JP2000265277A - 電子ビームプラズマを用いる膜生成方法 - Google Patents
電子ビームプラズマを用いる膜生成方法Info
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】良質の膜、例えば、ダイヤモンド様炭素膜を生
成することの可能な電子ビームプラズマを用いる膜生成
方法を提供する。 【解決手段】被処理体が収容された反応室Ｃ2 内を低圧
の炭素原子と水素原子とを含む原料ガスで満たし、この
反応室内に、カソード電極１４により発生され、加速電
極１２，１３により加速された電子ビームを被処理体に
向かって入射させることにより、被処理体を負に帯電さ
せると共に電子を原料ガスの分子と衝突させて炭化水素
のラジカルを発生させ、これらラジカルを負に帯電した
被処理体に吸引させて被処理体上にダイヤモンド様炭素
膜を形成させる。上記電子ビームの入射は、膜生成のた
めの照射と、膜内で発生されたガスのシースを介しての
放出を促進させるための停止とを繰り返すように制御さ
れる。
成することの可能な電子ビームプラズマを用いる膜生成
方法を提供する。 【解決手段】被処理体が収容された反応室Ｃ2 内を低圧
の炭素原子と水素原子とを含む原料ガスで満たし、この
反応室内に、カソード電極１４により発生され、加速電
極１２，１３により加速された電子ビームを被処理体に
向かって入射させることにより、被処理体を負に帯電さ
せると共に電子を原料ガスの分子と衝突させて炭化水素
のラジカルを発生させ、これらラジカルを負に帯電した
被処理体に吸引させて被処理体上にダイヤモンド様炭素
膜を形成させる。上記電子ビームの入射は、膜生成のた
めの照射と、膜内で発生されたガスのシースを介しての
放出を促進させるための停止とを繰り返すように制御さ
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、切削工具、金型、
磁気記録媒体、半導体ウエハ、ガラス基板等の被処理体
の表面に、薄膜、例えば、ダイヤモンド様炭素膜を生成
する方法に関する。
磁気記録媒体、半導体ウエハ、ガラス基板等の被処理体
の表面に、薄膜、例えば、ダイヤモンド様炭素膜を生成
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ダイヤモンド様炭素膜は、化学
的安定性、高い硬度、低摩擦性等の性質を有しているの
で、種々の分野で利用されている。このようなダイヤモ
ンド様炭素膜を形成する方法として以下の４種類の方法
が一般に知られている。
的安定性、高い硬度、低摩擦性等の性質を有しているの
で、種々の分野で利用されている。このようなダイヤモ
ンド様炭素膜を形成する方法として以下の４種類の方法
が一般に知られている。
【０００３】（１）炭化水素ガスを高温のフィラメント
の表面で熱解離させてＣＨ3 等のラジカルを作り、これ
を被処理体上に堆積させると同時に、フィラメントから
放出される電子を加速して被処理体上の堆積物から中の
水素原子を放出させることによりダイヤモンド様炭素膜
を被処理体上に形成する。
の表面で熱解離させてＣＨ3 等のラジカルを作り、これ
を被処理体上に堆積させると同時に、フィラメントから
放出される電子を加速して被処理体上の堆積物から中の
水素原子を放出させることによりダイヤモンド様炭素膜
を被処理体上に形成する。
【０００４】（２）水素ガス中に置かれたグラファイト
にイオンビームをあてて炭素分子をスパッターさせ、こ
の炭素分子を水素原子を含んだままで被処理体上に堆積
させてダイヤモンド様炭素膜を形成する。
にイオンビームをあてて炭素分子をスパッターさせ、こ
の炭素分子を水素原子を含んだままで被処理体上に堆積
させてダイヤモンド様炭素膜を形成する。
【０００５】（３）水素ガス中に置かれたグラファイト
にレーザ光を照射して炭素分子を融発（アブレート）さ
せダイヤモンド様炭素膜を形成する。
にレーザ光を照射して炭素分子を融発（アブレート）さ
せダイヤモンド様炭素膜を形成する。
【０００６】（４）炭化水素と水素との混合ガスのプラ
ズマを発生させ、高周波バイアスを印加した被処理体上
に炭素分子を堆積させてダイヤモンド様炭素膜を形成す
る。
ズマを発生させ、高周波バイアスを印加した被処理体上
に炭素分子を堆積させてダイヤモンド様炭素膜を形成す
る。
【０００７】このような方法においては、いずれの場合
でも、被処理体が薄い場合、例えば、１ｍｍ以下の場合
には、被処理体の電気的特性（導電性か絶縁性か）には
