JPH04180569A - プラズマｃｖｄ装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、プラズマＣＶＤ装置の制御方法に関し、電
源としてパルス直流電源を用い、そのパルスの幅、高さ
、周波数を変えることで、操作性を向上し、成膜条件を
変えることで大型部品への適用やホローカソードの影響
低減などができるようにしたものである。

［従来の技術］ 物理蒸着（Ｐ　Ｖ　Ｄ　：　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｖａｐ
ｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉ。

ｎ）に比べ、表面の凹凸や穴などへの成膜が容易な化学
蒸着（ＣＶ　Ｄ　：　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　
ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｏ）が用いられるようになっており
、半導体の製造を始めとして工業的な分野への利用も進
められている。

このＣＶＤの一つにプラズマＣＶＤがあり、化学反応に
必要な活性化された空間を得るために熱エネルギを用い
ず、プラズマを反応空間に導入することにより、低い温
度で成膜ができる特徴がある。　− このようなプラズマＣＶＤの放電用電源としては、これ
まで直流電源（ＤＣ電源）が使用されてきており、第６
図に示すように、ＤＣ電源１が反応室２内の電極３と接
続されている。この反応室２には、ガス供給系４が接続
され、反応室２内のガス吹出口５から内部に反応ガスな
どが供給されるとともに、排気系６が接続されて反応室
２内を所定の圧力に保持できるようになっている。

そして、反応室２内の電極３に接して成膜すべき基体７
を入れ、ＤＣ電源１による放電によって生じるプラズマ
で成膜すべき材料を含む反応ガスを活性化し、基体７の
表面との化学反応で成膜する。

［発明が解決しようとする課題］ このような直流電源を用いるプラズマＣＶＤでは、第７
図にＤＣ電源１の特性を示すように、通常電極側を負に
保ち、例えば５００■程度のほぼ一定の電圧を印加して
おり、従来、成膜対象である基体としてはドライバの先
端部やかみそりの刃などの小型部品がほとんどであり、
表面形状も凹凸や穴などの無いものを対象としていた。

ところが、プラズマＣＶＤの特長を生かし、大型部品へ
の適用が研究されつつあるが、例えばプレス用の金型な
どの大型部品に適用して耐摩耗性の膜で被覆することで
、寿命の延長を図ろうとする場合には、基体である大型
部品に形成された小さな孔部分に生じるホローカソード
の影響にょってその部分たけ成膜出来なくなったり、そ
の部分の基体温度の上昇によって母材強度の低丁を招く
という問題がある。

また、プラズマＣＶＤては、成膜の進行に伴って基体ば
かりでなく反応室の内壁にも成膜され、この反応室内部
の汚れによる異常放電によって、それまでに成膜された
膜表面に傷が生しるなどの問題がある。

このため従来は、直流電源からの電圧供給を異常放電発
生直後に停止することが行われているが、成膜表面を十
分に保護することがてきないという問題があった。

さらに、従来のプラズマＣＶＤでは、成膜すべき材料に
よって反応ガスが決まると、異常放電が生じないように
反応室内の圧力範囲や直流電源がらの最大供給電圧を決
めなければならず、その操作範囲が非常に狭いという問
題がある。

この発明は、かかる従来技術の課題に鑑みてなされたも
ので、ホローカソードの影響を受けずにプラズマＣＶＤ
の操作性を改善できるとともに、成膜条件を変えること
の出来る範囲を拡大できるプラズマＣＶＤ装置の制御方
法を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の
プラズマＣＶＤ装置の制御方法は、プラズマＣＶＤ装置
の成膜条件を制御するに際し、電源として正負いずれか
一方の矩形波の電圧・電流特性を持つパルス直流電源を
用い、成膜条件に応じて矩形波のパルス幅、パルス高さ
、パルス周波数を制御するようにしたことを特徴とする
ものである。

［作　用Ｊ このプラズマＣＶＤ装置の制御方法によれば、電源とし
て正負いずれかの矩形波の電圧・電流特性を持つパルス
直流電源を用い、このパルス直流電源（以下、パルスＤ
Ｃ電源とする。）の矩形波の形状を定めるパルス幅（デ
ユーティ比）、パルス高さ（電圧）、パルス周波数を成
膜条件に応じて変えるようにしており、従来の直流電源
を用い、常時一定の電圧を印加する場合に比べ、異常放
電による影響を受ける二と無く、パルスＤＣ電源からの
供給条件を変えることができる範囲を拡大するようにし
ている。

