に用いることができる真空成膜装置２０の概略構成を示す模式図である。この真空成膜装置２０は、イオンプレーティングと呼ばれる真空成膜の方式に基づき膜を形成できるように構成されている。
【００２７】
真空チャンバ１は、内部の空間が真空ポンプによって排気される。また、真空チャンバ１は、内部の空間に給気口１８より不活性ガスや膜の原料ガスを供給できるように構成されている。
【００２８】
そして、給気口１８のチャンバ１内へガスを導通させるバルブの開閉度や真空ポンプの排気力を調節することにより、チャンバ１内のガス圧力の自在な調節が可能であり、１０-3Ｐａ以上１０-1Ｐａ以下の範囲についても自在に調節できる。
【００２９】
そして、前記給気口１８のバルブの開閉度や真空ポンプの排気力は後に説明する制御装置１２により制御されるようにされており、これによりチャンバ１内のガス圧力が制御されるようにされている。
【００３０】
真空チャンバ１内の上部には、膜が形成される基板５を保持するための基板ホルダ２が配設されている。基板ホルダ２は、図１に特に図示されないモータによって回転駆動されるようにされており、回転自在に保持される。
【００３１】
基板ホルダ２は、導電性材料によって形成され、高周波電源１５及び直流電源１６の各々と接続されている。即ち、この真空成膜装置２０の例では、基板ホルダ２は、プラズマ放電を生成させる電力を供給するための電極として機能するようにされている。
【００３２】
高周波電源１５は高周波電力を出力し、直流電源１６は直流電力を出力する。高周波電源１５は、図１に図示されない直流ブロッキングコンデンサと図１に示されるマッチング回路（ＭＢ）１７とを介して基板ホルダ２と接続される。また、直流電源１６は、図１に図示されないチョークコイルを介して基板ホルダ２と接続される。
【００３３】
そして、高周波電源１５及び直流電源１６とチャンバ１側とを接続するにあたり、図１に示されるように、導電性材料で形成される真空チャンバ１が接地されるとともに、高周波電源１５の出力端子のうち基板ホルダ２側に対する他方側が接地される。また、直流電源１６は、基板ホルダ２側が負極となるように接続される。
【００３４】
なお、直流電源１６を用いることなく高周波電力のみ供給するのであっても成膜は可能であるが、直流電力も供給するようにすると、イオンをより強く基板５へ入射させることができ、基板５に対して膜を付着させ易く成膜が容易となる。
【００３５】
また、上記高周波電源１５及び直流電源１６は、出力の大きさや出力の開始及び終了のタイミング、時間に対して出力が変化する特性等について、後に説明する制御装置１２によって制御されるようにされている。また、高周波電源１５については、出力の周波数についても制御装置１２により制御されるようにされている。
【００３６】
マッチング回路１７は、高周波電源１５に対するチャンバ１側のインピーダンスをマッチングさせるべくマッチング動作する。このマッチング回路１７は、図２に示すように、例えば可変コンデンサＣ１、Ｃ２及びチョークコイルＬ１からなる周知のものである。
【００３７】
そして、マッチング回路１７は、チャンバ１内のガス圧力の変化等に伴うチャンバ１側のインピーダンスの変化や、電源１５の動作状態の変化に伴う電源１５側のインピーダンスの変化に対して、該マッチング回路１７のインピーダンスが自動的に変化し、電源１５側のインピーダンスとチャンバ１側のインピーダンスとをマッチングさせるようにされている。
【００３８】
チャンバ１内の下部には、膜の原料物質をチャンバ１内の空間に蒸発させるための蒸発源１０が配置されている。蒸発源１０を、図１に示されるように、ルツボ７と電子銃８とにより構成することができる。そして、ルツボ７には膜の原料９が供給される。膜の原料９は、電子銃８による電子ビーム１１の照射によりチャンバ１内の空間へ蒸発される。そして、前記真空チャンバ１内に供給された高周波電力及び直流電力により、前記蒸発源１０より蒸発した膜の原料をプラズマ化させることができる。
【００３９】