かかわりなく、ダイヤモンド様炭素膜を被処理体上に比
較的容易に形成することができる。
でも、被処理体が薄い場合、例えば、１ｍｍ以下の場合
には、被処理体の電気的特性（導電性か絶縁性か）には
かかわりなく、ダイヤモンド様炭素膜を被処理体上に比
較的容易に形成することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、（１）の方法
では、成膜レートが非常に低くかつ、フィラメント表面
が損傷されるので、膜質を制御するためのフッ素ガスの
ような化学活性の高いガスを併用することができない。
また、（２）ないし（４）の方法では、被処理体にバイ
アス電圧を印加する必要があるので、被処理体が絶縁体
の場合には、薄いものしか使用できず、汎用性が悪く、
また、バイアス電圧を印加するための電源が必要であ
る。
では、成膜レートが非常に低くかつ、フィラメント表面
が損傷されるので、膜質を制御するためのフッ素ガスの
ような化学活性の高いガスを併用することができない。
また、（２）ないし（４）の方法では、被処理体にバイ
アス電圧を印加する必要があるので、被処理体が絶縁体
の場合には、薄いものしか使用できず、汎用性が悪く、
また、バイアス電圧を印加するための電源が必要であ
る。
【０００９】このために、本出願人は、特願平１０−２
４５２９３に、被処理体が収容された反応室内を低圧の
炭素原子と水素原子とを含む原料ガスで満たし、この反
応室内に加速された電子ビームを被処理体に向かって入
射させることにより、被処理体を負に帯電させると共に
電子を原料ガスの分子と衝突させて炭化水素のラジカル
を発生させ、これらラジカルを被処理体の表面に堆積さ
せて堆積膜を形成し、同時に負に帯電した被処理体に正
イオンを衝突させ、その効果で前記堆積膜中の水素原子
を放出させて被処理体上にダイヤモンド様炭素膜を形成
させる技術をすでに出願した。
４５２９３に、被処理体が収容された反応室内を低圧の
炭素原子と水素原子とを含む原料ガスで満たし、この反
応室内に加速された電子ビームを被処理体に向かって入
射させることにより、被処理体を負に帯電させると共に
電子を原料ガスの分子と衝突させて炭化水素のラジカル
を発生させ、これらラジカルを被処理体の表面に堆積さ
せて堆積膜を形成し、同時に負に帯電した被処理体に正
イオンを衝突させ、その効果で前記堆積膜中の水素原子
を放出させて被処理体上にダイヤモンド様炭素膜を形成
させる技術をすでに出願した。
【００１０】この方法によれば、、被処理体の電気的特
性並びに厚さに関係なく、また、被処理体にバイアスを
特別に印加することがなく、被処理体処理体上にダイヤ
モンド様炭素膜を高い成膜レートで形成することができ
るが、良質のダイヤモンド様炭素膜が生成されない場合
も生じた。
性並びに厚さに関係なく、また、被処理体にバイアスを
特別に印加することがなく、被処理体処理体上にダイヤ
モンド様炭素膜を高い成膜レートで形成することができ
るが、良質のダイヤモンド様炭素膜が生成されない場合
も生じた。
【００１１】したがって、本発明の目的は、上記欠点が
なく、良質の膜、例えば、ダイヤモンド様炭素膜を生成
することの可能な電子ビームプラズマを用いる膜生成方
法を提供することである。
なく、良質の膜、例えば、ダイヤモンド様炭素膜を生成
することの可能な電子ビームプラズマを用いる膜生成方
法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる請求項１
に記載の電子ビームプラズマを用いる膜生成方法は、被
処理体が収容された反応室内を原料ガスで満たし、この
反応室内に加速された電子ビームを被処理体に向かって
入射させることにより、電子ビームを加速させるシース
を被処理体に生成させるとと共に電子を原料ガスの分子
と衝突させて原料ガスのプラズマを発生させ、プラズマ
により被処理体の表面に膜を生成する膜生成方法におい
て、前記電子ビームの照射は、膜生成のための照射と、
膜内で発生されたガスのシースを介しての放出を促進さ
せるための停止とを繰り返すことを特徴とする。
に記載の電子ビームプラズマを用いる膜生成方法は、被
処理体が収容された反応室内を原料ガスで満たし、この
反応室内に加速された電子ビームを被処理体に向かって
入射させることにより、電子ビームを加速させるシース
を被処理体に生成させるとと共に電子を原料ガスの分子
と衝突させて原料ガスのプラズマを発生させ、プラズマ
により被処理体の表面に膜を生成する膜生成方法におい
