特許 6060016 成膜装置、成膜方法及び成膜プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6060016

(24)【登録日】2016年12月16日

(45)【発行日】2017年1月11日

(54)【発明の名称】成膜装置、成膜方法及び成膜プログラム

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/511 20060101AFI20161226BHJP

   C23C 16/27 20060101ALI20161226BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20161226BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/511

   C23C16/27

   H05H1/46 B

【請求項の数】10

【全頁数】34

(21)【出願番号】特願2013-69712(P2013-69712)

(22)【出願日】2013年3月28日

(65)【公開番号】特開2014-189899(P2014-189899A)

(43)【公開日】2014年10月6日

【審査請求日】2016年2月12日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度独立行政法人科学技術振興機構研究成果展開事業、研究成果最適展開支援プログラム、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000005267

【氏名又は名称】ブラザー工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人名古屋大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000992

【氏名又は名称】特許業務法人ネクスト

(72)【発明者】

【氏名】滝 和也

(72)【発明者】

【氏名】篠田 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】金田 英樹

(72)【発明者】

【氏名】上坂 裕之

(72)【発明者】

【氏名】高岡 泰之

【審査官】 安齋 美佐子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０７０７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０１０５３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０１−２９４８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１５５４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 岸根 翔,他，表面波励起プラズマによる金属円筒内面への高速ダイヤモンドライクカーボン成膜,，プラズマ応用科学，２００６年，Vol.14，Page.73-80

【文献】 Hiroyuki KOUSAKA, et al.， Internal DLC coating of narrow metal tubes using high-density near plasma sustained by microwaves propagating along plasma-sheath interfaces，Surface & Coatings Technology，２０１２年 ５月 ７日，Vol.229，Page.65-70， (Available online)

【文献】 上坂裕之,他，表面波励起プラズマを用いた円筒内面DLC成膜の高速化に関する研究，電気学会プラズマ研究会資料，２００８年，Vol.PST-08 No.26-36，Page.25-28

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０５Ｈ １／４６

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御部と、を備え、
前記マイクロ波供給部は、供給するマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波供給口を有し、
前記制御部は、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に電圧値の異なる複数種類のパルス状の負のバイアス電圧を順次印加して、前記シース層のシース厚さの拡大と減縮を繰り返すように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする成膜装置。

【請求項2】

導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御部と、を備え、
前記マイクロ波供給部は、供給するマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波供給口を有し、
前記制御部は、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に印加される前記負のバイアス電圧の電圧値を１パルス毎又は複数パルス毎に徐々に変化させて、前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする成膜装置。

【請求項3】

導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御部と、を備え、
前記マイクロ波供給部は、供給するマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波供給口を有し、
前記制御部は、前記被加工材料に前記負のバイアス電圧を印加する負電圧電極の形状が、前記シース層内を前記マイクロ波が表面波として伝搬する伝搬方向において、不連続部を形成する場合には、前記シース層内を伝搬する前記表面波の波長に基づいて前記負のバイアス電圧の電圧値を変化させて、前記シース層のシース厚さを変化させることを特徴とする成膜装置。

【請求項4】

導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御部と、を備え、
前記マイクロ波供給部は、供給するマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波供給口を有し、
前記マイクロ波供給部は、前記被加工材料にパルス状のマイクロ波を供給し、
前記制御部は、前記マイクロ波の１パルス内において、前記負のバイアス電圧の電圧値を変化させて前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする成膜装置。

【請求項5】

導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、制御部と、を備えた成膜装置で実行される成膜方法であって、
前記制御部が実行する、
前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、
前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、
前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、
を備え、
前記制御部は、前記制御工程において、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に電圧値の異なる複数種類のパルス状の負のバイアス電圧を順次印加して、前記シース層のシース厚さの拡大と減縮を繰り返すように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする成膜方法。

【請求項6】

導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、制御部と、を備えた成膜装置で実行される成膜方法であって、
前記制御部が実行する、
前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、
前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、
前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、
を備え、
前記制御部は、前記制御工程において、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に印加される前記負のバイアス電圧の電圧値を１パルス毎又は複数パルス毎に徐々に変化させて、前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする成膜方法。

【請求項7】

導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、制御部と、を備えた成膜装置で実行される成膜方法であって、
前記制御部が実行する、
前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、
前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、
前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、
を備え、
前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波供給工程において、前記被加工材料にパルス状のマイクロ波を供給し、
前記制御部は、前記制御工程において、前記マイクロ波の１パルス内において、前記負のバイアス電圧の電圧値を変化させて前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする成膜方法。

【請求項8】

導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、を備えた成膜装置を制御するコンピュータによって、
前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、
前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、
前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を前記成膜装置に実行させる成膜プログラムであって、
前記制御工程において、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に電圧値の異なる複数種類のパルス状の負のバイアス電圧を順次印加して、前記シース層のシース厚さの拡大と減縮を繰り返すように前記負電圧印加部を駆動制御するように前記成膜装置に実行させることを特徴とする成膜プログラム。

【請求項9】

導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、を備えた成膜装置を制御するコンピュータによって、
前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、
前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、
前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を前記成膜装置に実行させる成膜プログラムであって、
前記制御工程において、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に印加される前記負のバイアス電圧の電圧値を１パルス毎又は複数パルス毎に徐々に変化させて、前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御するように前記成膜装置に実行させることを特徴とする成膜プログラム。

【請求項10】

導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、を備えた成膜装置を制御するコンピュータによって、
前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、
前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、
前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、
前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を前記成膜装置に実行させる成膜プログラムであって、
前記マイクロ波供給工程において、前記被加工材料にパルス状のマイクロ波を供給し、
前記制御工程において、前記マイクロ波の１パルス内において、前記負のバイアス電圧の電圧値を変化させて前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御するように前記成膜装置に実行させることを特徴とする成膜プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマを用い、鋼材等の導電性を有する被加工材料の表面に皮膜を形成するための成膜装置、成膜方法及び成膜プログラムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、プラズマを用い、鋼材等の導電性を有する被加工材料の表面に皮膜を形成するための成膜装置に関し種々提案されている。
例えば、上述した被加工材料の表面にダイヤモンドライクカーボン（以下、「ＤＬＣ」という。）成膜処理する技術が特許文献１等により知られている。

【0003】

この特許文献１に開示された技術では、プラズマ生成装置がマイクロ波供給口である石英窓を通して処理容器内の被加工材料に向けマイクロ波を供給することにより、石英窓内面の周辺領域にプラズマが生成される。被加工材料は例えば棒状であり、石英窓内面から処理容器内に突出するように配置され、生成されたプラズマに覆われた被加工材料の石英窓内面の周辺部分にはシース層が生成される。続いて、マイクロ波の供給中に、プラズマ生成装置が被加工材料へ負のバイアス電圧を印加する。

【0004】

この結果、被加工材料の表面に生成されたシース層は被加工材料の表面に沿って拡大する。また同時に、供給されたマイクロ波は、この拡大されたシース層に沿って高エネルギー密度の表面波として伝搬する。このとき、高エネルギー密度の表面波により石英窓内面周辺から離れた被加工材料の表面にもプラズマが生成され、シース層も生成される。この新たに生成されたシース層も負のバイアス電圧によって拡大され、この拡大されたシース層に沿ってマイクロ波が高エネルギー密度の表面波としてさらに伝搬する。これにより、被加工材料の石英窓周辺から離れた部分へ、すなわち、被加工材料の石英窓側の一端から処理容器内に突出した他端へとプラズマが伸長する。この結果、原料ガスが表面波によってプラズマ励起されて高密度プラズマとなり、被加工材料の表面全体にＤＬＣ成膜処理される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−４７２０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、前記した特許文献１に開示された技術では、被加工材料に印加される負のバイアス電圧は一定である。そのため、シース層内を高エネルギー密度の表面波として伝搬するマイクロ波の一部が、被加工材料のマイクロ波の供給側とは反対側において反射され、被加工材料のマイクロ波伝搬方向に沿った定在波となる。その結果、表面波によってプラズマ励起される高密度プラズマに定在波分布に応じたプラズマ密度分布が生じて、皮膜の膜厚、膜硬度等の膜特性が不均一になるという問題がある。

【0007】

そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、被加工材料の表面に形成された皮膜の膜厚、膜硬度等の膜特性を均一化することができる成膜装置、成膜方法及び成膜プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記目的を達成するため請求項１に係る成膜装置は、導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御部と、を備え、前記マイクロ波供給部は、供給するマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波供給口を有し、前記制御部は、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に電圧値の異なる複数種類のパルス状の負のバイアス電圧を順次印加して、前記シース層のシース厚さの拡大と減縮を繰り返すように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする。

【0011】

また、請求項２に係る成膜装置は、導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御部と、を備え、前記マイクロ波供給部は、供給するマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波供給口を有し、前記制御部は、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に印加される前記負のバイアス電圧の電圧値を１パルス毎又は複数パルス毎に徐々に変化させて、前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする。

【0012】

また、請求項３に係る成膜装置は、導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御部と、を備え、前記マイクロ波供給部は、供給するマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波供給口を有し、前記制御部は、前記被加工材料に前記負のバイアス電圧を印加する負電圧電極の形状が、前記シース層内を前記マイクロ波が表面波として伝搬する伝搬方向において、不連続部を形成する場合には、前記シース層内を伝搬する前記表面波の波長に基づいて前記負のバイアス電圧の電圧値を変化させて、前記シース層のシース厚さを変化させることを特徴とする。

【0013】

更に、請求項４に係る成膜装置は、導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御部と、を備え、前記マイクロ波供給部は、供給するマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波供給口を有し、前記マイクロ波供給部は、前記被加工材料にパルス状のマイクロ波を供給し、前記制御部は、前記マイクロ波の１パルス内において、前記負のバイアス電圧の電圧値を変化させて前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする。

【0014】

また、請求項５に係る成膜方法は、導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、制御部と、を備えた成膜装置で実行される成膜方法であって、前記制御部が実行する、前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を備え、前記制御部は、前記制御工程において、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に電圧値の異なる複数種類のパルス状の負のバイアス電圧を順次印加して、前記シース層のシース厚さの拡大と減縮を繰り返すように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする。
また、請求項６に係る成膜方法は、導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、制御部と、を備えた成膜装置で実行される成膜方法であって、前記制御部が実行する、前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を備え、前記制御部は、前記制御工程において、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に印加される前記負のバイアス電圧の電圧値を１パルス毎又は複数パルス毎に徐々に変化させて、前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする。
更に、請求項７に係る成膜方法は、導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、制御部と、を備えた成膜装置で実行される成膜方法であって、前記制御部が実行する、前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を備え、前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波供給工程において、前記被加工材料にパルス状のマイクロ波を供給し、前記制御部は、前記制御工程において、前記マイクロ波の１パルス内において、前記負のバイアス電圧の電圧値を変化させて前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御することを特徴とする。

【0015】

また、請求項８に係る成膜プログラムは、導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、を備えた成膜装置を制御するコンピュータによって、前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を前記成膜装置に実行させる成膜プログラムであって、前記制御工程において、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に電圧値の異なる複数種類のパルス状の負のバイアス電圧を順次印加して、前記シース層のシース厚さの拡大と減縮を繰り返すように前記負電圧印加部を駆動制御するように前記成膜装置に実行させるためのプログラムである。
また、請求項９に係る成膜プログラムは、導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、を備えた成膜装置を制御するコンピュータによって、前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を前記成膜装置に実行させる成膜プログラムであって、前記制御工程において、前記マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、前記被加工材料に印加される前記負のバイアス電圧の電圧値を１パルス毎又は複数パルス毎に徐々に変化させて、前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御するように前記成膜装置に実行させるためのプログラムである。
更に、請求項１０に係る成膜プログラムは、導電性を有する被加工材料にマイクロ波供給口を介してマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、を備えた成膜装置を制御するコンピュータによって、前記マイクロ波供給部を介して前記被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、前記負電圧印加部を介して前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加工程と、前記マイクロ波供給口を介して供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波伝搬工程と、前記マイクロ波供給部と前記負電圧印加部とを制御する制御工程と、を前記成膜装置に実行させる成膜プログラムであって、前記マイクロ波供給工程において、前記被加工材料にパルス状のマイクロ波を供給し、前記制御工程において、前記マイクロ波の１パルス内において、前記負のバイアス電圧の電圧値を変化させて前記シース層のシース厚さを変化させるように前記負電圧印加部を駆動制御するように前記成膜装置に実行させるためのプログラムである。

