JP3511089B2 - Control method of solid surface treatment by low temperature plasma - Google Patents
Control method of solid surface treatment by low temperature plasmaInfo
- Publication number
- JP3511089B2 JP3511089B2 JP2000153865A JP2000153865A JP3511089B2 JP 3511089 B2 JP3511089 B2 JP 3511089B2 JP 2000153865 A JP2000153865 A JP 2000153865A JP 2000153865 A JP2000153865 A JP 2000153865A JP 3511089 B2 JP3511089 B2 JP 3511089B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- emission
- peak
- plasma
- emission intensity
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、分子気体放電によ
って生成されるプラズマと固体表面との相互作用を積極
的に利用した、浸炭のような表面処理やエッチング処
理、或はプラズマ中の解離や反応による生成物の固体表
面への付着を利用した薄膜形成など低温プラズマを利用
した固体の表面処理に際し、プラズマの発光強度に基づ
き、最良の物性をもつ表面が得られるように処理条件を
制御するための新規な方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment such as carburization, an etching treatment, or a dissociation in plasma, which positively utilizes the interaction between plasma generated by molecular gas discharge and a solid surface. During the surface treatment of solids using low-temperature plasma, such as thin film formation that uses the adhesion of the products of the reaction to the solid surface, control the treatment conditions to obtain the surface with the best physical properties based on the emission intensity of the plasma. For a new method for
【0002】[0002]
【従来の技術】これまで、プラズマを用いる固体の処理
方法において、発光分光分析法、電子プローブ法、レー
ザー分光法、質量分析法などにより反応帯域中のプラズ
マの状態を診断することは知られている。例えば、ター
ゲットにシリコンを、スパッタガスとしてアルゴン、水
素、ヘリウム、ネオンを用い、アモルファスSiH系薄
膜を形成する際に、プラズマ状態を発光分光分析法で診
断すること[「電子技術総合研究所彙報」,第44巻,
第139ページ(1980)]、金属チタンを窒素雰囲
気で電子銃で蒸発させて窒化チタンを製造する際に、T
iとN2の輝線の発光強度を求め、その発光強度比と膜
のTi−N組成の比率から膜組成を推定すること[「日
本金属学会誌」,第57巻,第926ページ(199
3)]などが知られている。2. Description of the Related Art Up to now, it has been known that, in a method of treating a solid substance using plasma, the state of plasma in a reaction zone is diagnosed by an emission spectroscopic analysis method, an electron probe method, a laser spectroscopic method, a mass spectrometric method and the like. There is. For example, when using silicon as a target and argon, hydrogen, helium, or neon as a sputtering gas to form an amorphous SiH-based thin film, a plasma state should be diagnosed by an optical emission spectroscopy method , Volume 44,
139 (1980)], in the production of titanium nitride by evaporating metallic titanium with an electron gun in a nitrogen atmosphere, T
Obtaining the emission intensity of the i and N 2 emission lines and estimating the film composition from the emission intensity ratio and the Ti—N composition ratio of the film [Journal of the Japan Institute of Metals, vol. 57, p. 926 (199).
3)] and the like are known.
【0003】これらの方法は、形成される膜の種類に応
じて、膜の構成元素や反応機構などにより理論的に関連
づけられる複数の化学種の輝線をモニターリングし、そ
の強度と膜組成との関係を調べたものであるが、SiH
は微弱な輝線で発光の検出を簡単に行うことができない
し、また、TiとN2の輝線の発光強度比は、窒素の圧
力が大きくなれば、誤差が大きくなるという欠点があ
り、実用化は行われていない。According to these methods, the emission lines of a plurality of chemical species that are theoretically related by the constituent elements of the film, the reaction mechanism, etc. are monitored according to the type of the film to be formed, and their strength and film composition are monitored. I investigated the relationship, but SiH
Has a drawback in that it is not possible to easily detect light emission with a weak emission line, and the emission intensity ratio between the emission lines of Ti and N 2 has a drawback that the error increases with increasing nitrogen pressure. Has not been done.
【0004】そのほか、金属クロムをターゲットとし
て、アルゴン、二酸化炭素、メタンの混合ガス雰囲気で
3種の元素からなるクロムオキシカーバイドを製造する
反応性スパッタリング法のようにクロムやアルゴンの輝
線が強く、炭素、酸素、二酸化炭素の輝線が弱い場合に
は、膜を構成する主要な元素のすべてを検出することが
困難なため、プラズマ診断を実用化することはできな
い。In addition, as in the reactive sputtering method for producing chromium oxycarbide composed of three kinds of elements in a mixed gas atmosphere of argon, carbon dioxide and methane by using metallic chromium as a target, the emission lines of chromium and argon are strong and carbon When the emission lines of oxygen and carbon dioxide are weak, it is difficult to detect all of the main elements that make up the film, and plasma diagnosis cannot be put to practical use.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、反応スパッ
タリング法によりクロムオキシカーバイド薄膜を成膜す
る場合に、存在する元素の種類による輝線の強弱には関
係がなく、そのプラズマ状態を診断した結果に基づき、
最良の表面物性が得られるように処理条件を調整しうる
固体表面処理制御方法を提供することを目的としてなさ
れたものである。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is directed to a reaction spatter.