［実施例コ 以下、この発明の一実施例を図面を参照しながら詳細に
説明する。

第１図はこの発明の制御方法が適用されるプラズマＣＶ
Ｄ装置の一実施例にかがる概略構成図である。

このプラズマＣＶＤ装置１ｏでは、プラズマ放電用の電
源としてパルスＤＣ電源１１が使用される。

このパルスＤＣ電源１１が反応室１２内の電極１３と接
続されている。この反応室１２には、ガス供給系１４が
接続され、反応室１２内のガス吹出口１５から内部に反
応ガスなどが供給されるとともに、排気系１６が接続さ
れて反応室１２内を所定の圧力に保持できるようになっ
ている。

そして、反応室１２内の電極１３に接して成膜す−ζき
基体１７を入れ、パルスＤＣ電源１１によるｈ′ｉ電に
よって生しるプラズマて成膜すべき材料を含む反応ガス
を活性化し、基体１７の表面における化学反応で成膜す
るようになっている。

このようなプラズマＣＶＤ装置１０で使用されるパルス
ＤＣ電源１１とは、第２図（ａ）に示すように、負の電
圧・電流特性を持つ矩形波あるいは、第２図（ｂ）に示
すように、正の電圧・電流特性を持つ矩形波のいわゆる
パルス電源が用いられるだけてなく、第３図や第４図に
負の電圧・電流特性を持つ電源の特性の場合で示すよう
に、パルス電圧、またはパルス電流の値が０にならず、
ある値を持った状態で矩形波と同様に変化する特性の電
源を含むものである。また、矩形波の立上り、または立
下がり部分についても、瞬時に変化を完了するものたけ
てなく、ある程度の時間をかけて変化すものまでを矩形
波としている。

このパルスＤＣ電源１１には、制御装置１８か設けられ
ており、この制御装置１８によって、第２図に示すよう
な、矩形波のパルス幅：ａ１パルス高さ：■、周波数・
ｆを変えることかできるようになっている。

そして、この制御装置１８による実際の制御では、■パ
ルス高さである電圧■と■波長すをかえた周波数ｆ及び
■電圧のかかっている割合（デユーティ比）：ａ／ｂを
変えるように制御する。

このようなパルスＤＣ電源１１により、第２図（ａ）に
示すような負の電圧の完全な矩形波の特性を持つパルス
ＤＣ電圧Ｖを電極１３に印加する場合であっても、プラ
ズマＣＶＤ装置Ｗ１０の時定数との関係から電極１３側
では、電圧特性の測定結果として、第３図に示すように
、残留電圧ｖｌがある場合もある。

この制御装置１８によるパルスＤＣｉ［１１の制御範囲
としては、成膜すべき材料や基体１７の形状、プラズマ
ＣＶＤ装置１０の大きさや構造などの諸条件によって変
えるようにすれば良く、例えば周波数ｆを１〜５０　ｋ
ｚ、デユーティ比ａ　／　ｂを０．２〜０，８、残留電
圧の割合Ｖｌ　／Ｖを０〜０．９の範囲で変化できるよ
うにして成膜を行う。

なお、これらの制御範囲に限らす、さらに広い範囲や狭
い範囲で周波数ｆ、デユーティ比ａ／−ｂ、残留電圧Ｖ
１の割合Ｖｌ／Ｖを制御するようにしても良い。

次に、このようなパルスＤＣ電源１１を制御装置１８で
制御しながら行うプラズマＣＶＤによる成膜について説
明する。

■　プラズマＣＶＤの開始直後では、基体１７の温度が
低く異常放電が起きやすい。

そこで、パルス高さである電圧Ｖを小さくしたり、電圧
のかかっている割合であるデユーティ比ａ　／　ｂを小
さくして電圧Ｖをかけない時間を長くするようにする。

■　基体１７の温度が上昇すると、異常放電が起こり難
くなるので、電圧Ｖを高めたり、電圧Ｖを掛ける時間を
長くするためデユーティ比ａ　／　ｂを大きくするよう
にし、成膜の成長を図る。

■　基体１７への成膜の成長が進むと、同時に、反応室
１２の内壁にも成膜され汚れた状態になってくるため、
異常放電か起こりやくず、異常放電によって成膜された
表面に傷が発生する恐れかある。

そこで、電圧Ｖを小さくしたり、または周波数ｆを下げ
たり、または電圧のかかっている割合であるデユーティ
比ａ　／　ｂを小さくして電圧Ｖをかけない時間を長く
し、膜の傷を防止するようにする。

■　基体１７に小さな穴がある場合には、大部分がホロ
ーカソードになったり、プラズマ密度が不均一になって
均−質な膜かできなくなるが、パルスＤＣ電源１１によ
ってパルスの周波数ｆを変えることでこれらを防止でき
る。