【発明の効果】

【0016】

請求項１に係る成膜装置、請求項５に係る成膜方法、及び請求項８に係る成膜プログラムでは、マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、被加工材料に電圧値の異なる複数種類のパルス状の負のバイアス電圧を順次印加して、シース層のシース厚さの拡大と減縮を繰り返す。これにより、シース層内を高エネルギー密度の表面波として伝搬するマイクロ波によって生成される定在波の分布変化を均一化することができ、被加工材料の表面に形成された皮膜の膜厚、膜硬度等の膜特性を均一化することができる。

【0019】

また、請求項２に係る成膜装置、請求項６に係る成膜方法、及び請求項９に係る成膜プログラムでは、マイクロ波供給部によるマイクロ波の供給中に、被加工材料に印加される負のバイアス電圧の電圧値を１パルス毎又は複数パルス毎に徐々に変化させることによって、被加工材料の表面に所望の膜特性を有する皮膜を形成することができる。

【0020】

例えば、負のバイアス電圧の電圧値を１パルス毎又は複数パルス毎に徐々に大きくした場合には、被加工材料の表面に形成される皮膜の硬度が徐々に大きくなり、皮膜の被加工材料への密着性の向上を図ることできる。また、負のバイアス電圧の電圧値を１パルス毎又は複数パルス毎に徐々に小さくした場合には、被加工材料の表面に形成される皮膜の硬度が徐々に小さくなり、摺動する接触部材へのなじみの向上を図ることができる。

【0021】

また、請求項３に係る成膜装置では、被加工材料に負のバイアス電圧を印加する負電圧電極の形状が、シース層内をマイクロ波が伝搬する伝搬方向において、不連続部を形成する場合には、シース層内を伝搬する表面波の波長に基づいて負のバイアス電圧の電圧値を変化させる。これにより、定在波の分布を変化させることが可能となり、被加工材料の表面に形成された皮膜の膜厚、膜硬度等の膜特性を均一化することができる。

【0022】

更に、請求項４に係る成膜装置、請求項７に係る成膜方法、及び請求項１０に係る成膜プログラムでは、パルス状のマイクロ波の１パルス内において、負のバイアス電圧の電圧値を変化させてシース層のシース厚さを変化させることによって、被加工材料の表面に沿って生成されたシース層によりプラズマを高速で伸長させることができる。また、プラズマが安定した場合には、所定シース厚さで被加工材料の表面に皮膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】第１実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す説明図である。

【図2】第１実施形態に係る成膜装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図3】プラズマ電子密度１０¹²ｃｍ^-3におけるシース層のシース厚さと表面波の波長の解析結果の一例を示す図である。

【図4】シース層のシース厚さ１ｍｍにおけるプラズマの電子密度と表面波の波長の解析結果の一例を示す図である。

【図5】負のバイアス電圧を一定電圧にしたときにおけるプラズマの電子密度とシース層のシース厚さの解析結果の一例を示す図である。

【図6】不連続部における表面波の反射を説明する説明図である。

【図7】シース厚さの変化に対する表面波の定在波分布の変化を説明する説明図である。

【図8】表面波の定在波分布が変化しときの不連続部からの距離と定在波強度との一例を示す図である。

【図9】マイクロ波パルスの波形、及び負のバイアス電圧パルスの波形の模式図である。

【図10】第１実施形態に係る制御部のＲＯＭに格納される駆動電圧テーブルの一例を示す図である。

【図11】第１実施形態に係る制御部のＣＰＵが実行する「成膜処理」を示すメインフローチャートである。

【図12】図１１の「シース厚さ制御処理１」のサブ処理を示すサブフローチャートである。

【図13】マイクロ波パルスの１パルス毎に異なる負のバイアス電圧を印加した一例を示す図である。

【図14】第２実施形態に係る制御部のＣＰＵが、マイクロ波パルスの１パルス内で負のバイアス電圧の電圧値を変化させた一例を示すである。

【図15】第２実施形態に係る制御部のＣＰＵが実行する「シース厚さ制御処理２」のサブ処理を示すサブフローチャートである。

【図16】図１４に対応するプラズマ伸長状態を説明する説明図である。

【図17】第３実施形態に係る成膜装置において、マイクロ波パルスの１パルス毎に異なる負のバイアス電圧を印加した一例を示す図である。

【図18】図１７に対する成膜状態を説明する説明図である。

【図19】図１７のＤＬＣ膜の厚さ方向の硬度変化を説明する説明図である。

【図20】第４実施形態に係る成膜装置において、マイクロ波パルスの１パルス毎に異なる負のバイアス電圧を印加した一例を示す図である。

【図21】第４実施形態に係る成膜装置において、マイクロ波パルスの２パルス毎に異なる負のバイアス電圧を印加した一例を示す図である。

【図22】第５実施形態に係る成膜装置において、マイクロ波パルスの１パルス毎に異なる負のバイアス電圧を印加した一例を示す図である。

【図23】第６実施形態に係る成膜装置において、マイクロ波パルスの１パルス毎に異なる負のバイアス電圧を印加した一例を示す図である。

【図24】図２３に対する成膜状態を説明する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明に係る成膜装置について具体化した第１実施形態乃至第７実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、第１実施形態に係る成膜装置１の概略構成について図１及び図２に基づいて説明する。

【0025】

［第１実施形態］
図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る成膜装置１は、処理容器２、真空ポンプ３、ガス供給部５、及び制御部６等から構成されている。処理容器２は、ステンレス等の金属製であって、気密構造の処理容器である。真空ポンプ３は、圧力調整バルブ７を介して処理容器２の内部を真空排気可能なポンプである。処理容器２の内部には、成膜対象である導電性を有する被加工材料８が、ステンレス等で形成された導電性を有する保持具９により保持されている。

【0026】

被加工材料８の材質は、導電性を有していれば、特に限定されるものではないが、第１実施形態では低温焼戻し鋼である。ここで低温焼戻し鋼とは、ＪＩＳ Ｇ４０５１（機械構造用炭素鋼鋼材）、Ｇ４４０１（炭素工具鋼鋼材）、Ｇ４４−４（合金工具用鋼材）、又はマルエージング鋼材などの材料である。被加工材料は、低温焼戻し鋼以外にも、セラミック、または樹脂に導電性の材料がコーティングされているものでもよい。

【0027】

ガス供給部５は、処理容器２の内部に成膜用の原料ガスと不活性ガスとを供給する。具体的には、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、またはＸｅなどの不活性ガスとＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₂、又はＴＭＳ（テトラメチルシラン）等の原料ガスとが供給される。第１実施形態では、Ｃ₂Ｈ₂、ＣＨ₄、およびＴＭＳの原料ガスにより被加工材料８がＤＬＣ成膜処理されるとして説明する。

【0028】

また、ガス供給部５から供給される原料ガス、および不活性ガスの流量、および圧力が後述するＣＰＵ３１により制御されてもよいし、作業者により制御されてもよい。また、原料ガスは、アルキン、アルケン、アルカン、芳香族化合物などのＣＨ結合を有する化合物、または炭素が含まれる化合物が含まれるガスであればよい。また、Ｈ₂が原料ガスに含まれてもよい。

【0029】

処理容器２の内部に保持された被加工材料８に対してＤＬＣ成膜処理を行うためのプラズマが発生される。このプラズマは、マイクロ波パルス制御部１１、マイクロ波発振器１２、マイクロ波電源１３（図２参照）、負電圧電源１５、及び負電圧パルス発生部１６により発生される。第１実施形態では、特開２００４−４７２０７号公報に開示された方法（以下、「ＭＶＰ法（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ法）」という。）により表面波励起プラズマが発生されるとして説明する。以降の記載では、ＭＶＰ法を説明する。

【0030】

マイクロ波パルス制御部１１は制御部６の指示に従い、パルス信号を発振し、この発振したパルス信号をマイクロ波発振器１２へ供給する。マイクロ波発振器１２は、マイクロ波パルス制御部１１からのパルス信号に従って、マイクロ波パルスを発生する。マイクロ波電源１３は、制御部６の指示従い、指示された出力で２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振するマイクロ波発振器１２へ電力を供給する。つまり、マイクロ波発振器１２は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波パルス制御部１１からのパルス信号に従って、パルス状のマイクロ波パルスで後述するアイソレータ１７に供給する。

【0031】

そして、マイクロ波パルスは、マイクロ波発振器１２からアイソレータ１７、チューナー１８、導波管１９、導波管１９から図示されない同軸導波管変換器を介して突設された同軸導波管２１、及び石英などのマイクロ波を透過する誘電体等からなるマイクロ波供給口２２を経由し、保持具９及び被加工材料８の処理表面に供給される。アイソレータ１７は、マイクロ波の反射波がマイクロ波発振器１２へ戻ることを防ぐものである。チューナー１８は、マイクロ波の反射波が最小になるようにチューナー１８前後のインピーダンスを整合するものである。

【0032】

マイクロ波供給口２２の上端面２２Ａを除く外周面は、ステンレス等の金属で形成された側面電極２３で被覆されている。側面電極２３は、処理容器２の内側面にネジ止め等によって固定され、電気的に処理容器２に接続されている。マイクロ波供給口２２の中央には同軸導波管２１の中心導体が延長されている。保持具９も中心導体の延長上にあり、マイクロ波供給口２２内では中心導体となる。従って、マイクロ波供給口２２の中心導体と側面電極２３とで同軸導波管として機能する。

【0033】

このため、マイクロ波供給口２２に供給されたマイクロ波パルスによって、保持具９が設けられた上端面２２Ａ付近にマイクロ波が伝搬してプラズマが生成される。また、被加工材料８の保持具９に対して反対側の部分は、マイクロ波供給口２２に対して処理容器２の内側に向かって突出するように配置され、負のバイアス電圧パルスを印加するための負電圧電極２５が電気的に接続されている。

【0034】

マイクロ波供給口２２の中心導体は真空を保持するため、途中で分断されているが、誘電体とのろう付け等で真空が保持されれば、貫通していてもよい。被加工材料８は、例えば棒状であり、マイクロ波供給口２２の中心導体の延長線上に保持される。保持具９の替わりに被加工材料８の一部がマイクロ波供給口２２内の中心導体となるように保持されてもよい。

【0035】

負電圧電源１５は、制御部６の指示に従い、負電圧パルス発生部１６に負のバイアス電圧を供給する。負電圧パルス発生部１６は、負電圧電源１５から供給された負のバイアス電圧をパルス化する。このパルス化の処理は、負電圧パルス発生部１６が制御部６の指示に従い、負のバイアス電圧パルスの大きさ、周期、及び、デューティ比を制御する処理である。このパルス状の負のバイアス電圧である負のバイアス電圧パルスが、処理容器２の内部に保持された被加工材料８に負電圧電極２５を介して印加される。

【0036】

即ち、被加工材料８が、金属基材の場合、またはセラミック、または樹脂に導電性の材料がコーティングされた場合であっても、被加工材料８の少なくとも処理表面全域に負のバイアス電圧パルスが印加される。また、保持具９の表面全域にも被加工材料８を介して負のバイアス電圧パルスが印加される。