て、前記電子ビームの照射は、膜生成のための照射と、
膜内で発生されたガスのシースを介しての放出を促進さ
せるための停止とを繰り返すことを特徴とする。
【００１３】また、本発明に係わる請求項１に記載の電
子ビームプラズマを用いる膜生成方法は、被処理体が収
容された反応室内を低圧の炭素原子と水素原子とを含む
原料ガスで満たし、この反応室内に加速された電子ビー
ムを被処理体に向かって入射させることにより、被処理
体を負に帯電させると共に電子を原料ガスの分子と衝突
させて炭化水素のラジカルを発生させ、これらラジカル
を被処理体の表面に堆積させて堆積膜を形成し、同時に
負に帯電した被処理体に正イオンを衝突させ、その効果
で前記堆積膜中の水素原子を放出させて被処理体上にダ
イヤモンド様炭素膜を形成させるプラズマを用いる膜生
成方法において、前記電子ビームの照射は、断続的に行
うことを特徴とする。
子ビームプラズマを用いる膜生成方法は、被処理体が収
容された反応室内を低圧の炭素原子と水素原子とを含む
原料ガスで満たし、この反応室内に加速された電子ビー
ムを被処理体に向かって入射させることにより、被処理
体を負に帯電させると共に電子を原料ガスの分子と衝突
させて炭化水素のラジカルを発生させ、これらラジカル
を被処理体の表面に堆積させて堆積膜を形成し、同時に
負に帯電した被処理体に正イオンを衝突させ、その効果
で前記堆積膜中の水素原子を放出させて被処理体上にダ
イヤモンド様炭素膜を形成させるプラズマを用いる膜生
成方法において、前記電子ビームの照射は、断続的に行
うことを特徴とする。
【００１４】本発明者は、先に述べた先願の発明を実施
しているときに、成膜条件によっては、良質なダイヤモ
ンド様炭素膜を形成することはできず、極端な場合に
は、形成した膜がダイヤモンド様炭素膜とはならないこ
とを見出だした。そして、この原因は、電子ビームを被
処理体に照射して膜を成長させているときに、膜内で発
生されるガスの放出によるものであることを見出だし
た。そして、これは、以下のような現象によるものであ
ることを確認した。
しているときに、成膜条件によっては、良質なダイヤモ
ンド様炭素膜を形成することはできず、極端な場合に
は、形成した膜がダイヤモンド様炭素膜とはならないこ
とを見出だした。そして、この原因は、電子ビームを被
処理体に照射して膜を成長させているときに、膜内で発
生されるガスの放出によるものであることを見出だし
た。そして、これは、以下のような現象によるものであ
ることを確認した。
【００１５】この種類の成膜では、高エネルギーイオン
を被処理体の表面に衝突させる必要があり、このために
は、被処理体の表面にシースを形成しシースによりイオ
ンを加速する必要がある。このためには、成膜中は、シ
ースを安定に維持しなければならない。しかし、膜から
多量のガスが放出されると、シース中にプラズマが発生
してしまい、シースの破壊が生じる。この結果、イオン
の加速は停止され、従って、意図した性質の膜を生成す
ることができなくなる。
を被処理体の表面に衝突させる必要があり、このために
は、被処理体の表面にシースを形成しシースによりイオ
ンを加速する必要がある。このためには、成膜中は、シ
ースを安定に維持しなければならない。しかし、膜から
多量のガスが放出されると、シース中にプラズマが発生
してしまい、シースの破壊が生じる。この結果、イオン
の加速は停止され、従って、意図した性質の膜を生成す
ることができなくなる。
【００１６】例えば、炭化水素ガスを用いてダイヤモン
ド様炭素膜を生成する場合には、ＣＨ3 ，Ｃ2Ｈ等のラ
ジカルが、まず被処理体上に堆積し、ポリマー膜が生成
されるが、同時に、被処理体の全面に生じたシースで加
速されたＣＨ+ ，Ｃ+ 等のイオンが被処理体に衝撃し、
盛んに水素原子、分子が膜から放出される。一方被処理
体は、常時、電子ビームで照射されているので、放出さ
れたガス分子とビーム電子とはシース中で衝突し、この
結果、電離が起こる。このように電離が生じるとシース
の破壊が起こる。そして、一端破壊が起こると、回復に
はかなりの時間を必要とし、成膜中には、回復ができな
い場合も生じる。このため、生成されたダイヤモンド様
炭素膜は、品質が低下するばかりではなく、ダイヤモン
ド様炭素膜とならない場合も生じる。実験の結果、前記
ガス放出は、成膜時間に対して一様に起こらず、簡潔的
で、短時間に起こることがわかった。
ド様炭素膜を生成する場合には、ＣＨ3 ，Ｃ2Ｈ等のラ
ジカルが、まず被処理体上に堆積し、ポリマー膜が生成