Forming Chromium Oxycarbide Thin Film by Tulling Method
In this case, there is no relation to the intensity of the emission line due to the type of element present, and based on the result of diagnosing the plasma state,
The object of the present invention is to provide a solid surface treatment control method capable of adjusting treatment conditions so as to obtain the best surface properties.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、低温プラ
ズマを用いて固体表面に薄膜を形成する場合に、所望の
物性について最良の結果が得られるような処理条件を常
時維持するための制御方法を開発するために鋭意研究を
重ねた結果、処理中のプラズマを発光分光し、得られる
発光スペクトルの中から発光強度の大きい特定の元素の
輝線2個又は3個を選び、この発光強度比をモニターリ
ング用のパラメーターとして用いることにより、容易に
かつ正確に処理条件を制御しうることを見出し、本発明
をなすに至った。SUMMARY OF THE INVENTION The inventors of the present invention have found that when a low temperature plasma is used to form a thin film on a solid surface, the present invention is intended to always maintain the processing conditions that give the best results regarding desired physical properties. As a result of extensive research to develop a control method, the plasma during processing is subjected to emission spectroscopy, and two or three emission lines of a specific element with high emission intensity are selected from the obtained emission spectra, and the emission intensity is determined. The inventors have found that the processing conditions can be easily and accurately controlled by using the ratio as a parameter for monitoring, and have completed the present invention.
【0007】すなわち、本発明は、反応スパッタリング
法によりクロムオキシカーバイド薄膜を成膜するに当
り、ターゲットとしてクロムを、かつ反応ガスとしてC
O 2 及びCH 4 を用い、経時的にプラズマの発光分光を行
い、得られる発光スペクトルの中から発光強度の大きい
異なった波長におけるクロムの輝線2個又は3個を選
び、その発光強度比をモニターリングしながら、処理表
面の所望物性値が最高になる範囲内に処理条件を維持す
ることを特徴とする低温プラズマによる固体表面処理制
御方法、及び反応スパッタリング法によりクロムオキシ
カーバイド薄膜を成膜するに当り、
(イ)ターゲットとしてクロムを、かつ反応ガスとして
CO 2 及びCH 4 を用いること、
(ロ)経時的にプラズマの発光分光を行って発光スペク
トルを得ること、
(ハ)前記発光スペクトルの中から発光強度の大きい異
なった波長における2個又は3個の輝線を選び、その発
光強度の相対比を求めること、
(ニ)次に、形成される薄膜の所望の物性について処理
条件を変化させながら物性値を測定し、前記発光強度相
対比とその物性値との関係を求めること、及び
(ホ)前記発光強度相対比をモニターリングしながら、
所望の物性の測定値が最大になるように処理条件を調整
することを特徴とする低温プラズマによる固体表面処理
制御方法を提供するものである。That is, the present invention is directed to reactive sputtering.
Method for forming chromium oxycarbide thin film
, Chromium as a target, and C as a reaction gas
Using O 2 and CH 4 , the emission spectrum of the plasma is measured over time, and two or three emission lines of chromium at different wavelengths with large emission intensity are selected from the obtained emission spectra, and the emission intensity ratio is monitored. The method for controlling the solid surface treatment by low temperature plasma is characterized by maintaining the treatment conditions within the range where the desired physical property value of the treated surface is maximized while ringing, and chromium oxide by the reactive sputtering method.
When forming a carbide thin film , (a) chromium as a target and a reaction gas
CO 2 and CH 4 are used, ( b ) emission spectrum of plasma is obtained over time to obtain an emission spectrum, and ( c ) two or three emission spectra having different emission wavelengths from the emission spectrum. (2) Next, the relative ratio of the emission intensity is determined, and ( d ) the physical properties are measured while changing the processing conditions for the desired physical properties of the thin film to be formed. Determining the relationship with the value, and ( e ) monitoring the emission intensity relative ratio,
It is intended to provide a method for controlling a solid surface treatment by low-temperature plasma, which is characterized in that the treatment condition is adjusted so that a desired measured value of physical property is maximized.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】本発明方法は、反応スパッタリン
グ法により固体表面にクロムオキシカーバイドの薄膜を
形成するのに用いることができる。METHOD OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention is reactive sputtering phosphorus
A thin film of chromium oxycarbide to a solid surface can be used to be <br/> formed by grayed method.
【0009】そして、本発明方法においては、常法に従
って処理又は反応帯域中のプラズマを経時的に発光分光
し、プラズマ発光スペクトルの中で、発光強度が高く、
検出が容易な特定の元素の輝線を任意に2個又は3個選
び、その輝線の強度比をパラメーターとして用い、固体
表面の物性との関連において、最適処理条件を決定す
る。In the method of the present invention, the plasma in the treatment or reaction zone is subjected to emission spectroscopy over time according to a conventional method, and the emission intensity is high in the plasma emission spectrum.
Two or three emission lines of a specific element that can be easily detected are arbitrarily selected, and the intensity ratio of the emission lines is used as a parameter to determine the optimum treatment conditions in relation to the physical properties of the solid surface.
【0010】本発明において、輝線は発光強度の高い特
定の元素の中から任意に、すなわち、輝線が製作される
膜の構成元素や反応機構など理論的に関連づけられる化
学種の輝線とは無関係に選ぶことができる。そして、こ
の輝線は固体表面の物性の変化に応じて輝線間の強度比
に明確に変化が現れるものを用いる必要があるが、多く
の輝線は、固体表面の物性の変化に応じてそれらの強度
比が変化する。輝線は、元素、分子、イオン、ラジカル
の電子エネルギー準位間における遷移に対応するが、プ
ラズマ中で加速された電子が原料ガスと衝突し、電離や
励起、解離などが起こる際、電子エネルギー状態の分布
は、時間、空間に依存する。プラズマ中における電子エ
ネルギー状態の分布はまた製膜の場合、ガスの種類、比
率、基板温度、基板バイアスなど、製膜条件にも依存す
ると考えられる。その依存性の詳細なメカニズムは現時
点では、解明されていないが、従来の製膜パラメーター
に代えて、発光強度比の変化を製膜反応の場から直接か
つインサイチュに製膜を制御するパラメーターとして用
いることができる。[0010] In the present invention, the bright line having a high emission intensity JP
It can be arbitrarily selected from the constant elements , that is, irrespective of the emission line of the chemical species that is theoretically related to the constituent elements and reaction mechanism of the film in which the emission line is manufactured. And, it is necessary to use the emission line in which the intensity ratio between the emission lines clearly changes in accordance with the change in the physical properties of the solid surface, but many emission lines have their strength in accordance with the change in the physical properties of the solid surface. The ratio changes. The bright line corresponds to the transition between the electron energy levels of elements, molecules, ions, and radicals, but when the electrons accelerated in the plasma collide with the source gas and ionization, excitation, dissociation, etc. occur, the electron energy state Distribution depends on time and space. In the case of film formation, the distribution of electron energy states in plasma is also considered to depend on film formation conditions such as gas type, ratio, substrate temperature, and substrate bias. Although the detailed mechanism of the dependence is not clarified at present, the change of the emission intensity ratio is used as a parameter for controlling the film formation directly and in situ from the film formation reaction field, instead of the conventional film formation parameter. be able to.