【0037】

図７に示すように、発生されたマイクロ波パルス、および負のバイアス電圧パルスの少なくとも一部が同一時間に印加されるように制御されることにより表面波励起プラズマ４５が発生される。マイクロ波は２．４５ＧＨｚに限らず、０．３ＧＨｚ〜５０ＧＨｚの周波数であればよい。負電圧電源１５、および負電圧パルス発生部１６が本発明の負電圧印加部の一例である。

【0038】

マイクロ波制御部１１、マイクロ波発振器１２、マイクロ波電源１３、アイソレータ１７、チューナー１８、導波管１９、同軸導波管２１およびマイクロ波供給口２２が本発明のマイクロ波供給部の一例である。尚、成膜装置１は負電圧電源１５、および負電圧パルス発生部１６を備えたが、正電圧電源、および正電圧パルス発生部を備えても良いし、負電圧パルス発生部１６の代わりに、パルス状の負のバイアス電圧でなく、連続する負のバイアス電圧を印加する負電圧発生部を備えてもよい。

【0039】

成膜装置１が、連続する負のバイアス電圧を印加する負電圧発生部を備える場合、正電圧パルス発生部も備えるのが望ましい。連続する負のバイアス電圧が、被加工材料８に印加され続けると、アーキングが発生しやすくなる。このアーキングの発生を低減するためにパルス状の正のバイアス電圧が、負のバイアス電圧が印加される期間の内、負のバイアス電圧が印加される期間の数パーセントの期間において印加されるのが望ましい。

【0040】

図２に示すように、制御部６は、負電圧電源１５とマイクロ波電源１３に制御信号を出力してマイクロ波パルスの印加電力と負電圧パルスの印加電圧を制御する。制御部６は、負電圧パルス発生部１６及びマイクロ波パルス制御部１１に制御信号を出力することによって、パルス状の負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、供給電圧、及びマイクロ波発振器１２から発生されるマイクロ波パルスの供給タイミング、及び供給電力を制御する。

【0041】

また、制御部６は、ガス供給部５に流量制御信号を出力して原料ガス及び不活性ガスの供給を制御する。制御部６は、処理容器２に取り付けられた真空計２６から入力される処理容器２内の圧力を表す圧力信号に基づいて、制御信号を圧力調整バルブ７に出力して、処理容器２内の圧力を制御する。

【0042】

制御部６は、ＣＰＵ３１、ＲＡＭ３２、ＲＯＭ３３、ハードディスクドライブ（以下、「ＨＤＤ」という。）３４、時間を計測するタイマ３５、図１１に示す「シース厚さ制御処理１」のサブ処理の処理時間を計測する終了判定用タイマ３６等を備え、コンピュータから構成される。ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３２等の揮発性記憶装置に種々の情報を一時記憶し、図１１に示す成膜処理等のプログラムを実行して、成膜装置１の全体の制御を行う。ＲＯＭ３３とＨＤＤ３４は、不揮発性記憶装置であり、図１１に示す成膜処理等のプログラム、図９に示すマイクロ波パルスと負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、図１０に示す印加電圧テーブル５５等を記憶している。

【0043】

更に、制御部６には、圧力調整バルブ７、真空計２６、負電圧電源１５、負電圧パルス発生部１６、マイクロ波パルス制御部１１、ガス供給部５、及びマイクロ波電源１３が電気的に接続されている。尚、図１１に示す成膜処理のプログラムは、図示しないドライバによりＣＤ−ＲＯＭ、またはＤＶＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体から読み込まれてもよいし、図示しないインターネットなどのネットワークからダウンロードされてもよい。

【0044】

［表面波励起プラズマの説明］
通常、表面波励起プラズマを発生させる場合、ある程度以上の電子（イオン）密度におけるプラズマと、これに接する誘電体との界面に沿ってマイクロ波が供給される。供給されたマイクロ波は、この界面に電磁波のエネルギーが集中した状態で表面波として伝播される。その結果、界面に接するプラズマは高エネルギー密度の表面波によって励起され、さらに増幅される。これにより高密度プラズマが生成されて維持される。ただし、この誘電体を導電性材料に換えた場合、導電性材料は表面波の導波路としては機能せず、好ましい表面波の伝播及びプラズマ励起を生ずることはできない。

【0045】

一方、プラズマに接する物体の表面近傍には、本質的に単一極性の荷電粒子層、いわゆるシース層が形成される。物体が、負のバイアス電圧を加えた導電性を有する被加工材料８の場合、シース層とは電子密度が低い層、すなわち、正極性であって、マイクロ波の周波数帯においてはほぼ比誘電率ε≒１の層である。このため、印加する負のバイアス電圧の絶対値を例えば−１００Ｖの絶対値より大きくすることによりシース層のシース厚さを厚くできる。すなわちシース層が拡大する。このシース層が、プラズマとプラズマに接する物体との界面に表面波を伝播させる誘電体として作用する。

【0046】

従って、被加工材料８を保持する保持具９の一端に近接して配置されたマイクロ波供給口２２からマイクロ波が供給され、かつ被加工材料８及び保持具９に負のバイアス電圧が印加されると、マイクロ波はシース層とプラズマとの界面に沿って表面波として伝搬する。この結果、被加工材料８及び保持具９の表面に沿って表面波に基づく高密度励起プラズマが発生する。この高密度励起プラズマが、上述した表面波励起プラズマ４５である。

【0047】

このような被加工材料８の表面の近傍での表面波励起による高密度プラズマの電子密度は１０¹¹〜１０¹²ｃｍ^-3に達する。このＭＶＰ法を用いたプラズマＣＶＤによりＤＬＣ成膜処理される場合は、通常の負のバイアス電圧エネルギーのプラズマＣＶＤによりＤＬＣ成膜処理される場合よりも１桁から２桁高い成膜速度３〜３０（ナノｍ／秒）が得られる。この結果、ＭＶＰ法によるプラズマＣＶＤの成膜時間は通常のプラズマＣＶＤの成膜時間の１／１０〜１／１００となる。

【0048】

ここで、プラズマの電子密度が１０¹²ｃｍ^-3における、被加工材料８の表面に形成されたシース層のシース厚さとシース層を伝搬する表面波の波長との関係について図３に基づいて説明する。尚、被加工材料８は、直径１０ｍｍの円柱状に形成されている。

【0049】

図３に示すように、例えば、シース厚さ約０．４ｍｍのときの表面波の波長は、約３０ｍｍである。また、シース厚さ約０．６ｍｍのときの表面波の波長は、約３９ｍｍである。また、シース厚さ約１．０ｍｍのときの表面波の波長は、約５２ｍｍである。従って、シース層のシース厚さが厚くなるに従って、表面波の波長は長くなる。つまり、シース層のシース厚さを大きくすることによって、表面波の波長を長くすることができ、シース層のシース厚さを小さくすることによって、表面波の波長を短くすることができる。

【0050】

次に、シース層のシース厚さが１ｍｍにおける、プラズマの電子密度と表面波の波長との関係について図４に基づいて説明する。尚、黒丸印は、被加工材料８が直径１ｍｍの円柱の時のデータを表している。黒四角印は、被加工材料８が直径１０ｍｍの円柱の時のデータを表している。

【0051】

図４に示すように、例えば、プラズマの電子密度が２×１０¹¹ｃｍ^-3の時には、被加工材料８が直径１ｍｍの場合の表面波の波長は、約３９ｍｍであり、被加工材料８が直径１０ｍｍの場合の表面波の波長は、約１９ｍｍである。また、プラズマの電子密度が約１０¹²ｃｍ^-3の時には、被加工材料８が直径１ｍｍの場合の表面波の波長は、約７３ｍｍであり、被加工材料８が直径１０ｍｍの場合の表面波の波長は、約５２ｍｍである。従って、プラズマの電子密度が高くなるに従って、表面波の波長は長くなる。つまり、マイクロ波の出力を大きくしてプラズマの電子密度を上昇させることによって、表面波の波長を長くすることができ、マイクロ波の出力を小さくしてプラズマの電子密度を低下させることによって、表面波の波長を短くすることができる。

【0052】

次に、負のバイアス電圧を一定電圧にしたときにおける、プラズマの電子密度とシース層のシース厚さとの関係について図５に基づいて説明する。尚、負のバイアス電圧は、０Ｖ、−２００Ｖ、−４００Ｖとし、プラズマ電位を＋３０Ｖとした。従って、プラズマ電位に対する被加工材料８の電位であるシース電位が約−３０Ｖ、約−２３０Ｖ、約−４３０Ｖのそれぞれについてプラズマの電子密度とシース層のシース厚さとを解析した。

【0053】

図５に示すように、例えば、プラズマの電子密度が５×１０¹¹ｃｍ^-3では、負のバイアス電圧が−３０Ｖの時のシース層のシース厚さは、約０．１ｍｍであり、負のバイアス電圧が−２３０Ｖの時のシース層のシース厚さは、約０．５ｍｍであり、負のバイアス電圧が−４３０Ｖの時のシース層のシース厚さは、約０．９ｍｍである。また、プラズマの電子密度が１０¹²ｃｍ^-3では、負のバイアス電圧が−３０Ｖの時のシース層のシース厚さは、約０．０６ｍｍであり、負のバイアス電圧が−２３０Ｖの時のシース層のシース厚さは、約０．４ｍｍであり、負のバイアス電圧が−４３０Ｖの時のシース層のシース厚さは、約０．６ｍｍである。

【0054】

従って、プラズマの電子密度が一定の場合には、負のバイアス電圧が大きくなるに従って、シース層のシース厚さは大きくなる。つまり、マイクロ波パルスの出力電力をほぼ一定にしてプラズマの電子密度をほぼ一定にした場合には、負のバイアス電圧を大きくすることによって、シース層のシース厚さを大きくすることができ、負のバイアス電圧を小さくすることによって、シース層のシース厚さを小さくすることができる。

【0055】

［表面波の定在波分布］
次に、表面波の定在波分布について図３、図６乃至図８に基づいて説明する。
図６（Ａ）に示すように、被加工材料８の先端部と負電圧電極２５との接続部分において、マイクロ波の供給方向である図６（Ａ）中の上下方向において、不連続な形状の不連続部４１が形成されている場合には、不連続部４１の周辺の表面に形成されるシース層４２が不連続な形状になる。そのため、シース層４２内を表面波として伝搬するマイクロ波は、この不連続部４１の周辺に形成されたシース層４２の不連続な部分で反射され、マイクロ波供給口２２の上端面２２Ａから供給されるマイクロ波による表面波と干渉して、定在波を生成する。

【0056】

例えば、図７（Ａ）に模式的に示すように、シース層４２のマイクロ波の伝搬方向に対して直交する方向のシース厚さが小さい場合には、図３に示すようにシース層４２内を伝搬する表面波の波長は短くなるため、不連続部４１で反射された表面波は、シース厚さ、プラズマの電子密度、及び被加工材料８の直径で定まる波長で定在波４３を生成し、表面波励起プラズマ４５が定在波４３の１/２周期で密度分布する。そのため、表面波励起プラズマ４５のプラズマ密度分布は、被加工材料８のマイクロ波の供給方向にプラズマ密度が低い節がいくつか発生し、各節の間にプラズマ密度が極大になる極大部が発生する。

【0057】

また、例えば、図７（Ｂ）に模式的に示すように、シース層４２のシース厚さが大きい場合には、図３に示すようにシース層４２内を伝搬する表面波の波長は長くなる。このため、図７（Ａ）に示す表面波よりも長い波長の表面波が、不連続部４１で反射されるので生成される定在波４４の波長も長くなり、表面波励起プラズマ４５が定在波４６の１/２周期で密度波分布する。そのため、表面波励起プラズマ４５のプラズマ密度分布は、図７（Ａ）に示すプラズマ密度の節よりも少ない数のプラズマ密度が低い節が発生し、各節の間とマイクロ波供給口２２の上端面２２Ａ近傍にプラズマ密度が極大になる極大部が発生する。