されるが、同時に、被処理体の全面に生じたシースで加
速されたＣＨ+ ，Ｃ+ 等のイオンが被処理体に衝撃し、
盛んに水素原子、分子が膜から放出される。一方被処理
体は、常時、電子ビームで照射されているので、放出さ
れたガス分子とビーム電子とはシース中で衝突し、この
結果、電離が起こる。このように電離が生じるとシース
の破壊が起こる。そして、一端破壊が起こると、回復に
はかなりの時間を必要とし、成膜中には、回復ができな
い場合も生じる。このため、生成されたダイヤモンド様
炭素膜は、品質が低下するばかりではなく、ダイヤモン
ド様炭素膜とならない場合も生じる。実験の結果、前記
ガス放出は、成膜時間に対して一様に起こらず、簡潔的
で、短時間に起こることがわかった。
【００１７】
【実施の形態】以下に、添付図面を参照して、本発明の
一実施例に係わる薄膜、例えば、ダイヤモンド様炭素膜
の形成方法を、形成装置の一例と共に説明する。
一実施例に係わる薄膜、例えば、ダイヤモンド様炭素膜
の形成方法を、形成装置の一例と共に説明する。
【００１８】図１は、ダイヤモンド様炭素膜の形成装置
の一例を示し、符号１０は、金属で形成され、水平に延
びた円筒状のハウジングを示し、内部には、互いに所定
間隔を有して３つの電極１１，１２，１３が配設されて
いる。第１の電極１１は、中心に円形開口が形成され
て、アノード電極として機能し、第２の電極１２と第３
の電極１３とは、互いに近接したメッシュ電極により構
成されて加速電極として機能する。このハウジング１０
は、前記第１の電極１１により、第１の部屋Ｃ1と第２
の部屋Ｃ2 とに分けられている。
の一例を示し、符号１０は、金属で形成され、水平に延
びた円筒状のハウジングを示し、内部には、互いに所定
間隔を有して３つの電極１１，１２，１３が配設されて
いる。第１の電極１１は、中心に円形開口が形成され
て、アノード電極として機能し、第２の電極１２と第３
の電極１３とは、互いに近接したメッシュ電極により構
成されて加速電極として機能する。このハウジング１０
は、前記第１の電極１１により、第１の部屋Ｃ1と第２
の部屋Ｃ2 とに分けられている。
【００１９】前記第１の部屋Ｃ1 の一端には、第１の電
極１１の開口と対向するように位置されたカソード電極
１４と、Ａｒガス源に接続されて、この第１の部屋にＡ
ｒガスを供給するためのガス供給ポート１５とが設けら
れている。かくして、第１の部屋Ｃ1 は、電子ビーム源
となるアークを発生させるアーク発生室として機能す
る。
極１１の開口と対向するように位置されたカソード電極
１４と、Ａｒガス源に接続されて、この第１の部屋にＡ
ｒガスを供給するためのガス供給ポート１５とが設けら
れている。かくして、第１の部屋Ｃ1 は、電子ビーム源
となるアークを発生させるアーク発生室として機能す
る。
【００２０】前記第２の部屋Ｃ2 には、排気系に接続さ
れた排気ポート１６が設けられており、この部屋の圧力
を所定の減圧状態に維持可能となっている。また、この
第２の部屋Ｃ2 には、第３の電極１３と対向するように
して、被処理体を支持するための支持体１７と、反応ガ
ス源、例えば炭化水素ガス源に接続されて、この部屋に
炭化水素ガスを原料ガスとして供給するためのガス供給
ポート１８とが設けられている。かくして、この第２の
小部屋は、反応室として機能する。
れた排気ポート１６が設けられており、この部屋の圧力
を所定の減圧状態に維持可能となっている。また、この
第２の部屋Ｃ2 には、第３の電極１３と対向するように
して、被処理体を支持するための支持体１７と、反応ガ
ス源、例えば炭化水素ガス源に接続されて、この部屋に
炭化水素ガスを原料ガスとして供給するためのガス供給
ポート１８とが設けられている。かくして、この第２の
小部屋は、反応室として機能する。
【００２１】前記カソード電極１４を形成するフィラメ
ントには、電流計（図示せず）を介して、フィラメント
電源Ｖｆが接続されており、また、このカソード電極１
４と第１の電極１１との間には、第１の電極がアノード
電極として機能するようにアーク放電電源Ｖｄが電流計
Ａを介して接続されている。また、第１の電極１１と第
２の電極１２との間には加速用電源Ｖａが、また、第２
の電極１２と第３の電極１３との間には、加速電圧のＯ
Ｆ・ＯＦＦを選択的に果たすためのパルス変調器ＰＧ
が夫々設けられている。
ントには、電流計（図示せず）を介して、フィラメント
電源Ｖｆが接続されており、また、このカソード電極１
４と第１の電極１１との間には、第１の電極がアノード