【0011】本発明方法において選ばれる輝線の数は基
本的に各物性ごとに2個選べばよいが、輝線の間での強
度の相対的な比較ができず不正確になるおそれがあるの
で、3個選ぶのが好ましい。これらの輝線は最強の輝線
をノーマライズ用に共通して用いることが好ましい。Basically, the number of bright lines selected in the method of the present invention may be two for each physical property, but since the relative comparison of the intensities among the bright lines may not be possible, it may be inaccurate. It is preferable to select three. These bright lines are preferably the strongest bright lines commonly used for normalization.
【0012】本発明方法におけるプラズマ発光分光とし
ては、例えばフォトダイオードアレイを用いた瞬間マル
チ測光装置による低温プラズマの発光分光分析が用いら
れる。フォトダイオードアレイを用いた瞬間マルチ測光
装置は、比較的簡単に短時間でプラズマスペクトルを測
定できるので、プラズマをインサイチュ制御する上で好
ましい。発光分光分析はプラズマ処理装置の覗き窓の1
つに取り付けた集光器から、光ケーブルでパーソナルコ
ンピュータにより制御されたマルチチャンネルフォトデ
ィテクタに導くことにより行う。測定波長域は最大38
0〜780nmで、可視域を一度にモニターできれば十
分である。波長分解能は小さい方が望ましいが、1nm
で粗くても差し支えない。測定に先立ち、水銀・ネオン
混合光源などを用い、波長の校正を行うことが望まし
い。As the plasma emission spectroscopy in the method of the present invention, for example, emission spectroscopy analysis of low temperature plasma by an instant multi-photometer using a photodiode array is used. An instantaneous multi-photometer using a photodiode array can measure a plasma spectrum relatively easily in a short time, and is therefore preferable for controlling the plasma in situ. Optical emission spectroscopy is one of the viewing windows of plasma processing equipment.
This is done by guiding the light from a light collector attached to one to a multi-channel photodetector controlled by a personal computer with an optical cable. Maximum measurement wavelength range is 38
It is sufficient if the visible range can be monitored at once from 0 to 780 nm. Smaller wavelength resolution is desirable, but 1 nm
It doesn't matter if it's rough. Before measurement, it is desirable to calibrate the wavelength using a mercury / neon mixed light source.
【0013】本発明方法において、発光スペクトルの中
から任意に発光強度の高い輝線を選び、処理に最適なプ
ラズマ状態を決定するには、選んだ輝線の間の相対強度
比と固体表面の物性との関係を調べることにより、最適
な処理条件における数種の輝線の相対強度比(最適強度
比)を決定する。例えば、基板バイアスを製膜条件のパ
ラメーターとして選ばれた輝線が3つであるとすると、
その相対強度比、ピーク2/ピーク1、ピーク3/ピー
ク1をX−Y平面にプロットしたものは、固体表面の物
性の変化に応じて、X−Y平面上に最適強度比の点を通
って軌跡を描くので、インサイチュで測定された最適強
度比からのずれに応じてパラメーターとしての基板バイ
アスの値をフィードバック制御すればよい。同様に反応
ガス流量比を製膜パラメーターとして選ばれた輝線を3
つとり、相対強度比、ピーク2´/ピーク1´、ピーク
3´/ピーク1´を用いて、インサイチュで反応ガス流
量比をフィードバック制御できる。輝線1´、2´、3
´の一部は、輝線1、2、3にオーバーラップしてもよ
い。オーバーラップしない輝線を選んでもそれら個々の
輝線強度は互いに関連があり、完全に独立に強度変化す
るわけではないからである。In the method of the present invention, in order to arbitrarily select a bright line having a high emission intensity from the emission spectrum and determine the optimum plasma state for the treatment, the relative intensity ratio between the selected bright lines and the physical properties of the solid surface are determined. The relative intensity ratio (optimal intensity ratio) of several kinds of bright lines under the optimum processing conditions is determined by investigating the relationship. For example, if there are three bright lines selected with the substrate bias as a parameter of the film forming conditions,
A plot of the relative intensity ratio, peak 2 / peak 1, peak 3 / peak 1 on the XY plane shows the optimum intensity ratio on the XY plane according to changes in the physical properties of the solid surface. Since the locus is drawn with this, the value of the substrate bias as a parameter may be feedback-controlled according to the deviation from the optimum intensity ratio measured in situ. Similarly, the emission line selected with the reaction gas flow rate ratio as the film forming parameter is set to 3
In other words, by using the relative intensity ratio, peak 2 '/ peak 1', peak 3 '/ peak 1', the reaction gas flow rate ratio can be feedback-controlled in situ. Bright lines 1 ', 2', 3
A part of ′ may overlap the bright lines 1, 2, and 3. This is because even if the bright lines that do not overlap are selected, the respective bright line intensities are related to each other and do not change completely independently.