【0058】

図７（Ａ）、及び図７（Ｂ）に示すように、成膜中に、プラズマ密度が極大になる位置とプラズマ密度が極小になる位置とが固定されると、成膜終了後の被加工材料８の処理表面に膜厚、膜硬度等の膜特性が不均一となるＤＬＣ膜が成膜されてしまう。従って、成膜中に、プラズマ密度を均一化するため、プラズマ密度が極大になる位置とプラズマ密度が極小になる位置とを変動させてＤＬＣ成膜処理されるのが望ましい。

【0059】

ここで、上記図３に示すように、プラズマの電子密度が１０¹²ｃｍ^-3において、２．４５ＧＨｚのマイクロ波で励起されるシース厚さ約０．４ｍｍのときの表面波の波長は、約３０ｍｍである。また、図５に示すように、このときの負のバイアス電圧は、約−２００Ｖ（シース電位は、−２３０Ｖ）である。一方、表面波の波長を例えば１/４波長だけ長くして約３７．５ｍｍとするには、図５から負のバイアス電圧は、約−３５８Ｖ（シース電位は、−３８８Ｖ）で、図３に示すように、シース厚さは、約０．５７ｍｍにとなる。

【0060】

従って、図７に示すように、プラズマの電子密度が１０¹²ｃｍ^-3において、負のバイアス電圧を約−２００Ｖから約−３５８Ｖの間で変化させて、シース層４２のシース厚さを約０．４ｍｍと約０．５７ｍｍの間で変化させる。これにより、図８に示すように、不連続部４１で反射された表面波によって生成される定在波は、表面波の波長が約３０ｍｍのときの定在波４７と、表面波の波長が約３７．５ｍｍのときの定在波４８との間で変化する。従って、表面波励起プラズマ４５のプラズマ密度分布が、定在波４７と定在波４８との間で変化するため、成膜中に、プラズマ密度が極大になる位置とプラズマ密度が極小になる位置とが変動する。よって、被加工材料８の処理表面に形成されるＤＬＣ膜の膜厚や膜硬度等の膜特性の均一化を図ることができる。

【0061】

また、図８において、縦軸は、相対的な定在波強度を示し、横軸は、不連続部４１からの距離を示す。図８に示すように、表面波波長を約３０ｍｍから約３７．５ｍｍまでの間で変化させた場合には、表面波励起プラズマ４５のプラズマ密度分布は、各定在波４７、４８の１／２周期で密度波分布する。そのため、定在波４７によって生成されるプラズマ密度が極大になる各極大部の不連続部４１からの距離は、約７．５ｍｍ、約２２．５ｍｍ、約３７．５ｍｍ、約５２．５ｍｍ、約６７．５ｍｍ・・・の位置に発生している。

【0062】

また、定在波４８によって生成されるプラズマ密度が極大になる各極大部の不連続部４１からの距離は、約１０ｍｍ、約３０ｍｍ、約５０ｍｍ、約７０ｍｍ、約９０ｍｍ・・・の位置に発生している。従って、表面波励起プラズマ４５のプラズマ密度分布の各極大部の移動量は、不連続部４１から離れるに従ってＬ１＝約２．５ｍｍ、Ｌ２＝約７．５ｍｍ、Ｌ３＝約１２．５ｍｍ、Ｌ４＝約１７．５ｍｍ、Ｌ５＝約２２．５ｍｍ、・・・となる。つまり、定在波４７と定在波４８との間でのプラズマ密度が極大になる位置、又は、プラズマ密度が極小になる位置の各移動量Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・は、不連続部４１から離れるに従って大きくなっている。

【0063】

従って、図６（Ｂ）に示すように、被加工材料８の先端部と負電圧電極２５との間に、被加工材料８と連続な形状を有し、所定長さ（例えば、長さ約２０ｍｍ〜約６０ｍｍである。）のステンレス等で形成された導電性を有する連結部材４９を設けるようにしてもよい。これにより、被加工材料８の処理表面におけるプラズマ密度分布の変化量、つまり、プラズマ密度が極大になる位置、又は、プラズマ密度が極小になる位置の移動量を更に大きくすることができ、被加工材料８の処理表面に形成されるＤＬＣ膜の膜厚や膜硬度等の膜特性の更なる均一化を図ることができる。

【0064】

次に、マイクロ波パルスと負のバイアス電圧パルスの印加タイミングの一例について図９に基づいて説明する。
図９に示すように、マイクロ波パルス５１の周期は、Ｔ３（秒）である。マイクロ波パルス５１の１パルス毎の供給時間は、Ｔ２（秒）であり、第１実施形態では、Ｔ２はＴ３の約１／２に設定されている。また、負のバイアス電圧パルス５２の周期は、マイクロ波パルス５１の周期と同じ周期で、Ｔ３（秒）である。例えば、マイクロ波パルス５１と負のバイアス電圧パルス５２の周期は、Ｔ３＝２（ミリ秒）である。

【0065】

負のバイアス電圧パルス５２の印加時間は、（Ｔ２−Ｔ１）（秒）であり、マイクロ波パルス５１の供給時間Ｔ２（秒）の９０％以上の時間に設定されている。そして、負のバイアス電圧パルス５２の印加タイミングは、マイクロ波パルス５１の供給開始タイミングよりもＴ１（秒）だけ遅延するように設定されている。つまり、マイクロ波パルス５１が立ち上がり、電力が安定した後に、負のバイアス電圧パルス５２が印加されるように設定されている。例えば、遅延時間Ｔ１＝８（マイクロ秒）である。各時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３（秒）を示す情報は、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に記憶されている。

【0066】

次に、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に記憶されている印加電圧テーブル５５の一例について図１０に基づいて説明する。
図１０に示すように、印加電圧テーブル５５は、「順番」と、「マイクロ波出力（ｋＷ）」と、「負のバイアス電圧（Ｖ）」とから構成されている。この「順番」には、マイクロ波パルスを供給する順番「１」〜「Ｍ」（回目）が記憶されている。

【0067】

また、「マイクロ波出力（ｋＷ）」には、マイクロ波パルス５１を供給する「順番」に対応づけて、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の出力が記憶されている。尚、第１実施形態では、ほぼ１（ｋＷ）で一定値である。また、「負のバイアス電圧（Ｖ）」には、マイクロ波パルス５１を供給する「順番」に対応づけて、負電圧電極２５に印加する負のバイアス電圧パルス５２の負の印加電圧値が記憶されている。つまり、シース層４２のシース厚さを所定範囲の間で変化させるように設定された負のバイアス電圧パルス５２の負の印加電圧値が、マイクロ波パルス５１を供給する「順番」に対応づけて記憶されている。

【0068】

例えば、プラズマの電子密度が１０¹²ｃｍ^-3において、シース層４２のシース厚さを約０．４ｍｍから約０．５７ｍｍの間で変化させるように、負の印加電圧値を約−２００Ｖから約−３５８Ｖの間で、一定サイクル又はランダムに変化させた負の印加電圧値が、マイクロ波パルス５１を供給する「順番」に対応づけて記憶されている。

【0069】

［成膜処理］
次に、上記のように構成された成膜装置１のＣＰＵ３１が実行する処理であって、被加工材料８の処理表面にＤＬＣ膜を成膜する成膜処理について図１１乃至図１３に基づいて説明する。この成膜処理は、保持具９に保持された被加工材料８が処理容器２の内部にセットされた状態で、作業者による成膜処理開始の指示が、不図示の操作部に設けられた操作ボタンを介して成膜装置１の制御部６に入力されたことをＣＰＵ３１が検知することにより実行される。

【0070】

図１１に示すように、先ず、ステップ（以下、Ｓと略記する）１１において、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４から図９に示すマイクロ波パルス５１の周期Ｔ３（秒）を示す情報、１パルス毎の供給時間Ｔ２（秒）を示す情報を読み出し、ＲＡＭ３２に記憶する。例えば、マイクロ波パルス５１の周期Ｔ３は２（ミリ秒）であり、１パルス毎の供給時間Ｔ２は１（ミリ秒）である。また、印加電圧テーブル５５、及び後述するイオンクリーニングパラメータもＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４から読み出し、ＲＡＭ３２に記憶する。

【0071】

また、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４から図９に示す負のバイアス電圧パルス５２の周期Ｔ３（秒）を示す情報、１パルス毎の印加時間（Ｔ２−Ｔ１）（秒）を示す情報、マイクロ波パルス５１の供給開始タイミングからの遅延時間Ｔ１（秒）を示す情報を読み出し、ＲＡＭ３２に記憶する。例えば、負のバイアス電圧パルス５２の周期Ｔ３は２（ミリ秒）であり、１パルス毎の印加時間（Ｔ２−Ｔ１）は９９２（マイクロ秒）であり、遅延時間Ｔ１は８（マイクロ秒）である。尚、遅延時間Ｔ１は、約５（マイクロ秒）〜２０（マイクロ秒）に設定されてもよい。また、各時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３（秒）は、作業者が不図示の操作部を介して成膜装置１の制御部６に入力するようにしてもよい。

【0072】

そして、Ｓ１２において、ＣＰＵ３１は、所定のパラメータをＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４から読み出して、ＲＡＭ３２に記憶し、真空ポンプ３を起動させる。所定のパラメータは、イオンクリーニングパラメータ、ガス流量値等のパラメータである。これらのパラメータは、作業者により手動で設定されてもよいし、予めＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に記憶されたパラメータに基づき、自動で設定されてもよい。イオンクリーニングパラメータは、後述するイオンクリーニング処理のパラメータである。

【0073】

続いて、Ｓ１３において、ＣＰＵ３１は、真空計２６から入力される圧力信号に基づいて、処理容器２の内部が、所定の真空度（例えば、１．０Ｐａ未満である。）になったか否かを判定する判定処理を実行する。この所定の真空度は、予めＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に記憶されている。そして、処理容器２の内部が、所定の真空度に達していないと判定した場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、再度、Ｓ１３の処理を実行する。

【0074】

一方、処理容器２の内部が、所定の真空度（例えば、１．０Ｐａ未満である。）に達したと判定した場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ１４の処理に移行する。Ｓ１４において、ＣＰＵ３１は、イオンクリーニングパラメータである不活性ガスＡｒのガス流量値（例えば、ガス流量２００ｓｃｃｍである。）をＲＡＭ３２から読み出し、ガス供給部５に対して読み出されたガス流量値で処理容器２内へ不活性ガスＡｒの供給をするように指示する供給信号を出力する。つまり、不活性ガスＡｒの供給が開始される。

【0075】

その後、Ｓ１５において、ＣＰＵ３１は、圧力調整バルブ７を介して処理容器２内の原料ガス及び不活性ガスを一定流量で排気するように設定し、処理容器２の内部が所定圧力になるように調整する。続いて、Ｓ１６において、ＣＰＵ３１は、真空計２６から入力される圧力信号に基づいて、処理容器２の内部が、所定の圧力に達したか否かを判定する判定処理を実行する。そして、処理容器２の内部が、所定の圧力に達していないと判定した場合には（Ｓ１６：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、再度、Ｓ１５以降の処理を実行する。

【0076】

一方、処理容器２の内部が、所定の圧力に達したと判定した場合には（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ１７の処理に移行する。Ｓ１７において、ＣＰＵ３１は、イオンクリーニングパラメータに基づいてイオンクリーニングを開始する。このイオンクリーニングパラメータには、マイクロ波の出力電力（例えば、８００Ｗ電力である。）、負のバイアス電圧パルスの印加電圧（例えば、−２００Ｖである。）が含まれている。