電極として機能するようにアーク放電電源Ｖｄが電流計
Ａを介して接続されている。また、第１の電極１１と第
２の電極１２との間には加速用電源Ｖａが、また、第２
の電極１２と第３の電極１３との間には、加速電圧のＯ
Ｆ・ＯＦＦを選択的に果たすためのパルス変調器ＰＧ
が夫々設けられている。
【００２２】尚、図示していないが、ハウジング１０内
の電子ビームの径方向の拡散を規制して、電子ビームが
効率良く電極の開口を通過できるように磁界を発生させ
るための電磁コイルもしくは永久磁石がハウジング１０
の外周に設けられている。
の電子ビームの径方向の拡散を規制して、電子ビームが
効率良く電極の開口を通過できるように磁界を発生させ
るための電磁コイルもしくは永久磁石がハウジング１０
の外周に設けられている。
【００２３】上記構成のダイヤモンド様炭素膜形成装置
において、排気ポート１６を介してハウジング１０内を
排気してから、第１の部屋Ｃ1 にＡｒガスをポート１５
を介して供給する。このときのＡｒガスの供給量は、第
１の部屋Ｃ1 内のＡｒガスの圧力が約３００ｍＴｏｒｒ
になるように設定されている。この結果、カソード電極
１４とアノード電極１１との間にアーク放電が発生され
る。このアーク放電により発生される電子ビームは、第
２並びに第３の電極１２，１３により加速されて第２の
部屋Ｃ2 に、高エネルギーで入射される。尚、この第２
の部屋Ｃ2 の圧力は、予め約１０-3Ｔｏｒｒ又はそれよ
りも低圧に設定されており、従って、ガス分子の平均自
由行程は数センチメートル以上であり、また電子とガス
分子との衝突後の平均自由行程は１０〜２０ｃｍと考え
られる。従って、第２の部屋Ｃ2中に注入された電子の
一部は、この第２の部屋Ｃ2 に予めポート１８を介して
供給された炭化水素ガスの分子と衝突してダイヤモンド
様炭素膜の形成に必要なＣＨ3 等のラジカルと、これら
より数桁低い密度であるが、ＣＨ+ 等のイオンとを作
る。また、残りの電子は、直進して、被処理体に突入し
て被処理体を負に帯電する。この結果、プラズマと被処
理体との間にイオンを加速するようなシースを作り、ダ
イヤモンド様炭素膜へのイオン衝撃をより盛んにする。
この結果、被処理体上には、硬度の高いダイヤモンド様
炭素膜を早い成膜速度で形成することができる。尚、加
速用電源Ｖａによる第２の電極１２と第３の電極１３と
の間の加速電圧を調節することにより、これら電極間で
加速される電子のエネルギーを適宜調節することにより
ダイヤモンド様炭素膜の膜質を容易に制御することが可
能となる。また、第２の部屋Ｃ2 に供給される処理ガス
にＦ2 ガスのような化学活性の高い物質を添加すること
によってもダイヤモンド様炭素膜の膜質は制御可能であ
る。尚、Ｆ2 ガスを添加すると、Ｆ2 ガスは腐食性が強
いのでカソード電極１４を構成しているフィラメントの
表面を損傷する恐れがあるが、上記方法では、第１の部
屋Ｃ1 中のガス圧は、第２の部屋Ｃ2 の中のガス圧より
もかなり高く、例えば、１０2 〜１０4 倍高く、またそ
の大きさは１０-1Ｔｏｒｒのオーダであるから、第１の
部屋Ｃ1 中は粘性領域とみなされ、Ｆ2 ガスの分子が第
１の部屋Ｃ1 中に逆流することはない。また、アーク放
電のために第１の部屋Ｃ1 中に供給するＡｒガスは不活
性ガスであるので、このガスによってフイラメントが汚
染されることもない。
において、排気ポート１６を介してハウジング１０内を
排気してから、第１の部屋Ｃ1 にＡｒガスをポート１５
を介して供給する。このときのＡｒガスの供給量は、第
１の部屋Ｃ1 内のＡｒガスの圧力が約３００ｍＴｏｒｒ
になるように設定されている。この結果、カソード電極
１４とアノード電極１１との間にアーク放電が発生され
る。このアーク放電により発生される電子ビームは、第
２並びに第３の電極１２，１３により加速されて第２の
部屋Ｃ2 に、高エネルギーで入射される。尚、この第２
の部屋Ｃ2 の圧力は、予め約１０-3Ｔｏｒｒ又はそれよ
りも低圧に設定されており、従って、ガス分子の平均自
由行程は数センチメートル以上であり、また電子とガス
分子との衝突後の平均自由行程は１０〜２０ｃｍと考え
られる。従って、第２の部屋Ｃ2中に注入された電子の
一部は、この第２の部屋Ｃ2 に予めポート１８を介して
供給された炭化水素ガスの分子と衝突してダイヤモンド
様炭素膜の形成に必要なＣＨ3 等のラジカルと、これら
より数桁低い密度であるが、ＣＨ+ 等のイオンとを作
る。また、残りの電子は、直進して、被処理体に突入し