【0014】本発明方法において、前記した輝線の相対
強度比に相関関係を示す固体表面の物性としては、例え
ば表面又は薄膜の硬度、引張強さ、曲げ強さ、圧縮強
さ、曲げ弾性率、伸び率、層間せん断力などの機械的強
度や、熱膨張率、熱伝導率、導電率、密度、膜厚などの
物理的、電気的性質や、耐酸化性、耐薬品性などの化学
的性質を挙げることができる。In the method of the present invention, the physical properties of the solid surface having a correlation with the relative intensity ratio of the bright lines are, for example, hardness of the surface or thin film, tensile strength, flexural strength, compressive strength, flexural modulus, Mechanical strength such as elongation and interlaminar shear force, physical and electrical properties such as thermal expansion coefficient, thermal conductivity, conductivity, density and film thickness, and chemical properties such as oxidation resistance and chemical resistance. Can be mentioned.
【0015】このようにして、例えば、反応性スパッタ
リングにより3つの元素からなるクロムオキシカーバイ
ド皮膜の作製時におけるプラズマ状態をモニターし、発
光のスペクトルと固体表面の物性との関係から、クロム
オキシカーバイドの成分元素Cr、C、Oのうち最も発
光強度の高いクロムCrIの輝線のみを用い、CrIの
輝線から最強の3つの発光強度を検出し、それらの強度
比をガス流量比、基板温度、基板バイアス電位など、各
種処理条件ファクターの関数として、図上プロットする
ことにより、最適製膜条件を決定できる。そして、この
最適製膜条件、すなわち最適処理条件は、どのような輝
線を選択しても、同じ発光強度比として現われる。In this way, for example, the plasma state during the production of the chromium oxycarbide coating consisting of three elements by reactive sputtering is monitored, and the relationship between the emission spectrum and the physical properties of the solid surface is examined for chromium oxycarbide. Of the constituent elements Cr, C, and O, only the emission line of chromium CrI, which has the highest emission intensity, is used, and the three emission intensities that are the strongest are detected from the emission lines of CrI, and the intensity ratios thereof are used as the gas flow rate ratio, substrate temperature, and substrate bias. The optimum film forming conditions can be determined by plotting on the diagram as a function of various processing condition factors such as electric potential. The optimum film forming condition, that is, the optimum processing condition, appears as the same emission intensity ratio regardless of which bright line is selected.
【0016】[0016]
【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples.
【0017】参考例1
RF活性化反応スパッタリング法によりクロムをプレー
ナマグネトロン型ターゲット電極として種々の製膜条件
でSUS304基板上にクロム化合物の製膜を行った。
装置としては、基板をターゲット電極の上方に配置する
ディポジションアップ方式のものを用い、13.56M
Hzのラジオ周波数で、スパッタ電極とは独立にプラズ
マを発生しうる3ターンのコイルからなるRF電極を用
いた。また、処理条件は以下のとおりであった。
真空圧力:0.5Pa
スパッタ電源出力:0.7kW
基板温度:673K
RF出力:40W
基板バイアス:−250V
ガス流量:Ar=14sccm,CO2=6sccm,
CH4=0.5sccm
処理時間:60分
このようにして得られたクロム化合物薄膜は、黒色金属
光沢を呈し、膜厚が1.93μmでビッカース硬度が2
280kg/mm2の高い値を示した。この例で用いた
製膜条件を基準処理条件とする。Reference Example 1 A chromium compound was formed on a SUS304 substrate under various film forming conditions by using chromium as a planar magnetron type target electrode by the RF activation reaction sputtering method.
The device used is a deposition up type device in which the substrate is placed above the target electrode.
An RF electrode consisting of a three-turn coil capable of generating plasma independently of the sputter electrode at a radio frequency of Hz was used. The processing conditions were as follows. Vacuum pressure: 0.5 Pa sputtering power source output: 0.7 kW substrate temperature: 673 K RF Output: 40W substrate bias: -250 V gas flow rate: Ar = 14sccm, CO 2 = 6sccm,
CH 4 = 0.5 sccm Treatment time: 60 minutes The chromium compound thin film thus obtained has a black metallic luster, a film thickness of 1.93 μm and a Vickers hardness of 2
A high value of 280 kg / mm 2 was exhibited. The film forming conditions used in this example are the standard processing conditions.
【0018】参考例2
参考例1における製膜条件のうち1つだけを変化させて
製膜したときの、得られた薄膜のビッカース硬度及び膜
厚を図1ないし図3に示す。図1はCO2流量とAr流
量の和を20sccmの一定値に保って、CO2流量の
CO2流量とAr流量に対する比[CO2/(CO2+A
r)]に対するビッカース硬度と製膜速度の変化を示し
たものである。○及び●はCH4を同時に流量0.5s
ccmで真空槽に導入した場合、□及び■はCH4を導
入しない場合である。CH4を0.5sccm流し、C
O2/(CO2+Ar)比を0.3にした基準処理条件
の、Ar/CO2/CH4=14sccm/6sccm/
0.5sccmで最も高い硬度が得られた。製膜速度は
CH4の流量にかかわらず、CO2/(CO2+Ar)比
が低いほど大きくなった。基板温度を変えた場合は、図
2に示すようにビッカース硬度は623〜723Kで2
000kg/cm2以上の値を示した。製膜1時間当り
の膜厚は673Kで最大1.93μmを示した。製膜時
における基板バイアスを変化させた場合は、図3に示す
ように−250Vで最も高いビッカース硬度が得られ
た。バイアスが0〜−350Vの範囲で膜厚は1.9μ
m以上で大きな変化は認められなかった。Reference Example 2 FIGS. 1 to 3 show the Vickers hardness and the film thickness of the obtained thin film when only one of the film forming conditions in Reference Example 1 was changed to form a film. 1 maintains a sum of CO 2 flow rate and Ar flow rate at a constant value of 20 sccm, CO 2 flow rate of CO 2 flow rate and the ratio of the Ar flow rate [CO 2 / (CO 2 + A
r)] shows the changes in Vickers hardness and film forming rate. ○ and ● CH 4 flow rate 0.5s at the same time
In the case of introducing into a vacuum chamber with ccm, □ and ■ are cases in which CH 4 is not introduced. CH 4 flowed at 0.5 sccm, C
Ar / CO 2 / CH 4 = 14 sccm / 6 sccm / under standard processing conditions with an O 2 / (CO 2 + Ar) ratio of 0.3
The highest hardness was obtained at 0.5 sccm. The film formation rate increased as the CO 2 / (CO 2 + Ar) ratio decreased, regardless of the CH 4 flow rate. When the substrate temperature is changed, the Vickers hardness is 623 to 723K and is 2 as shown in FIG.