このパルスＤＣ電源１１の周波数ｆは、第５図に１例を
示すように、ホローカソードの影響を受けずに成膜する
には、小さい穴はど周波数ｆを高めることが有効であり
、穴の大きさによってホローカソードの影響を受けない
最低周波数ｆが定めることができる。

また、基体１７に小さな穴かある場合には、成膜の進行
にともなって穴の大きさが次第に小さくなっていくこと
から、パルスＤＣ電源１１の周波数ｆを変えるほか、電
圧Ｖやデユーティ比ａ　／　ｂを変えるようにすること
も有効である。

以上のように、このプラズマＣＶＤ装置の制御方法によ
れば、パルスＤＣ電源１１を用い制御装置１８てパルス
幅ａ１パルス高さＶ１パルス周波数ｆを制御できるよう
にしているので、従来のＤＣ電源の場合に比べ、電源で
の制御範囲が大巾に拡大し、基体１７に小さな穴がある
場合に起こるホローカソードやプラズマ密度が不均一に
なることを防止できるとともに、異常放電を防止し、膜
表面への傷をつき難くすることができる。

また、異常放電などをパルスＤＣ電源１１の制御で防止
できるので、成膜の操作範囲を大巾に拡大できるように
なり、例えば第１表にＴｉＮの成膜の場合の操作条件を
従来のＤＣ電源の場合と比較して示すように、反応室１
２の圧力範囲や最大電圧を広い範囲で変えることができ
る。

これによって、成膜されるＴｉＮの硬さや密度などを調
整することも可能となる。

第１表　　ＴｉＮ成膜の操作条ｒ’＋（実験例）なお、
上記実施例では、主としてパルスＤＣ電源が負の電圧特
性を有する場合で説明したが、これに限らず、正の電圧
特性を有する場合でも良く、パルスの矩形波の形状も厳
密な矩形に限るものでない。

また、パルスＤＣ電源の操作範囲も実施例に限定するも
のでなく、装置や成膜条件などに応じて定めれば良い。

さらに、この発明の要旨を逸脱しない範囲て各構成要素
を変更しても良いことは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上、一実施例とともに具体的に説明したように、この
発明のプラズマＣＶＤ装置の制御方法によれば、電源と
して正負いずれかの矩形波の電圧・電流特性を持つパル
ス直流電源を用い、このパルス直流電源の矩形波の形状
を定めるパルス幅、パルス高さ、パルス周波数を成膜条
件に応じて変えるようにしたので、従来の直流電源を用
い、常時一定の電圧を印加する場合に比べ、基体の小さ
な穴がホローカソードになったり、プラズマ密度が不均
一にならないように制御できるとともに、異常放電によ
る傷の発生を防止することができる。

また、パルスＤＣＱ源を用いるため、異常放電が生じな
いように選択できる給電条件の範囲が大巾に拡大でき、
電源や成膜条件の操作性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の制御方法が適用されるプラズマＣＶ
Ｄ装置の一実施例にかかる概略構成図である。 第２図（ａ）、（ｂ）はこの発明の一実施例にかかるパ
ルス直流電源の電圧特性図である。 第３図はこの発明のパルス直流電源を印加した場合の電
極での電圧特性図である。 第４図はこの発明の他の一実施例にかかるパルス直流電
源の電圧特性図である。 第５図はこの発明の一実施例によるホローカソードの影
響を防ぐパルス周波数の効果の説明図である。 第６図は従来のプラズマＣＶＤ装置にかかる概略構成図
である。 第７図は従来の直流電源の電圧特性図である。 １０：プラズマＣＶＤ装置、１１：パルスＤＣ電源、１
２：反応室、１３：電極、１４：ガス供給系、１５：ガ
ス吹出口、１６：排気系、１７：基体、１８：制御装置
、 ａ：パルス幅、ｂ：パルス波長、ａ／ｂ：デュ−テ、イ
比、ｆ・パルス周波数、ｖｌクルス高さ（′・ルス電圧
）、ｖｌ　・残留電圧。 出願人　　石川島播磨重工業株式会社 代理人　　坂　　　本　　　　　　徹 （ほか　１　名） 第３図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　プラズマＣＶＤ装置の成膜条件を制御するに際し、電
   源として正負いずれか一方の矩形波の電圧・電流特性を
   持つパルス直流電源を用い、成膜条件に応じて矩形波の
   パルス幅、パルス高さ、パルス周波数を制御するように
   したことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置の制御方法。