て被処理体を負に帯電する。この結果、プラズマと被処
理体との間にイオンを加速するようなシースを作り、ダ
イヤモンド様炭素膜へのイオン衝撃をより盛んにする。
この結果、被処理体上には、硬度の高いダイヤモンド様
炭素膜を早い成膜速度で形成することができる。尚、加
速用電源Ｖａによる第２の電極１２と第３の電極１３と
の間の加速電圧を調節することにより、これら電極間で
加速される電子のエネルギーを適宜調節することにより
ダイヤモンド様炭素膜の膜質を容易に制御することが可
能となる。また、第２の部屋Ｃ2 に供給される処理ガス
にＦ2 ガスのような化学活性の高い物質を添加すること
によってもダイヤモンド様炭素膜の膜質は制御可能であ
る。尚、Ｆ2 ガスを添加すると、Ｆ2 ガスは腐食性が強
いのでカソード電極１４を構成しているフィラメントの
表面を損傷する恐れがあるが、上記方法では、第１の部
屋Ｃ1 中のガス圧は、第２の部屋Ｃ2 の中のガス圧より
もかなり高く、例えば、１０2 〜１０4 倍高く、またそ
の大きさは１０-1Ｔｏｒｒのオーダであるから、第１の
部屋Ｃ1 中は粘性領域とみなされ、Ｆ2 ガスの分子が第
１の部屋Ｃ1 中に逆流することはない。また、アーク放
電のために第１の部屋Ｃ1 中に供給するＡｒガスは不活
性ガスであるので、このガスによってフイラメントが汚
染されることもない。
【００２４】本発明においては、上記のような成膜処理
中に、電子ビームの被処理体への入射を断続的に停止す
ることにより、即ち、被処理体に堆積された膜からシー
スを通ってガス分子が多量に外部に放出される直前に、
電子ビームの入射を停止させ、多量のガス分子が放出さ
れた後に、電子ビームの入射を再開させている。ここの
電子ビームの選択的な断続入射は、いかなる方法で行っ
ても良いが、この好ましい実施の形態ではパルス変調器
ＰG を用いて、加速電極１２，１３への印加をＯＮ・Ｏ
ＦＦすることにより行っている。このような方法によれ
ば、ＯＮ・ＯＦＦの時定数が最小となるので、迅速な応
答が得られる。
中に、電子ビームの被処理体への入射を断続的に停止す
ることにより、即ち、被処理体に堆積された膜からシー
スを通ってガス分子が多量に外部に放出される直前に、
電子ビームの入射を停止させ、多量のガス分子が放出さ
れた後に、電子ビームの入射を再開させている。ここの
電子ビームの選択的な断続入射は、いかなる方法で行っ
ても良いが、この好ましい実施の形態ではパルス変調器
ＰG を用いて、加速電極１２，１３への印加をＯＮ・Ｏ
ＦＦすることにより行っている。このような方法によれ
ば、ＯＮ・ＯＦＦの時定数が最小となるので、迅速な応
答が得られる。
【００２５】図２は、上記パルス変調器ＰG により制御
される加速電圧Ｖa の処理時間に対する印加状態の一例
を示す。この図で、ＯＮのときには、電子ビームが被処
理体に入射して成膜処理が行われ、ＯＦＦのときには、
電子ビームの入射が停止されて、堆積物からのガス分子
の放出が促進される。このＯＮ時間とＯＦＦ時間との割
合（デューティサイクル）は、ＯＮ時間を長くすれば、
成膜速度は向上するが、シースの破壊を生じる可能性が
高くなり、ＯＮ時間を短くすれば、逆の現象を生じる。
このデューティサイクルは、経験により予め所定の値、
例えば、９０％に決定させておいても、また、成膜状態
をリアルタイムで観察しながら任意に変更しても良い。
される加速電圧Ｖa の処理時間に対する印加状態の一例
を示す。この図で、ＯＮのときには、電子ビームが被処
理体に入射して成膜処理が行われ、ＯＦＦのときには、
電子ビームの入射が停止されて、堆積物からのガス分子
の放出が促進される。このＯＮ時間とＯＦＦ時間との割
合（デューティサイクル）は、ＯＮ時間を長くすれば、
成膜速度は向上するが、シースの破壊を生じる可能性が
高くなり、ＯＮ時間を短くすれば、逆の現象を生じる。
このデューティサイクルは、経験により予め所定の値、
例えば、９０％に決定させておいても、また、成膜状態
をリアルタイムで観察しながら任意に変更しても良い。
【００２６】このデューティサイクル（Ｄu ＝Ｔ／（Ｔ
＋ｔ））は以下のようにして、最適な値に決定され得
る。
＋ｔ））は以下のようにして、最適な値に決定され得
る。
【００２７】成膜時間Ｔ（ＯＮ時間）の間に堆積膜中で
発生する水素分子が堆積膜の表面に形成されているシー
スに広がった場合に、放電開始分子密度に達するとする
と、Ｔは以下の式で表される。
発生する水素分子が堆積膜の表面に形成されているシー