The value was 000 kg / cm 2 or more. The maximum film thickness per hour of film formation was 673 K, which was 1.93 μm. When the substrate bias during film formation was changed, the highest Vickers hardness was obtained at -250V as shown in FIG. The film thickness is 1.9μ in the range of 0 to -350V bias.
No significant change was observed above m.
【0019】実施例
参考例1の基準処理条件でクロム化合物を製膜する際に
観測されるプラズマ発光スペクトルを図4に示す。輝度
の主要なピークは426nm、434nm及び519n
mに認められる。これらのピーク及び464nmの小さ
なピークは、CrIからの発光と推定される。700〜
800nmにかけてみられる小さなピーク群はArから
の発光である。図5ないし図7に種々の製膜条件におけ
る発光スペクトルを示す。これらのスペクトルは図4の
スペクトルと類似しているが、主要なピークの強度比に
変化が認められる。図5は基準処理条件の中で、反応槽
に導入するガスとして、流量20sccmでArのみ用
いた場合(a)、CH4流量を0.5sccmに保ち、
Ar、CO2の流量比、Ar/CO2を18/2,14/
6及び10/10(sccm/sccm)として作製し
た場合[(b)、(c)及び(d)]である。(c),
(d)で400〜600nmにかけて小さなピークが多
数認められるが、これらはCO2を導入すると顕著にな
ることから、C,OあるいはCO2からの発光と推定さ
れる。図6は基準処理条件の中で、基板温度を変えた場
合及び図7は基準処理条件の中で、基板バイアスを変え
た場合である。426nmの発光ピークの強度(ピーク
1)に対する、434nm、519nmに認められる主
要なピーク強度(ピーク2及びピーク3)及び751n
mに認められるArの発光強度(ピーク4)比を表1に
示す。EXAMPLE FIG. 4 shows a plasma emission spectrum observed when a chromium compound was formed into a film under the standard treatment conditions of Reference Example 1. The main peaks of brightness are 426 nm, 434 nm and 519n
recognized by m. These peaks and the small peak at 464 nm are estimated to be the emission from CrI. 700 ~
A small group of peaks seen at 800 nm is light emission from Ar. 5 to 7 show emission spectra under various film forming conditions. These spectra are similar to those of FIG. 4, but there is a change in the intensity ratio of the major peaks. FIG. 5 shows that when only Ar was used at a flow rate of 20 sccm as the gas to be introduced into the reaction tank under the standard processing conditions (a), the CH 4 flow rate was kept at 0.5 sccm,
Ar, flow ratio of CO 2, the Ar / CO 2 18 / 2,14 /
It is [(b), (c) and (d)] when produced as 6 and 10/10 (sccm / sccm). (C),
Although many small peaks are observed in 400 to 600 nm in (d), these become prominent when CO 2 is introduced, so it is presumed that the emission is from C, O or CO 2 . FIG. 6 shows the case where the substrate temperature is changed under the standard processing conditions, and FIG. 7 shows the case where the substrate bias is changed under the standard processing conditions. The main peak intensities observed at 434 nm and 519 nm (peak 2 and peak 3) and 751 n relative to the intensity of the emission peak at 426 nm (peak 1).
Table 1 shows the emission intensity (peak 4) ratio of Ar observed in m.
【0020】[0020]
【表1】 [Table 1]
【0021】図8は発光強度比(ピーク2/ピーク1)
をX軸に発光強度比(ピーク3/ピーク1)をy軸にと
って整理したものであるが、注目すべきは製膜条件のパ
ラメーターの変化に伴い、ピーク強度比は大きく変化し
ているということである。しかもこれらのピークは全て
CrIの輝線である。ピーク強度比の変化を小さくなる
よう製膜条件のパラメーターを絞り込めば、線形近似で
より精密にプラズマ状態の制御が可能となる。最もビッ
カース強度が高い基準処理条件は右下に位置している。
図中の番号は図の番号で、5,6,7はそれぞれガス流
量比、基板温度及び基板バイアスを製膜パラメータとし
て製膜条件を変化させた場合に対応している。このこと
は、RF活性化反応スパッタリング法においてプラズマ
発光強度比(ピーク2/ピーク1)とプラズマ発光強度
比(ピーク3/ピーク1)をインサイチュでモニター
し、その比率が図8の基準処理条件における発光強度比
の位置(右下)になるように反応ガスの流量、基板温度
及び基板バイアスを制御すれば、最もビッカース硬度の
高い製膜条件を維持することが技術的にできることを示
している。FIG. 8 shows the emission intensity ratio (peak 2 / peak 1).