【0077】

具体的には、ＣＰＵ３１は、負のバイアス電圧パルスの印加電圧を負電圧電源１５に送信する。ＣＰＵ３１は、マイクロ波の出力電力をマイクロ波電源１３に送信する。ＣＰＵ３１は、Ｓ１１で取得した負のバイアス電圧パルス５２の周期Ｔ３（秒）、１パルス毎の印加時間（Ｔ２−Ｔ１）（秒）、及び、マイクロ波パルス５１の供給開始タイミングからの遅延時間Ｔ１（秒）に基づいて、負のバイアス電圧パルス５２のオン信号、及びオフ信号を負電圧パルス発生部１６に送信する。ＣＰＵ３１は、Ｓ１１で取得したマイクロ波パルス５１の周期Ｔ３（秒）、１パルス毎の供給時間Ｔ２（秒）に基づいて、マイクロ波パルス５１のオン信号、及びオフ信号をマイクロ波パルス制御部１１に送信する。

【0078】

この結果、負電圧電源１５は、受信した印加電圧に従い、負電圧パルス発生部１６に負の印加電圧を供給する。負電圧パルス発生部１６は、供給された負の印加電圧と、周期Ｔ３（秒）毎に受信した負のバイアス電圧パルス５２のオン信号、及びオフ信号により、マイクロ波パルスの供給開始からＴ１（秒）遅延して、負のバイアス電圧パルス５２を、負電圧電極２５を介して被加工材料８に（Ｔ２−Ｔ１）秒間、印加する。

【0079】

また、マイクロ波電源１３は、受信したマイクロ波の出力電力に従い、マイクロ波発振器１２に電力を供給する。マイクロ波パルス制御部１１は、受信したマイクロ波パルス５１のオン信号、及びオフ信号に従い、周期Ｔ３（秒）毎に、供給時間Ｔ２（秒）間のパルス信号をマイクロ波発振器１２に送信する。マイクロ波発振器１２は、周期Ｔ３（秒）毎に、受信したパルス信号に従う供給時間Ｔ２（秒）のマイクロ波パルス５１を、供給された電力に応じた２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力で、アイソレータ１７、チューナー１８、導波管１９、同軸導波管２１及びマイクロ波供給口２２を介して保持具９及び被加工材料８に向け供給する。

【0080】

これにより、図７に示すように、これら負のバイアス電圧パルス５２により被加工材料８の表面に沿うシース層４２が、マイクロ波の伝搬する伝搬方向に対して直交する方向に、つまり、図７の横方向に拡大され、シース層４２内を伝搬するマイクロ波パルス５１により不活性ガスＡｒのプラズマが発生する。この発生された不活性ガスＡｒのプラズマにより、被加工材料８の表面がイオンクリーニングされ、後述するＤＬＣ膜が形成されやすくなる。イオンクリーニングを開始すると、ＣＰＵ３１は、Ｓ１８の処理に移行する。

【0081】

Ｓ１８において、ＣＰＵ３１は、イオンクリーニングを終了するか否かを判定する。この判定は、アーキング発生頻度が所定の頻度未満か否かにより判定される。所定の頻度は、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に予め記憶されている。そして、アーキング発生頻度が所定の頻度以上であると判定した場合には（Ｓ１８：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、再度Ｓ１８の処理を実行する。

【0082】

一方、アーキング発生頻度が所定の頻度未満であると判定した場合には（Ｓ１８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ１９の処理に移行する。尚、この終了判定は、イオンクリーニングパラメータとしてイオンクリーニング時間が設定され、ＣＰＵ３１は、イオンクリーニング開始からタイマ３５で計測した時間がイオンクリーニング時間を経過したか否かで判定してもよい。

【0083】

Ｓ１９において、ＣＰＵ３１は、マイクロ波パルス制御部１１にマイクロ波発振器１２に送信しているパルス信号を停止するように指示する停止信号を送信する。これにより、マイクロ波発振器１２は、パルス信号を受信しないため、マイクロ波パルス５１の出力を停止する。また、ＣＰＵ３１は、負電圧パルス発生部１６に負のバイアス電圧パルス５２の印加を停止するように指示する停止信号を送信する。これにより、負電圧パルス発生部１６は、被加工材料８への負のバイアス電圧パルス５２の印加を停止する。

【0084】

続いて、Ｓ２０において、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４から原料ガス及び不活性ガスを供給するそれぞれのガス流量値を読み出し、ガス供給部５に流量制御指示として送信した後、Ｓ２１の処理に移行する。これにより、ガス供給部５は、流量制御指示に従い、原料ガス及び不活性ガスを処理容器２の内部に供給する。尚、原料ガス及び不活性ガスを供給するそれぞれのガス流量値は、予めＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に記憶されている。例えば、不活性ガスＡｒは、４０ｓｃｃｍである。ＣＨ４は、２００ｓｃｃｍである。Ｃ２Ｈ２は、０ｓｃｃｍである。ＴＭＳは、２０ｓｃｃｍである。

【0085】

Ｓ２１において、ＣＰＵ３１は、圧力調整バルブ７を介して処理容器２内の原料ガス及び不活性ガスを一定流量で排気するように設定し、処理容器２の内部が所定圧力になるように調整する。続いて、Ｓ２２において、ＣＰＵ３１は、真空計２６から入力される圧力信号に基づいて、処理容器２の内部が、所定の圧力に達したか否か、つまり、原料ガス及び不活性ガスの流量が安定したか否かを判定する判定処理を実行する。そして、処理容器２の内部が、所定の圧力に達していないと判定した場合には（Ｓ２２：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、再度、Ｓ２１以降の処理を実行する。

【0086】

一方、処理容器２の内部が、所定の圧力に達したと判定した場合には（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ２３において、ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３２から回数カウンタのカウント値Ｎを読み出し、このカウント値Ｎに「１」を代入して再度ＲＡＭ３２に記憶する。つまり、ＣＰＵ３１は、回数カウンタのカウント値を初期化する。同時に、ＣＰＵ３１は、終了判定用タイマ３６の計測時間を「０」にリセットした後、処理時間の計測を開始させる。

【0087】

続いて、Ｓ２４において、ＣＰＵ３１は、後述のマイクロ波パルス５１の１パルス毎にシース厚さを変化させる「シース厚さ制御処理１」である図１２に示すサブ処理を実行した後、Ｓ２５の処理に移行する。Ｓ２５において、ＣＰＵ３１は、被加工材料８の表面にＤＬＣ膜を成膜する成膜処理が終了したか否かを判定する判定処理を実行する。具体的には、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４からＳ２４において実行する「シース厚さ制御処理１」のサブ処理の処理時間を示す情報を読み出して、終了判定用タイマ３６が処理時間に達したか否かを判定する判定処理を実行する。Ｓ２４において実行する「シース厚さ制御処理１」のサブ処理の処理時間は、作業者により手動で設定されてもよいし、予めＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に記憶されたパラメータに基づき、自動で設定されてもよい。

【0088】

そして、被加工材料８の表面にＤＬＣ膜を成膜する成膜処理が終了していないと判定した場合、つまり、終了判定用タイマ３６の計測時間がＳ２４において実行するサブ処理の処理時間に達していないと判定した場合には（Ｓ２５：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、再度、Ｓ２４以降の処理を実行する。一方、被加工材料８の表面にＤＬＣ膜を成膜する成膜処理が終了したと判定した場合、つまり、終了判定用タイマ３６の計測時間がＳ２４において実行するサブ処理の処理時間に達したと判定した場合には（Ｓ２５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ２６の処理に移行する。

【0089】

Ｓ２６において、ＣＰＵ３１は、ガス供給部５に原料ガス及び不活性ガスの供給を停止するように指示する供給停止信号を送信する。また、ＣＰＵ３１は、圧力調整バルブ７へ排気を全開にするように指示する排気信号を送信する。これにより、ガス供給部５は、供給停止信号に従い、処理容器２の内部への原料ガス及び不活性ガスの供給を停止する。圧力調整バルブ７は、全開となり処理容器２内に残留している原料ガス及び不活性ガスを真空ポンプ３ですみやかに排気する。その後、ＣＰＵ３１は、処理を終了する。

【0090】

［シース厚さ制御処理１］
次に、上記Ｓ２４でＣＰＵ３１が実行する「シース厚さ制御処理１」であるサブ処理について図１２及び図１３に基づいて説明する。
図１２に示すように、先ず、Ｓ１１１において、ＣＰＵ３１は、タイマ３５の計測時間を「０」にリセットし、成膜時間の計測を開始する。そして、Ｓ１１２において、ＣＰＵ３１は、回数カウンタのカウント値Ｎを、図１０に示す印加電圧テーブル５５の「順番」とし、この「順番」に対応づけられた「マイクロ波出力（ｋＷ）」を印加電圧テーブル５５から読み出す。

【0091】

そして、ＣＰＵ３１は、このマイクロ波の出力電力をマイクロ波電源１３に送信する。ＣＰＵ３１は、マイクロ波パルスオン信号をマイクロ波パルス制御部１１に送信する。この結果、マイクロ波電源１３は、受信したマイクロ波の出力電力に従い、マイクロ波発振器１２に電力を供給する、即ち、マイクロ波発振器１２におけるマグネトロンに印加される印加電圧やアノード電流を供給する。マイクロ波パルス制御部１１は、受信した供給時間Ｔ２（秒）を示す情報に従い、後述するＳ１１６の処理と合わせて供給時間Ｔ２（秒）間となるパルス信号をマイクロ波発振器１２に向け送信開始する。

【0092】

マイクロ波発振器１２は、供給された電力で、供給時間Ｔ２（秒）の２．４５ＧＨｚのマイクロ波パルス５１を、アイソレータ１７、チューナー１８、導波管１９、同軸導波管２１及びマイクロ波供給口２２を介して保持具９及び被加工材料８へ向け供給開始する。

【0093】

続いて、Ｓ１１３において、ＣＰＵ３１は、タイマ３５の計測時間が遅延時間Ｔ１（秒）になったか否か、つまり、負のバイアス電圧パルス５２の印加タイミングになったか否かを判定する判定処理を実行する。そして、タイマ３５の計測時間が遅延時間Ｔ１（秒）に達していないと判定した場合には（Ｓ１１３：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、再度Ｓ１１３の処理を実行する。

【0094】

一方、タイマ３５の計測時間が遅延時間Ｔ１（秒）に達したと判定した場合には（Ｓ１１３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ１１４の処理に移行する。Ｓ１１４において、ＣＰＵ３１は、回数カウンタのカウント値Ｎを図１０に示す印加電圧テーブル５５の「順番」とし、この「順番」に対応づけられた「負のバイアス電圧（Ｖ）」の負のバイアス電圧パルスの印加電圧を印加電圧テーブル５５から読み出す。

【0095】

そして、ＣＰＵ３１は、この負のバイアス電圧パルスの印加電圧を負電圧電源１５に送信する。ＣＰＵ３１は、負のバイアス電圧パルスオン信号を負電圧パルス発生部１６に送信する。この結果、負電圧電源１５は、受信した印加電圧に従い、負電圧パルス発生部１６に負電圧を供給する。負電圧パルス発生部１６は、供給された負の印加電圧で、後述するＳ１１６の処理と合わせて印加時間（Ｔ２ーＴ１）（秒）となる負のバイアス電圧パルス５２を、負電圧電極２５を介して被加工材料８への印加を開始する。