スに広がった場合に、放電開始分子密度に達するとする
と、Ｔは以下の式で表される。
【００２８】Ｔ≦ｎcrθsh／（ｎs Ｒd ／λ） ここで、ｎcr：放電開始分子密度（〜１０14／ｃｍ3 ） θsh：シースの厚み（〜０．１ｍｍ〜１ｍｍ） ｎs ：堆積膜の１原子層にある電子密度（〜１０15／ｃ
ｍ2 ） Ｒd ：膜の堆積速度（１〜１０ｎｍ／ｓ） λ ：膜中の原子間距離（３〜５Ａ°） 従って、Ｔは、ガス圧力、ガスの種類、放電電力等の条
件によって決定される。 一方、停止時間ｔ（ＯＦＦ時
間）は、シース中を水素分が通過子する時間により決定
され、この時間は次式で表される。
ｍ2 ） Ｒd ：膜の堆積速度（１〜１０ｎｍ／ｓ） λ ：膜中の原子間距離（３〜５Ａ°） 従って、Ｔは、ガス圧力、ガスの種類、放電電力等の条
件によって決定される。 一方、停止時間ｔ（ＯＦＦ時
間）は、シース中を水素分が通過子する時間により決定
され、この時間は次式で表される。
【００２９】ｔ＝θsh／Ｖm ここで、Ｖm ：水素分子の速度（〜１０００ｍ／ｓ） 実施例 反応ガスとしてトルエン・ガスを使用し、被処理体とし
てのガラス板の上に下記のパラメータで成膜し、この形
成された膜をラマン分析をしたところ、成膜された膜は
確かに良好な性質のダイヤモンド様炭素膜であることが
確認できた。
てのガラス板の上に下記のパラメータで成膜し、この形
成された膜をラマン分析をしたところ、成膜された膜は
確かに良好な性質のダイヤモンド様炭素膜であることが
確認できた。
【００３０】 １）使用ガス 種類 トルエン 圧力 １ｍＴｏｒｒ（電離真空計の直読値） ２）被処理体 ガラス板（直径１００ｍｍ） ３）動作条件 電子ビーム加速電圧 Ｖａｃ＝１００〜２００Ｖ 電子ビーム電流 Ｉａｃ＝５Ａ ビーム直径 Ｄb ＝Φ１１０ｍｍ ビーム断面積 Ａb ＝３８０ｃｍ2 ビーム電流密度 ｉb ＝１３ｍＡ／ｃｍ2 ビーム電子密度 ｎeb ＝１．４×１０8 ｃｍ-3 ４） 膜の堆積速度 Ｒd ＝２０Ａ°／ｓ ５）被処理体の表面電位 Ｖsfl ＝１００〜２００Ｖ ６）デューティサイクル Ｄu ＝９０％ 尚、上記実施の形態においては、放電ガスとしてＡｒガ
スを使用したが、他のガスでも使用可能であり、また反
応ガス、即ち、原料ガスもトルエン・ガスに限定される
ことはなく、ダイヤモンド様炭素膜を成膜するのであれ
ば、炭素原子と水素原子とを含むガスであれば、いかな
るものでも良い。また、ダイヤモンド様炭素膜以外の膜
の形成においては、この分野で知られている種々の処理
ガスが使用され得る。
スを使用したが、他のガスでも使用可能であり、また反
応ガス、即ち、原料ガスもトルエン・ガスに限定される
ことはなく、ダイヤモンド様炭素膜を成膜するのであれ
ば、炭素原子と水素原子とを含むガスであれば、いかな
るものでも良い。また、ダイヤモンド様炭素膜以外の膜
の形成においては、この分野で知られている種々の処理
ガスが使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜生成方法を実施するのに適したダイ
ヤモンド様炭素膜形成装置を概略的に示す図である。
ヤモンド様炭素膜形成装置を概略的に示す図である。
【図２】デューティサイクルを示す線図である。
１０…ハウジング、１１．１２．１３…第１、第２、第
３の電極、１４…カソード電極、Ｃ1 …第１の部屋（ア
ーク発生室）、Ｃ2 …第２の部屋（反応室）、１７…支
持体、ＰG …パルス発生器。
３の電極、１４…カソード電極、Ｃ1 …第１の部屋（ア
ーク発生室）、Ｃ2 …第２の部屋（反応室）、１７…支
持体、ＰG …パルス発生器。
Claims (2)
- 【請求項１】 被処理体が収容された反応室内を原料ガ
スで満たし、この反応室内に加速された電子ビームを被
処理体に向かって入射させることにより、電子ビームを
加速させるシースを被処理体に生成させると共に電子を
原料ガスの分子と衝突させて原料ガスのプラズマを発生
させ、プラズマにより被処理体の表面に膜を生成する膜
生成方法において、前記電子ビームの照射は、膜生成の
ための照射と、膜内で発生されたガスのシースを介して
の放出を促進させるための停止とを繰り返すことを特徴
とする電子ビームプラズマを用いる膜生成方法。 - 【請求項２】 被処理体が収容された反応室内を低圧の
炭素原子と水素原子とを含む原料ガスで満たし、この反
応室内に加速された電子ビームを被処理体に向かって入
射させることにより、被処理体を負に帯電させると共に
電子を原料ガスの分子と衝突させて炭化水素のラジカル