Is the x-axis and the emission intensity ratio (peak 3 / peak 1) is the y-axis. It should be noted that the peak intensity ratio greatly changes with the change in the parameters of the film forming conditions. Is. Moreover, all of these peaks are CrI emission lines. If the parameters of the film forming conditions are narrowed down so that the change in the peak intensity ratio is small, the plasma state can be controlled more precisely by linear approximation. The reference processing condition with the highest Vickers intensity is located in the lower right.
The numbers in the figure are the numbers in the figure, and 5, 6 and 7 correspond to the case where the film forming conditions are changed with the gas flow rate ratio, the substrate temperature and the substrate bias as film forming parameters. This means that the plasma emission intensity ratio (peak 2 / peak 1) and the plasma emission intensity ratio (peak 3 / peak 1) are monitored in situ in the RF activation reactive sputtering method, and the ratio is under the standard processing conditions of FIG. It is shown that it is technically possible to maintain the film forming condition with the highest Vickers hardness by controlling the flow rate of the reaction gas, the substrate temperature, and the substrate bias so that the emission intensity ratio is at the position (lower right).
【0022】図9は同様に発光強度比(ピーク2/ピー
ク1)をX軸に発光強度比(ピーク4/ピーク1)をy
軸にとって整理したものである。ピーク4のみArから
の輝線である。この場合、最もビッカース強度が高い基
準処理条件は右上に位置している。このことは、RF活
性化反応スパッタリング法において、プラズマ発光強度
比(ピーク2/ピーク1)とプラズマ発光強度比(ピー
ク4/ピーク1)をインサイチュでモニターし、その比
率が図9の基準処理条件における発光強度比の位置にな
るように反応ガスの流量、基板温度及び基板バイアスを
制御すれば、最もビッカース硬度の高い製膜条件を維持
することができることを示している。Similarly, in FIG. 9, the emission intensity ratio (peak 2 / peak 1) is plotted on the X-axis, and the emission intensity ratio (peak 4 / peak 1) is plotted on the y-axis.
It is organized for the axis. Only peak 4 is a bright line from Ar. In this case, the reference processing condition with the highest Vickers intensity is located in the upper right. This is because in the RF activated reactive sputtering method, the plasma emission intensity ratio (peak 2 / peak 1) and the plasma emission intensity ratio (peak 4 / peak 1) are monitored in situ, and the ratio is the standard processing condition of FIG. It is shown that the film forming conditions with the highest Vickers hardness can be maintained by controlling the flow rate of the reaction gas, the substrate temperature, and the substrate bias so that the emission intensity ratio is in the position.
【0023】図8及び図9に示した発光強度比(ピーク
2/ピーク1)対発光強度比(ピーク3/ピーク1)及
び発光強度比(ピーク2/ピーク1)対発光強度比(ピ
ーク4/ピーク1)の軌跡から、最適製膜条件となるよ
う2つの製膜条件のパラメーターの制御を行うことがで
きる。この場合、X軸に発光強度比(ピーク2/ピーク
1)が共通に取られているので、他のプラズマ輝線の強
度比を用いれば、より効果的に制御が可能となると考え
られる。Emission intensity ratio (peak 2 / peak 1) to emission intensity ratio (peak 3 / peak 1) and emission intensity ratio (peak 2 / peak 1) to emission intensity ratio (peak 4) shown in FIGS. 8 and 9. Based on the locus of / peak 1), it is possible to control the parameters of the two film forming conditions so that the optimum film forming conditions are obtained. In this case, since the emission intensity ratio (peak 2 / peak 1) is commonly used for the X axis, it is considered that more effective control can be performed by using the intensity ratio of other plasma emission lines.
【0024】このようにして、薄膜に所望の物性とし
て、ビッカース硬度を選び、これが最高値を示すような
製膜条件を維持しようとする場合は、発光強度比(ピー
ク2/ピーク1)又は(ピーク3/ピーク1)、或はそ
の両方をモニターリングしながら製膜条件の各パラメー
ターを調整すればよい。In this way, when the Vickers hardness is selected as the desired physical property for the thin film and the film forming conditions in which it exhibits the highest value are to be maintained, the emission intensity ratio (peak 2 / peak 1) or ( Each parameter of the film-forming conditions may be adjusted while monitoring peak 3 / peak 1) or both.
【0025】[0025]
【発明の効果】本発明方法によれば、低温プラズマを用
いて固体表面にクロムオキシカーバイド薄膜を形成する
際に、プラズマ状態の制御を、簡便に行うことが可能と
なり、薄膜形成を最適状態で制御することができる。ま
た、コンピュータにより、輝線強度比の変化を、ガス流
量、ガス種の比率、基板温度、基板バイアスなど、製膜
条件を左右するパラメーターに反映させることができる
ので、プラズマの自動制御システムとして、電子部品工
業、化学工業及び機械工業分野に広く応用することがで
きる。According to the method of the present invention, when a chromium oxycarbide thin film is formed on a solid surface using low temperature plasma, the plasma state can be easily controlled, and the thin film formation can be performed in an optimum state. Can be controlled. In addition, a computer can reflect changes in the intensity ratio of emission lines in parameters that influence film forming conditions such as gas flow rate, gas species ratio, substrate temperature, and substrate bias. It can be widely applied to parts industry, chemical industry and machine industry.
【図1】 参考例2において、CO2流量とAr流量の
比を変えたときの薄膜の膜厚及びビッカース硬度の変化
を示すグラフ。FIG. 1 is a graph showing changes in the film thickness and Vickers hardness of a thin film when the ratio of CO 2 flow rate to Ar flow rate was changed in Reference Example 2.
【図2】 参考例2において、基板温度を変えたときの
薄膜の膜厚及びビッカース硬度の変化を示すグラフ。FIG. 2 is a graph showing changes in film thickness and Vickers hardness of a thin film when the substrate temperature is changed in Reference Example 2.