【0096】

続いて、Ｓ１１５において、ＣＰＵ３１は、タイマ３５の計測時間が、マイクロ波パルス５１の供給時間Ｔ２（秒）になったか否かを判定する判定処理を実行する。そして、タイマ３５の計測時間が、マイクロ波パルス５１の供給時間Ｔ２（秒）に達していないと判定した場合には（Ｓ１１５：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、再度Ｓ１１５の処理を実行する。一方、タイマ３５の計測時間が、マイクロ波パルス５１の供給時間Ｔ２（秒）に達したと判定した場合には（Ｓ１１５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ１１６の処理に移行する。

【0097】

Ｓ１１６において、ＣＰＵ３１は、マイクロ波パルス制御部１１にマイクロ波発振器１２に送信しているパルス信号を停止するように指示するマイクロ波パルスオフ信号を送信する。これにより、マイクロ波発振器１２は、パルス信号を受信しないため、マイクロ波パルス５１の出力を停止する。また、ＣＰＵ３１は、負電圧パルス発生部１６に負のバイアス電圧パルス５２の印加を停止するように指示する負のバイアス電圧パルスオフ信号を送信する。これにより、負電圧パルス発生部１６は、被加工材料８への負のバイアス電圧パルス５２の印加を停止する。

【0098】

続いて、Ｓ１１７において、ＣＰＵ３１は、タイマ３５の計測時間が、マイクロ波パルス５１の周期Ｔ３（秒）になったか否かを判定する判定処理を実行する。そして、タイマ３５の計測時間が、マイクロ波パルス５１の周期Ｔ３（秒）に達していないと判定した場合には（Ｓ１１７：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、再度Ｓ１１７の処理を実行する。一方、タイマ３５の計測時間が、マイクロ波パルス５１の周期Ｔ３（秒）に達したと判定した場合には（Ｓ１１７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ１１８の処理に移行する。

【0099】

Ｓ１１８において、ＣＰＵ３１は、回数カウンタのカウント値Ｎが、印加電圧テーブル５５の「順番」の最終回数である「Ｍ」に達したか否かを判定する判定処理を実行する。そして、回数カウンタのカウント値Ｎが、この「Ｍ」に達していないと判定した場合には（Ｓ１１８：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ１１９の処理に移行する。Ｓ１１９において、ＣＰＵ３１は、回数カウンタのカウント値Ｎに「１」加算した後、サブ処理を終了して、メインフローチャートに戻り、Ｓ２５の処理に移行する。

【0100】

一方、回数カウンタのカウント値Ｎが、印加電圧テーブル５５の「順番」の最終回数である「Ｍ」に達したと判定した場合には（Ｓ１１８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ１２０の処理に移行する。Ｓ１２０において、ＣＰＵ３１は、回数カウンタのカウント値Ｎに「１」を代入して、初期化した後、サブ処理を終了して、メインフローチャートに戻り、Ｓ２５の処理に移行する。

【0101】

ここで、処理容器２の内部のプラズマの電子密度が１０¹²ｃｍ^-3において、シース層４２のシース厚さを約０．４ｍｍから約０．５７ｍｍの間で変化させて成膜した「シース厚さ制御処理１」の一例を図１３に基づいて説明する。
図１３に示すように、マイクロ波の出力電力が約１ｋＷ電力の各マイクロ波パルス５１の１パルス供給毎に、負の印加電圧が−３５８Ｖ（シース電位は、−３８８Ｖ）の負のバイアス電圧パルス５２Ａ、負の印加電圧が−２７９Ｖ（シース電位は、−３０９Ｖ）の負のバイアス電圧パルス５２Ｂ、負の印加電圧が−２００Ｖ（シース電位は、−２３０Ｖ）の負のバイアス電圧パルス５２Ｃ、負の印加電圧が−２７９Ｖの負のバイアス電圧パルス５２Ｄを順番に繰り返し被加工材料８に印加する。

【0102】

この結果、被加工材料８の表面に生成されるシース層４２のシース厚さは、マイクロ波の出力電力が約１ｋＷ電力の各マイクロ波パルス５１の１パルス供給毎に、約０．５７ｍｍ、約０．４９ｍｍ、約０．４ｍｍ、約０．４９ｍｍの順番に繰り返し変化させることができる。これにより、シース層４２内を伝搬する表面波の波長が、約３７．５ｍｍ、約３３．８ｍｍ、約３０ｍｍ、約３３．８ｍｍと順番に繰り返し変化する。

【0103】

従って、表面波の各波長毎に定在波が変化して、表面波励起プラズマ４５のプラズマ密度分布が、各定在波毎に変化する。即ち、被加工材料８の長手方向、すなわちマイクロ波の供給方向において、プラズマ密度が高くなる位置、低くなる位置が順次変化しプラズマ密度が平均化されるので、被加工材料８の長手方向のプラズマ密度分布の均一性が向上する。このため、被加工材料８の処理表面に形成されるＤＬＣ膜の膜厚や膜硬度等の膜特性の均一化を図ることができる。

【0104】

以上詳細に説明した通り、第１実施形態に係る成膜装置１では、ＣＰＵ３１は、マイクロ波パルス５１の供給中に、負のバイアス電圧パルス５２を負電圧電極２５を介して被加工材料８に印加してシース層４２を生成する。また、マイクロ波パルス５１の１パルス毎に、負のバイアス電圧パルス５２の印加電圧を変化させることによって、シース層４２のシース厚さを変化させ、シース層４２内を高エネルギー密度の表面波として伝搬するマイクロ波によって生成される定在波の分布を変化させることができる。

【0105】

これにより、表面波によってプラズマ励起された原料ガスの高密度プラズマのプラズマ密度の定在波分布を変化させることができ、被加工材料８の長手方向すなわちシース層４２内を伝搬する表面波の伝搬方向に対するプラズマ密度が平均化、均一化されるので、被加工材料８の表面に形成されたＤＬＣ膜の膜厚、膜硬度等の膜特性を均一化することができる。尚、シース層４２のシース厚さを変化させて、シース層４２内を伝搬する表面波の波長を、１／４波長以上変化させることによって、被加工材料８の表面に形成されたＤＬＣ膜の膜厚、膜硬度等の膜特性を更に均一化することができる。

【0106】

また、マイクロ波パルス５１の１パルス毎に、負の印加電圧の異なる複数種類のパルス状の負のバイアス電圧パルス５２を順次印加して、シース厚さの拡大と減縮を繰り返す。これにより、シース層４２内を高エネルギー密度の表面波として伝搬するマイクロ波によって生成される定在波の分布を固定せず、絶えず変化させることにより平均化されたプラズマ密度分布を均一化することができ、被加工材料の表面に形成されたＤＬＣ膜の膜厚、膜硬度等の膜特性の更なる均一化を図ることができる。

【0107】

また、マイクロ波パルス５１の供給中に、被加工材料８に印加される負のバイアス電圧パルス５２の負の印加電圧を変化させてシース厚さを変化させるため、シース層４２のシース厚さを高速に変化させることができる。これにより、シース層４２内を高エネルギー密度の表面波として伝搬するマイクロ波によって生成される定在波の分布変化を高速に行い、ＭＶＰ法による高速成膜への追従性の向上を図ることができる。即ち、ＭＶＰ法では１〜２μｍ程度のＤＬＣ膜を成膜するのに数１０秒程度の処理時間となる。この間にシース層４２の厚さを高速に変化させることができる。

【0108】

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る成膜装置６１について図１４乃至図１６に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記図１乃至図１３の第１実施形態に係る成膜装置１の構成等と同一符号は、第１実施形態に係る成膜装置１の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。尚、図１６において、表面波励起プラズマ６６の輪郭は定在波の影響により、実際には、波打つ形状になる。また、実際の表面波励起プラズマ６６の大きさは、図１６に示す表面波励起プラズマ６６の大きさとは限らない。

【0109】

第２実施形態に係る成膜装置６１の概略構成は、第１実施形態に係る成膜装置１とほぼ同じ構成である。
但し、図９に示されるマイクロ波パルス５１と負のバイアス電圧パルス５２の印加タイミングに替えて、図１４に示されるマイクロ波パルス５１と負のバイアス電圧パルス６２の印加タイミングが、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に記憶されている。また、図１０に示される印加電圧テーブル５５に替えて、図１４に示される負のバイアス電圧パルス６２の「０Ｖ」である初期印加電圧ＶＡ、負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢ、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣが、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に記憶されている。つまり、負のバイアス電圧パルス６２の１パルス毎の印加電圧波形は、ほぼ同じ波形である。

【0110】

負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢは、負のシース層をマイクロ波供給口２２の周縁部から被加工材料８の全体にわたって伸長させて拡大させるための電圧である。負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣは、被加工材料８の全体にわたって伸長させた負のシース層を拡大、および維持させるための電圧である。従って、負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢは、マイクロ波供給口２２の周縁部に生成したシース層を、被加工材料８の全体にわたって伸長させるため、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣよりも大きい。

【0111】

ここで、負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢは、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣより大きい印加電圧に設定されている。例えば、負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢ＝−４００Ｖ（シース電位は、−４３０Ｖ）であり、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣ＝−２００Ｖ（シース電位は、−２３０Ｖ）である。また、上記「成膜処理」のＳ２４において、ＣＰＵ３１は、図１２に示される「シース厚さ制御処理１」のサブ処理に替えて、図１５に示される「シース厚さ制御処理２」のサブ処理を実行する。

【0112】

先ず、マイクロ波パルス５１と負のバイアス電圧パルス６２の印加タイミングについて図１４に基づいて説明する。
図１４に示すように、マイクロ波パルス５１は、第１実施形態に係る成膜装置１のマイクロ波パルス５１と同じパルス波形である。また、負のバイアス電圧パルス６２の周期は、マイクロ波パルス５１の周期と同じ周期である。

【0113】

負のバイアス電圧パルス６２の印加タイミングは、第１実施形態に係る成膜装置１の負のバイアス電圧パルス５２の印加タイミングと同じである。続いて、負のバイアス電圧パルス６２は、印加時間（Ｔ１１−Ｔ１）の間は、負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢが印加される。例えば、負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢの印加時間（Ｔ１１−Ｔ１）は１０（マイクロ秒）である。

【0114】

そして、負のバイアス電圧パルス６２は、印加時間（Ｔ２−Ｔ１１）の間は、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣが印加される。また、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣの印加時間（Ｔ２−Ｔ１１）は、マイクロ波パルス５１の供給時間Ｔ２（秒）の９０％以上の時間である。例えば、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣの印加時間（Ｔ２−Ｔ１１）は９８２（マイクロ秒）である。つまり、マイクロ波パルス５１の１パルス内において、負のバイアス電圧パルス６２は、「０Ｖ」である負の印加電圧ＶＡ、負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢ、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣの順番に電圧値が変化する。

【0115】

従って、マイクロ波パルス５１の印加タイミングに加えて、負のバイアス電圧パルス６２の遅延時間Ｔ１（秒）、負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢの印加時間（Ｔ１１−Ｔ１）（秒）、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣの印加開始時間Ｔ１１（秒）、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣの印加時間（Ｔ２−Ｔ１１）（秒）、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣの印加終了時間Ｔ２（秒）が、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４に記憶されている。このため、第２実施形態に係る成膜装置６１では、上記Ｓ１１において、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４から「０Ｖ」である初期印加電圧ＶＡ、負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢ、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣを読み出し、ＲＡＭ３２に記憶する。

【0116】

［シース厚さ制御処理２］
次に、上記Ｓ２４でＣＰＵ３１が実行する「シース厚さ制御処理２」のサブ処理について図１４乃至図１６に基づいて説明する。
図１５に示すように、先ず、Ｓ２１１において、ＣＰＵ３１は、上記Ｓ１１１の処理を実行する。そして、Ｓ２１２において、ＣＰＵ３１は、マイクロ波の出力電力Ｐ１（ｋＷ）をＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４から読み出し、このマイクロ波の出力電力Ｐ１（ｋＷ）を、印加電圧テーブル５５から読み出した「マイクロ波出力（ｋＷ）」として、上記Ｓ１１２の処理を実行する。また、ＣＰＵ３１は、負のバイアス電圧パルス６２の「０Ｖ」である初期印加電圧ＶＡをＲＡＭ３２から読み出し、初期印加電圧ＶＡを負電圧電源１５に送信する。

【0117】

負電圧電源１５は、受信した「０Ｖ」である初期印加電圧ＶＡに従い、負電圧パルス発生部１６に０（Ｖ）を供給する。負電圧パルス発生部１６は、電圧０（Ｖ）を、負電圧電極２５を介して被加工材料８への印加を開始する。従って、供給開始されたマイクロ波パルス５１により図１６の左端に示すように、処理容器２内のマイクロ波供給口２２の周縁部に原料ガス及び不活性ガスのプラズマが点火された場合は、図１４に示すように、被加工材料８及び保持具９の表面にシース厚さＤ１（ｍｍ）のシース層が形成される。例えば、シース厚さＤ１＝０．０７ｍｍであり拡大されていないので、マイクロ波は表面波としてシース層内を伝搬しない。尚、図１６において、プラズマ６３はプラズマの発生する位置のみを示し、定在波を示していない。実際には定在波に応じてプラズマの密度分布が生じる。

【0118】

続いて、Ｓ２１３において、ＣＰＵ３１は、上記Ｓ１１３の処理を実行する。そして、タイマ３５の計測時間が遅延時間Ｔ１（秒）に達したと判定した場合には（Ｓ２１３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ２１４の処理に移行する。Ｓ２１４において、ＣＰＵ３１は、負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢをＲＡＭ３２から読み出し、この負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢを負電圧電源１５に送信する。ＣＰＵ３１は、負のバイアス電圧パルスオン信号を負電圧パルス発生部１６に送信する。例えば、負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢ＝−４００Ｖ（シース電位は、−４３０Ｖ）であり、印加時間（Ｔ１１−Ｔ１）＝１０（マイクロ秒）である。また、マイクロ波発振器１２からマイクロ波パルス５１の供給は継続されている。

【0119】

この結果、負電圧電源１５は、受信した負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢに従い、負電圧パルス発生部１６に負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢを供給する。負電圧パルス発生部１６は、供給された負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢで、後述するＳ２１６の処理と合わせて印加時間（Ｔ１１−Ｔ１）（秒）となる負のバイアス電圧パルス６２を、負電圧電極２５を介して被加工材料８への印加を開始する。

【0120】

従って、図１４に示すように、被加工材料８及び保持具９の表面にシース厚さＤ２（ｍｍ）のシース層が形成される。例えば、シース厚さＤ２＝０．５７ｍｍである。また同時に、図１６の中央に示すように、被加工材料８及び保持具９の表面に形成され拡大されたシース層６５内をマイクロ波が表面波として伝搬して、被加工材料８及び保持具９の表面に沿って高密度プラズマである表面波励起プラズマ６６が発生する。即ち、シース層６５が十分拡大され、マイクロ波が表面波として伝搬し易くなるので、すみやかに被加工材料８の先端に向け安定した高密度プラズマが生成される。これにより、被加工材料８の表面にＤＬＣ膜の成膜も始まる。

【0121】

続いて、Ｓ２１５において、ＣＰＵ３１は、タイマ３５の計測時間が負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣの印加開始時間Ｔ１１（秒）になったか否か、つまり、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣの印加タイミングになったか否かを判定する判定処理を実行する。そして、タイマ３５の計測時間が負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣの印加開始時間Ｔ１１（秒）に達していないと判定した場合には（Ｓ２１５：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、再度Ｓ２１５の処理を実行する。

【0122】

一方、タイマ３５の計測時間が負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣの印加開始時間Ｔ１１（秒）に達したと判定した場合には（Ｓ２１５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ２１６の処理に移行する。Ｓ２１６において、ＣＰＵ３１は、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣをＲＡＭ３２から読み出して、負電圧電源１５に送信する。ＣＰＵ３１は、負のバイアス電圧パルスオン信号を負電圧パルス発生部１６に送信する。例えば、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣ＝−２００Ｖ（シース電位は、−２３０Ｖ）であり、印加時間（Ｔ２−Ｔ１１）は９８２（マイクロ秒）である。また、マイクロ波発振器１２からマイクロ波パルス５１の供給は継続されている。

【0123】

この結果、負電圧電源１５は、受信した負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣに従い、負電圧パルス発生部１６に負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣを供給する。負電圧パルス発生部１６は、供給された負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣで、後述するＳ２１８の処理と合わせ印加時間（Ｔ２−Ｔ１１）（秒）となる負のバイアス電圧パルス６２を、負電圧電極２５を介して被加工材料８へ印加する。

【0124】

従って、図１４に示すように、被加工材料８及び保持具９の表面にシース厚さＤ３（ｍｍ）のシース層が形成される。例えば、シース厚さＤ３＝０．４ｍｍである。また同時に、図１６の右端に示すように、被加工材料８及び保持具９の表面に形成されたシース層６７内をマイクロ波が表面波として伝搬して、被加工材料８及び保持具９の表面に沿って高密度プラズマである表面波励起プラズマ６６が発生する。これにより、被加工材料８の表面にＤＬＣ膜が成膜される。

【0125】

続いて、Ｓ２１７において、ＣＰＵ３１は、上記Ｓ１１５の処理を実行する。そして、タイマ３５の計測時間が、マイクロ波パルス５１の供給時間Ｔ２（秒）に達したと判定した場合には（Ｓ２１７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ２１８の処理に移行する。Ｓ２１８において、ＣＰＵ３１は、上記Ｓ１１６の処理を実行する。続いて、Ｓ２１９において、ＣＰＵ３１は、上記Ｓ１１７の処理を実行する。そして、タイマ３５の計測時間が、マイクロ波パルス５１の周期Ｔ３（秒）に達したと判定した場合には（Ｓ２１９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ２２０の処理に移行する。

【0126】

Ｓ２２０において、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４から合計印加回数Ｍを読み出し、回数カウンタのカウント値Ｎが、合計印加回数Ｍに達したか否かを判定する判定処理を実行する。そして、回数カウンタのカウント値Ｎが、合計印加回数Ｍに達していないと判定した場合には（Ｓ２２０：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ２２１の処理に移行する。Ｓ２２１において、ＣＰＵ３１は、上記Ｓ１１９の処理を実行する。一方、回数カウンタのカウント値Ｎが、合計印加回数Ｍに達したと判定した場合には（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ２２２の処理に移行する。Ｓ２２２において、ＣＰＵ３１は、上記Ｓ１２０の処理を実行する。

【0127】

尚、Ｓ２１９において、ＣＰＵ３１は、タイマ３５の計測時間が、マイクロ波パルス５１の周期Ｔ３（秒）に達したと判定した場合には（Ｓ２１９：ＹＥＳ）、Ｓ２２０乃至Ｓ２２２の処理を実行することなく、サブ処理を終了してメインフローチャートに戻り、Ｓ２５の処理に移行するようにしてもよい。

【0128】

以上詳細に説明した通り、第２実施形態に係る成膜装置６１では、ＣＰＵ３１は、マイクロ波パルス５１の１パルス毎の供給時間Ｔ２（秒）内において、負のバイアス電圧パルス６２を、「０Ｖ」である負の印加電圧ＶＡ、負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢ、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣの順番に、それぞれ遅延時間Ｔ１（秒）、印加時間（Ｔ１１−Ｔ１）（秒）、印加時間（Ｔ２−Ｔ１１）（秒）で変化させる。

【0129】

これにより、プラズマ供給口２２の周辺にプラズマを発生させた後、負のシース層初期拡大印加電圧ＶＢを被加工材料８に印加することによって、シース厚さの大きいシース層６５を生成して、表面波励起プラズマを高速で伸長させることができる。その後、負のシース層通常拡大印加電圧ＶＣを被加工材料８に印加することによって、被加工材料８の表面に所定厚さのシース層６７を生成して、表面波励起プラズマ６６を安定的に発生させることができる。従って、プラズマの不安定化による膜厚、膜硬度等の膜特性の変動が生じず、被加工材料８の表面に形成されたＤＬＣ膜の膜厚、膜硬度等の膜特性を均一化することができる。また、表面波励起プラズマを被加工材料８の表面に沿って高速で伸長させることができ、ＭＶＰ法による高速成膜への追従性の向上を図ることができる。

【0130】

［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る成膜装置７１について図１７乃至図１９に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記図１乃至図１３の第１実施形態に係る成膜装置１の構成等と同一符号は、第１実施形態に係る成膜装置１の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。

【0131】

第３実施形態に係る成膜装置７１の概略構成は、第１実施形態に係る成膜装置１とほぼ同じ構成である。
但し、図１７に示すように、図１０に示される印加電圧テーブル５５の「負のバイアス電圧（Ｖ）」には、マイクロ波パルス５１を供給する「順番」に対応づけて、シース層４２のシース厚さを所定の範囲で徐々に大きくするように設定された負のバイアス電圧パルス７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、・・・の負の印加電圧値が記憶されている。また、各バイアス電圧パルス７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、・・・の負の印加電圧値は連続的に変化するように、各負の印加電圧値は、初期電圧ＶＤから最終電圧ＶＥまで徐々に大きくなるように設定されている。

【0132】

例えば、プラズマの電子密度が１０¹²ｃｍ^-3において、シース層４２のシース厚さを約０．４ｍｍから約０．５７ｍｍまで徐々に大きくなるように、負の印加電圧の初期電圧ＶＤと最終電圧ＶＥを約−２００Ｖ（シース電位は、−２３０Ｖ）から約−３５８Ｖ（シース電位は、−３８８Ｖ）まで印加毎に徐々に大きくなるように設定された負の印加電圧が、マイクロ波パルス５１を供給する「順番」に対応づけて記憶されている。

【0133】

従って、ＣＰＵ３１が上記「成膜処理」のＳ２４において、「シース厚さ制御処理１」のサブ処理を実行することによって、上記Ｓ１１４において、負電圧電極２５を介して被加工材料８への印加される負の印加電圧の絶対値は、印加毎に徐々に大きくなる共に、印加中も徐々に大きくなる。そのため、被加工材料８の表面に形成されるシース層４２のシース厚さは、負の印加電圧の印加毎に徐々に大きくなる共に、印加中も徐々に大きくなって、被加工材料８の表面にＤＬＣ膜が成膜される。

【0134】

このようにして成膜されたＤＬＣ膜７３内の膜硬度の変化について図１８及び図１９に基づいて説明する。図１８及び図１９に示すように、被加工材料８の表面に成膜されたＤＬＣ膜７３内の膜硬度は、被加工材料８の表面から膜厚方向外側へ離れるに従って徐々に高くなっている。つまり、成膜されたＤＬＣ膜７３内の膜硬度は、被加工材料８の表面に形成されたシース層４２のシース厚さが大きくなるに従って徐々に高くなっている。

【0135】

以上詳細に説明した通り、第３実施形態に係る成膜装置７１では、ＣＰＵ３１が、マイクロ波パルス５１を１パルス供給する「順番」に対応づけて、シース層４２のシース厚さを所定の範囲で徐々に大きくするように、負のバイアス電圧パルス７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、・・・の負の印加電圧の絶対値を徐々に大きくなるように設定する。これにより、被加工材料８の表面に形成されたＤＬＣ膜７３内の膜硬度が、膜厚方向外側へ離れるに従って徐々に高くなるようにすることができる。

【0136】

また、ＤＬＣ膜７３の被加工材料８と接する下層部分は、小さい負の印加電圧で成膜されているため、この小さい負の印加電圧により成膜される膜の膜硬度が低くなり、被加工材料８の硬度との硬度差が小さくなる。この結果、ＤＬＣ膜７３の被加工材料８への密着性を高めることができる。また、各負のバイアス電圧パルス７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、・・・の１パルス内でも負の印加電圧が徐々に大きくなっているため、被加工材料８の表面に形成されたＤＬＣ膜７３内の膜硬度を、後述の第４実施形態に係る成膜装置８１にて成膜されるＤＬＣ膜よりも膜厚方向外側へ連続的に高くすることができる。また、第３実施形態においては、１パルス内で、電圧値が異なるため、この１パルスにより成膜される膜の硬度差が小さくなる。従って、このパルスが複数印加された場合に、より密着性が高い膜を被加工材料８に成膜できる。

【0137】

尚、ＣＰＵ３１が、マイクロ波パルス５１を１パルス供給する「順番」に対応づけて、シース層４２のシース厚さを所定の範囲で徐々に小さくするように、負のバイアス電圧パルス７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、・・・の負の印加電圧の絶対値を徐々に低くなるように設定するようにしてもよい。これにより、被加工材料８の表面に形成されたＤＬＣ膜７３内の膜硬度が、膜厚方向外側へ離れるに従って徐々に低くなるようにすることができ、被加工材料８の表面に形成されたＤＬＣ膜７３の摺動する接触部材へのなじみの向上を図ることができる。

【0138】

［第４実施形態］
次に、第４実施形態に係る成膜装置８１について図２０及び図２１に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記第３実施形態に係る成膜装置７１の構成等と同一符号は、第３実施形態に係る成膜装置７１の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。
第４実施形態に係る成膜装置８１の概略構成は、第３実施形態に係る成膜装置７１とほぼ同じ構成である。

【0139】

但し、図２０に示すように、図１０に示される印加電圧テーブル５５の「負のバイアス電圧（Ｖ）」には、マイクロ波パルス５１を１パルス供給する「順番」に対応づけて、シース層４２のシース厚さを所定の範囲で徐々に大きくするように設定された負のバイアス電圧パルス８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃ、・・・の負の印加電圧値が記憶されている。各バイアス電圧パルス８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃ、・・・の負の印加電圧は、階段的に変化するように、各負の印加電圧は、初期電圧ＶＤから最終電圧ＶＥまで一定電圧なるように設定されている。

【0140】

従って、ＣＰＵ３１が上記「成膜処理」のＳ２２において、「シース厚さ制御処理１」のサブ処理を実行することによって、上記Ｓ１１４において、負電圧電極２５を介して被加工材料８への印加される負の印加電圧の絶対値は、印加毎に徐々に大きくなる。そのため、被加工材料８の表面に形成されるシース層４２のシース厚さは、負の印加電圧の印加毎に徐々に大きくなって、ＤＬＣ膜が成膜される。これにより、第４実施形態に係る成膜装置８１では、第３実施形態に係る成膜装置７１と同様に、被加工材料８の表面に形成されたＤＬＣ膜７３内の膜硬度が、膜厚方向外側へ離れるに従って徐々に高くなるようにすることができ、ＤＬＣ膜７３の被加工材料８への密着性を高めることができる。

【0141】

尚、図２１に示すように、ＣＰＵ３１は、被加工材料８への印加される負のバイアス電圧を、例えば、２パルス毎に大きくしてもよい。即ち、被加工材料８への印加される負の印加電圧は複数のパルス毎に大きくなってもよい。

【0142】

［第５実施形態］
次に、第５実施形態に係る成膜装置９１について図２２に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記第３実施形態に係る成膜装置７１の構成等と同一符号は、第３実施形態に係る成膜装置７１の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。
第５実施形態に係る成膜装置９１の概略構成は、第３実施形態に係る成膜装置７１とほぼ同じ構成である。

【0143】

但し、図２２に示すように、図１０に示される印加電圧テーブル５５の「負のバイアス電圧（Ｖ）」には、マイクロ波パルス５１を１パルス供給する「順番」に対応づけて、シース層４２のシース厚さを所定の範囲で徐々に大きくするように設定された負のバイアス電圧パルス７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、・・・の負の印加電圧であるシース層通常拡大印加電圧が記憶されている。また、マイクロ波パルス５１を供給する「順番」に対応づけて、各バイアス電圧パルス７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、・・・の印加開始前に印加時間Ｔ２２（秒）で印加される負のシース層初期拡大印加電圧ＶＱが記憶されている。例えば、印加時間Ｔ２２＝１０（マイクロ秒）であり、負のシース層初期拡大印加電圧ＶＱは−４００Ｖ（シース電位は、−４３０Ｖ）である。

【0144】

従って、図２２に示すように、ＣＰＵ３１が上記「成膜処理」のＳ２４において、「シース厚さ制御処理１」のサブ処理を実行することによって、上記Ｓ１１４において、負電圧電極２５を介して被加工材料８への印加される負のバイアス電圧パルスは、印加毎に負のシース層初期拡大印加電圧ＶＱのシース層初期拡大印加電圧パルス９２が印加時間Ｔ２２（秒）間印加された後、徐々に大きくなる各バイアス電圧パルス７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、・・・のシース層通常拡大印加電圧が印加される。そのため、シース層初期拡大印加電圧パルス９２の被加工材料８への印加によって、被加工材料８の表面に沿って生成されたシース層４２により、プラズマを高速で伸長させた後、徐々に大きくなる各バイアス電圧パルス７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、・・・のシース層通常拡大印加電圧が印加される。

【0145】

これにより、第５実施形態に係る成膜装置９１では、第３実施形態に係る成膜装置７１と同様に、被加工材料８の表面に形成されたＤＬＣ膜７３内の膜硬度が、膜厚方向外側へ離れるに従って徐々に高くなるようにすることができ、ＤＬＣ膜７３の被加工材料８への密着性を高めることができる。また、表面波励起プラズマを被加工材料８の表面に沿って高速で安定して伸長させることができ、ＭＶＰ法による高速成膜への更なる追従性の向上を図ることができる。

【0146】

［第６実施形態］
次に、第６実施形態に係る成膜装置９５について図２３及び図２４に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記図１乃至図１３の第１実施形態に係る成膜装置１の構成等と同一符号は、第１実施形態に係る成膜装置１の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。

【0147】

第６実施形態に係る成膜装置９５の概略構成は、第１実施形態に係る成膜装置１とほぼ同じ構成である。
但し、図２３に示すように、図１０に示される印加電圧テーブル５５の「負のバイアス電圧（Ｖ）」には、マイクロ波パルス５１を供給する「順番」に対応づけて、負電圧電極２５に印加する負のバイアス電圧パルス９６の負の印加電圧ＶＫと、負電圧電極２５に印加する負のバイアス電圧パルス９７の負の印加電圧ＶＫよりも絶対値が大きい負の印加電圧ＶＬが、マイクロ波パルス５１の供給回数の複数回、例えば４回毎に、交互に繰り返し記憶されている。例えば、負の印加電圧ＶＫ＝−２００Ｖ（シース電位は、−２３０Ｖ）であり、負の印加電圧ＶＬ＝−４００Ｖ（シース電位は、−４３０Ｖ）である。

【0148】

従って、図２３に示すように、ＣＰＵ３１が上記「成膜処理」のＳ２４において、「シース厚さ制御処理１」のサブ処理を実行することによって、上記Ｓ１１４において、負電圧電極２５を介して被加工材料８への印加される負のバイアス電圧パルスは、マイクロ波パルス５１の供給回数の複数回、例えば４回毎に、負の印加電圧ＶＫの負のバイアス電圧パルス９６と、負の印加電圧ＶＬの負のバイアス電圧パルス９７とが、交互に繰り返し印加される。そのため、被加工材料８の表面に形成されるシース層４２のシース厚さは、マイクロ波パルス５１の供給回数の複数回、例えば４回毎に、シース厚さの小さいシース層４２とシース厚さの大きいシース層４２とが交互に繰り返し形成されて、被加工材料８の表面にＤＬＣ膜が成膜される。

【0149】

ここで、被加工材料８の表面に形成されたＤＬＣ膜の一例について図２４に基づいて説明する。図２４に示すように、被加工材料８の表面には、複数回、例えば４回の負のバイアス電圧パルス９６が印加されて成膜された低硬度ＤＬＣ膜９８と、複数回、例えば４回の負のバイアス電圧パルス９７が印加されて成膜された高硬度ＤＬＣ膜９９とがそれぞれ所定膜厚で交互に積層されている。

【0150】

これにより、第６実施形態に係る成膜装置９５では、被加工材料８の表面に低硬度ＤＬＣ膜９８と高硬度ＤＬＣ膜９９とを交互に積層することによっても各ＤＬＣ膜９８、９９の被加工材料８への密着性を高めることができる。

【0151】

尚、本発明は前記第１実施形態乃至第６実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。例えば、以下のようにしてもよい。

【0152】

（Ａ）例えば、第４実施形態に係る成膜装置８１において、マイクロ波パルス５１を１パルス供給する「順番」に対応づけて、シース層４２のシース厚さを所定の範囲で徐々に小さくするように、負のバイアス電圧パルス８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃ、・・・の負の印加電圧の絶対値を徐々に小さくなるように設定するようにしてもよい。これにより、被加工材料８の表面に形成されたＤＬＣ膜７３内の膜硬度が、膜厚方向外側へ離れるに従って徐々に低くなるようにすることができ、被加工材料８の表面に形成されたＤＬＣ膜７３の摺動する接触部材へのなじみの向上を図ることができる。

【0153】

（Ｂ）例えば、第４実施形態に係る成膜装置８１において、図２１に示すマイクロ波パルス５１を１パルス供給する「順番」に対応づけて、シース層４２のシース厚さを所定の範囲で徐々に小さくするように、２パルス毎に設定された負のバイアス電圧パルス８２Ａ、８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｂ、８２Ｃ、８２Ｃ、・・・の負の印加電圧の絶対値を２パルス毎に徐々に小さくなるように設定するようにしてもよい。これにより、被加工材料８の表面に形成されたＤＬＣ膜７３内の膜硬度が、膜厚方向外側へ離れるに従って徐々に低くなるようにすることができ、被加工材料８の表面に形成されたＤＬＣ膜７３の摺動する接触部材へのなじみの向上を図ることができる。

【0154】

（Ｃ）例えば、第５実施形態に係る成膜装置９１において、マイクロ波パルス５１を１パルス供給する「順番」に対応づけて、シース層４２のシース厚さを所定の範囲で徐々に小さくするように、負のバイアス電圧パルス７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、・・・の負の印加電圧の絶対値を徐々に小さくなるように設定するようにしてもよい。これにより、被加工材料８の表面に形成されたＤＬＣ膜７３内の膜硬度が、膜厚方向外側へ離れるに従って徐々に低くなるようにすることができ、被加工材料８の表面に形成されたＤＬＣ膜７３の摺動する接触部材へのなじみの向上を図ることができる。

【0155】

（Ｄ）例えば、第１実施形態乃至第６実施形態では、被加工材料８は保持具９によって保持されているが、マイクロ波供給口２２に直接支持されるように構成してもよい。

【符号の説明】

【0156】

１、６１、７１、８１、９１、９５ 成膜装置
２ 処理容器
５ ガス供給部
６ 制御部
８ 被加工材料
９ 保持具
１１ マイクロ波パルス制御部
１２ マイクロ波発振器
１３ マイクロ波電源
１５ 負電圧電源
１６ 負電圧パルス発生部
２２ マイクロ波供給口
２５ 負電圧電極
３１ ＣＰＵ
４１ 不連続部
４２ シース層
４３ 定在波
５１ マイクロ波パルス
５２、６２、７２Ａ〜７２Ｅ、８２Ａ〜８２Ｅ 負のバイアス電圧パルス
９６、９７ 負のバイアス電圧パルス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】