制御装置１２は、該制御装置１２以外の成膜装置２０に含まれる以上に説明した各機器の動作を制御するべく制御信号を出力し、またこれら機器より出力された信号が入力されるようにされており、成膜装置２０によって実行される成膜工程を制御するようにされている。
【００４０】
なお、制御装置１２と前記各機器との間での信号の入出力は、ディジタル制御において周知である特に図示されないインターフェース機構やＡ／Ｄ変換機構等を介してするように構成されている。
【００４１】
制御装置１２は、プログラマブルコントローラを備え、該プログラマブルコントローラに与えられるプログラムに成膜手順を自在に記述できるようにされている。これにより、制御装置１２は、成膜装置２０により実行させる成膜条件を予め自在に設定することができ、所望の成膜工程を実行させることができる。
【００４２】
なお、プログラマブルコントローラの例としてシーケンサを挙げることができる。シーケンサによると、実行したい工程の内容をプログラムに記述することが容易であり、所望の成膜工程を設定することが容易である。
【００４３】
そして、制御装置１２のプログラマブルコントローラに与えられるプログラムには、基板５に成膜する主工程を実行するための成膜条件、及び主工程に先駆けてプラズマ放電を生成する予備工程を実行するための成膜条件が記述されている。
【００４４】
そして、主工程の成膜条件として設定される内容には、以下の内容が含まれる。即ち、主工程にあっては、チャンバ１内のガス圧力が第一のガス圧力とされる。この第一のガス圧力は、比較的に低圧とされ概ね６．６７×１０-3Ｐａ以上６．６７×１０-2Ｐａ以下の範囲とされる。また、主工程において、高周波電源１５より出力される電力は第一の高周波電力とされ、直流電源１６より出力される電力は第一の直流電力とされる。
【００４５】
上記第一のガス圧力、第一の高周波電力及び第一の直流電力について、基板５や膜の原料物質の種類等に応じた所要のプラズマを生成させ、目標とする膜に成膜できるように選択される。
【００４６】
また、予備工程における成膜条件として設定される内容には、以下の内容が含まれる。即ち、予備工程におけるチャンバ１内のガス圧力は、その開始時において前記第一のガス圧力より大きくされ、前記主工程の開始時までに前記第一のガス圧力にまで減少される。
【００４７】
この予備工程の開始時を含む初期のガス圧力について、第一のガス圧力に対する４倍以上１００倍以下の範囲、例えば１．３３×１０-1Ｐａ以上６．６７×１０-1Ｐａ以下の範囲で設定するのが好ましい。即ち、予備工程の初期においてプラズマ放電を安定して生成させる一方、第一のガス圧力に比べて必要以上に大きな圧力としないためである。
【００４８】
また、予備工程における高周波電源１５の出力について、その開始時における出力は前記第一の高周波電力以上とされ、前記主工程の開始時までに前記第一の高周波電力に調整することが行われる。即ち、予備工程において、開始時の高周波電力が第一の高周波電力より大きくされる場合には主工程の開始時までに第一の高周波電力とするべく減少され、また、開始時の高周波電力が第一の高周波電力とされる場合には、そのまま主工程の開始時まで維持される。
【００４９】
この予備工程の開始時を含む初期の高周波電力について、第一の高周波電力に対する５倍以下の範囲で設定するのが好ましい。即ち、予備工程の初期においてプラズマ放電を安定して生成させる一方、第一の高周波電力に比べて必要以上に大きな電力としないためである。
【００５０】
また、直流電源１６の出力について、予備工程より出力が開始され、前記主工程の開始時までに前記第一の直流電力にまで増加される。
【００５１】
前記予備工程においてガス圧力を減少させるにあたり、一定時間内に連続して変化させるのが好ましい。ガス圧力を変化させるにあたり、急峻に変化させることなく連続して変化させることにより、プラズマ放電を安定させることができ、一旦生成させたプラズマを安定して維持させ得るからである。
【００５２】