【図3】 参考例2において、基板バイアスを変えたと
きの薄膜の膜厚及びビッカース硬度の変化を示すグラ
フ。FIG. 3 is a graph showing changes in film thickness and Vickers hardness of a thin film when the substrate bias is changed in Reference Example 2.
【図4】 実施例の基準処理条件で製膜したときの薄膜
のプラズマ発光スペクトル。FIG. 4 is a plasma emission spectrum of a thin film formed under the standard processing conditions of the example.
【図5】 実施例でAr流量とCO2流量とを変えて製
膜したときに得られる薄膜のプラズマ発光スペクトル。FIG. 5 is a plasma emission spectrum of a thin film obtained when a film is formed by changing the Ar flow rate and the CO 2 flow rate in the example.
【図6】 実施例で基板温度を変えて製膜したときに得
られる薄膜のプラズマ発光スペクトル。FIG. 6 is a plasma emission spectrum of a thin film obtained when the film was formed by changing the substrate temperature in the example.
【図7】 実施例で基板バイアスを変えて製膜したとき
に得られる薄膜のプラズマ発光スペクトル。FIG. 7 is a plasma emission spectrum of a thin film obtained when a film is formed by changing the substrate bias in the example.
【図8】 発光強度比(ピーク2/ピーク1)に対する
発光強度比(ピーク3/ピーク1)の関係を示すグラ
フ。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the emission intensity ratio (peak 2 / peak 1) and the emission intensity ratio (peak 3 / peak 1).
【図9】 発光強度比(ピーク2/ピーク1)に対する
発光強度比(ピーク4/ピーク1)の関係を示すグラ
フ。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the emission intensity ratio (peak 2 / peak 1) and the emission intensity ratio (peak 4 / peak 1).
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−81965(JP,A) 特開 平7−331432(JP,A) 特開 平11−61391(JP,A) 特開 平2−194175(JP,A) 特開 昭61−216415(JP,A) 特開 昭62−180070(JP,A) 門 哲男,RF支援マグネトロスパッ タリング法によるクロムオキシカーバイ ド皮膜の作製,第49回応用物理学関連連 合講演会 講演予稿集,2002年 3月, No.2,p.605, 27p−YB−17 T.KADO, Q.FAN,Chr omium Oxycardide T hin Films Prepared by Inductevely Co upled Radio−Freque ncy Plasma−Assiste d J.Am.Ceram.Soc, 2001年,Vol.84,p.1763−1766 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 JICSTファイル(JOIS)─────────────────────────────────────────────────── ───Continued from the front page (56) Reference JP-A-10-81965 (JP, A) JP-A-7-331432 (JP, A) JP-A-11-61391 (JP, A) JP-A-2- 194175 (JP, A) JP-A-61-216415 (JP, A) JP-A-62-180070 (JP, A) Tetsuo Kado, Preparation of chromium oxycarbide film by RF assisted magnetros sputtering method, 49th Proceedings of the Joint Lecture on Applied Physics, March 2002, No. 2, p. 605, 27p-YB-17 T.I. KADO, Q. FAN, Chromium Oxycardide Thin Films prepared by Inductively Coupled Radio-Frequency Plasma-Assisted J. Am. Ceram. Soc, 2001, Vol. 84, p. 1763-1766 (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 14/00-14/58 JISST file (JOIS)
Claims (2)
シカーバイド薄膜を成膜するに当り、ターゲットとして
クロムを、かつ反応ガスとしてCO 2 及びCH 4 を用い、
経時的にプラズマの発光分光を行い、得られる発光スペ
クトルの中から発光強度の大きい異なった波長における
クロムの輝線2個又は3個を選び、その発光強度比をモ
ニターリングしながら、処理表面の所望物性値が最高に
なる範囲内に処理条件を維持することを特徴とする低温
プラズマによる固体表面処理制御方法。1. A chrome tree by a reactive sputtering method.
As a target for forming a thin film of carbide
Chromium and using CO 2 and CH 4 as reaction gases ,
The emission spectrum of the plasma is analyzed over time, and the emission spectrum obtained has a large emission intensity at different wavelengths.
Solid surface treatment with low-temperature plasma, characterized in that two or three chromium emission lines are selected and the emission intensity ratio is monitored while maintaining the treatment conditions within the range where the desired physical properties of the treated surface are maximized. Control method.
シカーバイド薄膜を成膜するに当り、 (イ)ターゲットとしてクロムを、かつ反応ガスとして
CO 2 及びCH 4 を用いること、 (ロ)経時的にプラズマの発光分光を行って発光スペク
トルを得ること、 (ハ)前記発光スペクトルの中から発光強度の大きい異
なった波長における2個又は3個の輝線を選び、その発
光強度の相対比を求めること、 (ニ)次に、形成される薄膜の所望の物性について処理
条件を変化させながら物性値を測定し、前記発光強度相
対比とその物性値との関係を求めること、 及び (ホ)前記発光強度相対比をモニターリングしながら、
所望の物性の測定値が最大になるように処理条件を調整
することを特徴とする低温プラズマによる固体表面処理
制御方法。 2. A chrome tree by a reactive sputtering method.