を発生させ、これらラジカルを被処理体の表面に堆積さ
せて堆積膜を形成し、同時に負に帯電した被処理体に正
イオンを衝突させ、その効果で前記堆積膜中の水素原子
を放出させて被処理体上にダイヤモンド様炭素膜を形成
させる膜生成方法において、前記電子ビームの照射は、
断続的に行うことを特徴とする電子ビームプラズマを用
いる膜生成方法。。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11066242A JP2000265277A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | 電子ビームプラズマを用いる膜生成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11066242A JP2000265277A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | 電子ビームプラズマを用いる膜生成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000265277A true JP2000265277A (ja) | 2000-09-26 |
Family
ID=13310212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11066242A Pending JP2000265277A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | 電子ビームプラズマを用いる膜生成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000265277A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009509340A (ja) * | 2005-09-15 | 2009-03-05 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Ｘランプヒーター付き真空反応チャンバ |
| CN109075067A (zh) * | 2016-06-28 | 2018-12-21 | 应用材料公司 | 电子束等离子体工艺形成的类金刚石碳层 |
-
1999
- 1999-03-12 JP JP11066242A patent/JP2000265277A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009509340A (ja) * | 2005-09-15 | 2009-03-05 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Ｘランプヒーター付き真空反応チャンバ |
| CN109075067A (zh) * | 2016-06-28 | 2018-12-21 | 应用材料公司 | 电子束等离子体工艺形成的类金刚石碳层 |
| KR20190014123A (ko) * | 2016-06-28 | 2019-02-11 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 전자 빔 플라즈마 프로세스에 의해 형성된 다이아몬드상 탄소 층 |
| JP2019521253A (ja) * | 2016-06-28 | 2019-07-25 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 電子ビームプラズマプロセスにより形成されるダイヤモンドライクカーボン層 |
| EP3475971A4 (en) * | 2016-06-28 | 2020-01-15 | Applied Materials, Inc. | DIAMOND-LIKE CARBON LAYER PRODUCED WITH AN ELECTRON BEAM PLASMA PROCESS |
| KR102165733B1 (ko) | 2016-06-28 | 2020-10-14 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 전자 빔 플라즈마 프로세스에 의해 형성된 다이아몬드상 탄소 층 |
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