また、前記予備工程において高周波電力を減少させるにあたっては、一定時間内に連続して変化させるのが好ましい。高周波電力を変化させるにあたり、急峻に変化させることなく連続して変化させることにより、プラズマ放電を安定させることができ、一旦生成させたプラズマ放電を安定して維持させ得るからである。
【００５３】
また、前記予備工程において直流電力を増加させるにあたり、一定時間内に連続して変化させるのが好ましい。直流電力を変化させるにあたり、急峻に変化させることなく連続して変化させることにより、プラズマ放電を安定させることができ、一旦生成させたプラズマを安定して維持させ得るからである。
【００５４】
そして、前記ガス圧力、高周波電力及び直流電力を一定時間内に連続して変化させるにあたっては、時間の経過に対して直線的に変化させるのがより好ましい。このようにすると、経過時間に比例してガス圧力や電力を緩やかに変化させるので、プラズマ放電をより確実に安定させ得るからである。
【００５５】
また、前記予備工程におけるガス圧力と高周波電源１５の出力に関して、ガス圧力を第一のガス圧力とした後に高周波電力の調整を開始させるのがより好ましい。即ち、ガス圧力を第一のガス圧力に安定させた以降にあっては、真空チャンバ１側のインピーダンスを高周波電源１５のインピーダンスとマッチングさせるにあたり、マッチング回路１７の調節がより容易であり、プラズマ放電の安定をより容易に図ることができるからである。
【００５６】
また、前記予備工程における高周波電源１５の出力と直流電源１６の出力に関して、高周波電力を第一の高周波電力に調整した後に直流電力の出力を開始させるのがより好ましい。高周波電力を変化させつつ併せて直流電力の供給も開始する場合に比べて、プラズマ放電をより確実に安定させることができるからである。
【００５７】
以上に説明した予備工程を実行することにより、以下の意義がある。即ち、基板５に成膜を行う主工程における第一のガス圧力が前記低圧とされると、所要の第一のガス圧力及び第一の高周波電力によりプラズマ放電を開始させることは容易でない。上記予備工程を実行すると、ここで設定される初期のガス圧力及び電力の条件下であると、プラズマ放電を開始させることが容易となる。
【００５８】
そして、予備工程の終期においてプラズマ放電を安定して維持し、プラズマの異常放電等の不安定を起こさせることもなく、プラズマ放電を安定させた状態でその後に実行される主工程へ移行することができる。
【００５９】
以上説明した予備工程及び主工程を実行するための成膜条件のより具体的な例について、図３を参酌しつつ説明する。図３は、成膜工程の時間の経過に対する、ガス圧力及び電力についての成膜条件を示す図である。
【００６０】
図３において、横軸は経過時間に対応している。また、縦軸は、真空チャンバ１内のガス圧力Ｇ、高周波電源１５より出力される高周波電力Ｐ、直流電源１６より出力される直流電力に係る電圧Ｄの大きさに対応している。図３において、Ｉは予備工程として実行される範囲であり、IIは主工程として実行される範囲である。
【００６１】
主工程では、第一のガス圧力Ｇ１は６．６７×１０-3Ｐａ〜６．６７×１０-2Ｐａの範囲におけるいずれか一の圧力とされ、第一の高周波電力Ｐ１が２００Ｗ程度の出力とされ、第一の直流電力はその直流電圧Ｄ１を５００Ｖ程度として供給されている。また、主工程における前記ガス圧力Ｇ１、高周波電力Ｐ１、直流電力Ｄ１は、図３に示されるように、時間の経過に対して変化することなく、主工程の開始時より略一定となるように制御される。
【００６２】
次に、予備工程において、初期のガス圧力Ｇ０は、開始時より時間Ｔ１まで１．３３×１０-1Ｐａ程度で略一定とされる。そして、予備工程におけるガス圧力は、時間Ｔ１より減少を開始し、時間Ｔ２で前記第一のガス圧力Ｇ１となるように減少される。そして、時間Ｔ２以降は前記第一のガス圧力Ｇ１で略一定を保つようにされる。
【００６３】
前記時間Ｔ１について１秒以上５秒以下の範囲に設定するのが望ましい。前記予備工程における初期のガス圧力をかかる時間の範囲で維持すれば、プラズマ放電を開始して安定させる上で十分だからである。
【００６４】
そして、前記ガス圧力を時間Ｔ１からＴ２にかけて減少させるにあたり、図３に示されるように、時間に対して直線的に減少させている。即ち、ガス圧力の減少量と時間との間で一定の比例関係が成立するように減少させている。
【００６５】
そして、ガス圧力を時間に対して直線的に減少させるにあたり、その比例係数ｋGを、−３．３３×１０-3Pa／sec以上−１．３２×１０-1Pa／sec以下の範囲とするのが望ましい。これにより、チャンバ１側のインピーダンスを緩やかに変化させ、プラズマ放電をより安定して維持させ得るからである。
【００６６】
次に、予備工程において、初期の高周波電力Ｐ０は、開始時より時間Ｔ２まで６００Ｗ程度で略一定とされる。そして、予備工程における高周波電力は、時間Ｔ２より減少を開始し、時間Ｔ３で前記第一の高周波電力Ｐ１となるように調整される。そして、時間Ｔ３以降は前記第一の高周波電力Ｐ１で略一定を保つようにされる。
【００６７】
そして、時間Ｔ２からＴ３にかけて高周波電力を減少させるにあたり、図３に示されるように、時間に対して直線的に減少させている。即ち、高周波電力の減少量と時間との間で一定の比例関係が成立するように減少させている。そして、高周波電力を時間に対して直線的に減少させるにあたり、その比例係数ｋPを、−１００W/sec以上の範囲とするのが望ましい。これにより、供給する電力を緩やかに減少させ、プラズマ放電をより安定して維持させ得るからである。
【００６８】
次に、予備工程において、直流電力は、時間Ｔ３より供給が開始され、時間Ｔ４（予備工程の終了時、及び主工程の開始時にあたる）で前記第一の直流電力となるように増加される。そして、直流電力を増加させるにあたり、図３に示されるように、時間に対して直線的に増加させている。即ち、直流電力の増加量と時間との間で一定の比例関係が成立するように増加させている。そして、直流電力を時間に対して直線的に増加させるにあたり、その比例係数ｋDを、３０V/sec以上１００V/sec以下の範囲とするのが望ましい。これにより、供給する電力を緩やかに増加させ、プラズマ放電をより安定して維持させ得るからである。
【００６９】
なお、主工程における第一の高周波電力Ｐ１と、予備工程における初期の高周波電力Ｐ０との間で電力差を設ける必要がない場合は、予備工程において、初期の高周波電力Ｐ０を６００Ｗ程度に維持するよう調整した状態のまま第一の高周波電力Ｐ１として主工程に移行してもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、イオンプレーティングにより成膜を行うにあたり、基板に実際に成膜する主工程に先駆けて予備工程を実行し、該予備工程よりプラズマ放電を生成させて安定させるので、その後に実行される主工程における成膜条件下においてもプラズマ放電を安定させ維持することができる。これにより、前記主工程における成膜条件が、プラズマ放電を開始させることが容易でない条件に設定されている場合であっても、該主工程においてプラズマ放電を安定させて維持できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いることができる真空成膜装置の模式図である。
【図２】図１の真空成膜装置のマッチング回路の概略的な回路図である。
【図３】時間とともに変化する成膜条件の具体例を表す図である。
【符号の説明】
１    真空チャンバ
２    基板ホルダ
５    基板
７    ルツボ
８    電子銃
９    膜の原料物質
１０    蒸発源
１１    電子ビーム
１２    制御装置
１５    高周波電源
１６    直流電源
１７    マッチング回路
１８    給気口
２０    真空成膜装置
Ｃ１、Ｃ２  可変コンデンサ
Ｌ１    チョークコイル
【図１】
0004401577.tif 000002
【図２】
0004401577.tif 000003
【図３】
0004401577.tif 000004