Per in forming the sheet carbide thin film, chromium as (i) the target, and as a reaction gas
CO 2 and CH 4 are used, ( b ) emission spectrum of plasma is obtained over time to obtain an emission spectrum, and ( c ) two or three emission spectra having different emission wavelengths from the emission spectrum. (2) Next, the relative ratio of the emission intensity is determined, and ( d ) the physical properties are measured while changing the processing conditions for the desired physical properties of the thin film to be formed. Determining the relationship with the value, and ( e ) monitoring the relative ratio of the emission intensity,
A method for controlling a solid surface treatment by low-temperature plasma, which comprises adjusting treatment conditions so that a measured value of desired physical properties becomes maximum .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000153865A JP3511089B2 (en) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | Control method of solid surface treatment by low temperature plasma |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000153865A JP3511089B2 (en) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | Control method of solid surface treatment by low temperature plasma |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001335932A JP2001335932A (en) | 2001-12-07 |
| JP3511089B2 true JP3511089B2 (en) | 2004-03-29 |
Family
ID=18659047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000153865A Expired - Lifetime JP3511089B2 (en) | 2000-05-24 | 2000-05-24 | Control method of solid surface treatment by low temperature plasma |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3511089B2 (en) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3739325B2 (en) | 2001-09-20 | 2006-01-25 | 株式会社日立製作所 | Etching method of organic insulating film |
| DE10341513B4 (en) * | 2002-09-06 | 2010-10-07 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Process for controlling the reactive gas flow in reactive plasma-assisted vacuum coating processes |
| JP4610989B2 (en) * | 2004-10-05 | 2011-01-12 | 東芝プラントシステム株式会社 | High frequency vibration horn and manufacturing method thereof |
| JP4604164B2 (en) * | 2005-03-28 | 2010-12-22 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Fuel cell separator and manufacturing method thereof |
| CN101413115B (en) * | 2007-10-19 | 2010-08-25 | 财团法人工业技术研究院 | Plasma-assisted thin film deposition method |
| JP5232759B2 (en) * | 2009-11-16 | 2013-07-10 | 三菱重工業株式会社 | Method for evaluating the quality of sprayed film |
| DE102011017583B4 (en) * | 2011-01-27 | 2016-09-08 | Von Ardenne Gmbh | Method for determining process-significant data of a vacuum deposition process and its further processing in measurement or control processes |
| GB2511840B (en) | 2013-03-15 | 2017-07-05 | Thermo Electron Mfg Ltd | Method and apparatus for control of a plasma for spectrometry |
| JP2025128420A (en) * | 2022-07-22 | 2025-09-03 | 住友精化株式会社 | Dry etching method for carbon atom-containing film |
-
2000
- 2000-05-24 JP JP2000153865A patent/JP3511089B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| T.KADO, Q.FAN,Chromium Oxycardide Thin Films Prepared by Inductevely Coupled Radio−Frequency Plasma−Assisted J.Am.Ceram.Soc,2001年,Vol.84,p.1763−1766 |
| 門 哲男,RF支援マグネトロスパッタリング法によるクロムオキシカーバイド皮膜の作製,第49回応用物理学関連連合講演会 講演予稿集,2002年 3月,No.2,p.605, 27p−YB−17 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001335932A (en) | 2001-12-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Toyoda et al. | Mass spectroscopic investigation of the CH3 radicals in a methane rf discharge | |
| Rats et al. | Characterization of diamond films deposited on titanium and its alloys | |
| Zhang et al. | A phenomenological approach for the Id/Ig ratio and sp3 fraction of magnetron sputtered aC films | |
| Angeli et al. | Glow discharge optical emission spectrometry: moving towards reliable thin film analysis–a short review | |
| JP3511089B2 (en) | Control method of solid surface treatment by low temperature plasma | |
| Sahu et al. | The role of plasma chemistry on functional silicon nitride film properties deposited at low-temperature by mixing two frequency powers using PECVD | |
| Grotjahn et al. | Plasma parameter investigation during plasma-enhanced chemical vapor deposition of silicon-containing diamond-like carbon films | |
| Renevier et al. | Diagnostic of arc discharges for plasma nitriding by optical emission spectroscopy | |
| Hänninen et al. | Silicon oxynitride films deposited by reactive high power impulse magnetron sputtering using nitrous oxide as a single-source precursor | |
| Aldeeb et al. | Correlation of acetylene plasma discharge environment and the optical and electronic properties of the hydrogenated amorphous carbon films | |
| Jelı́nek et al. | CNx films created by combined laser deposition and rf discharge: XPS, FTIR and Raman analysis | |
| Barshilia et al. | Concentration of atomic hydrogen in the ground state in a CH4‐H2 microwave plasma | |
| Urruchi et al. | Etching of DLC films using a low intensity oxygen plasma jet | |
| Liu et al. | Correlation of gas-phase composition with film properties in the plasma-enhanced chemical vapor deposition of hydrogenated amorphous carbon nitride films | |
| Bénédic et al. | Investigations on nitrogen addition in the CH4–H2 gas mixture used for diamond deposition for a better understanding and the optimisation of the synthesis process | |
| Maciel et al. | Studies of a hollow cathode discharge using mass spectrometry and electrostatic probe techniques | |
| Thamm et al. | Preparation of boron nitride thin films by microwave PECVD and their analytical characterisation | |
| He et al. | Characterization and optical properties of diamondlike carbon prepared by electron cyclotron resonance plasma | |
| Hubicka et al. | CNx coatings deposited by pulsed RF supersonic plasma jet: hardness, nitrogenation and optical properties | |
| Pearce et al. | The effect of ion energy on the deposition of amorphous carbon phosphide films | |
| Iqbal et al. | Structural and some other properties of silicon deposited in an SiCl4 H2 rf discharge | |
| Ishii et al. | Fabrication of amorphous silicon nitride thin films by radio-frequency sputtering assisted by an inductively coupled plasma | |
| Li et al. | Synthesis of copolymer films by RF plasma: Correlation between plasma chemistry and film characteristics | |
| Ricard et al. | Analysis of a reactive sputter ion plating discharge for TiN deposition using optical emission spectroscopy | |
| Zur et al. | Erosion mechanisms of DLC coatings deposited on polyimide and silica substrates when exposed to a pulsed gas discharge |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3511089 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |