JPH01234397A - ダイヤモンド状薄膜の製造方法及び装置 - Google Patents
ダイヤモンド状薄膜の製造方法及び装置Info
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- JPH01234397A JPH01234397A JP5937788A JP5937788A JPH01234397A JP H01234397 A JPH01234397 A JP H01234397A JP 5937788 A JP5937788 A JP 5937788A JP 5937788 A JP5937788 A JP 5937788A JP H01234397 A JPH01234397 A JP H01234397A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明はダイヤモンド状薄膜の製造方法及び装置に関し
、さらに詳しくは、成膜能率の高いダイヤモンド状薄膜
の製造方法及び装置に関する。
、さらに詳しくは、成膜能率の高いダイヤモンド状薄膜
の製造方法及び装置に関する。
（従来技術）
従来からダイヤモンド、あるいはダイヤモンド状炭素薄
膜の製造には多くの方法が提案されているるか、充分に
結晶性の高い、すなわちダイヤモンド結晶に近い薄膜を
製造することは困難であった。これらの方法のうち、メ
タンガス等の低級炭化水素ガスをアーク放電その他のイ
オン化手段でイオン化してイオン流とし、この流れを電
界で加速して基板に差し向けることによりダイヤモンド
状薄膜を製膜する方法（イオン化蒸着法）は、製膜能率
の良いこと、製膜されたダイヤモンド状膜が良好な表面
性、高硬度、高熱伝導性、高屈折率を有し、仕上の表面
処理が不要となる等、優れた膜が得られる方法であるこ
とが知られている。
膜の製造には多くの方法が提案されているるか、充分に
結晶性の高い、すなわちダイヤモンド結晶に近い薄膜を
製造することは困難であった。これらの方法のうち、メ
タンガス等の低級炭化水素ガスをアーク放電その他のイ
オン化手段でイオン化してイオン流とし、この流れを電
界で加速して基板に差し向けることによりダイヤモンド
状薄膜を製膜する方法（イオン化蒸着法）は、製膜能率
の良いこと、製膜されたダイヤモンド状膜が良好な表面
性、高硬度、高熱伝導性、高屈折率を有し、仕上の表面
処理が不要となる等、優れた膜が得られる方法であるこ
とが知られている。
（従来技術の欠点）
しかしながら、イオン化蒸着法等のイオン化に依存する
方法ではダイヤモンド状薄膜の成膜速度は通常的５μｍ
／ｈ程度であり、工業化するにはその向上が望まれてい
る。しかも、成膜厚さあたりの電力使用効率を向上させ
しかもダイヤセント膜の特性を変化させないで成膜速度
を向上できれば更に望ましい。
方法ではダイヤモンド状薄膜の成膜速度は通常的５μｍ
／ｈ程度であり、工業化するにはその向上が望まれてい
る。しかも、成膜厚さあたりの電力使用効率を向上させ
しかもダイヤセント膜の特性を変化させないで成膜速度
を向上できれば更に望ましい。
（発明の目的）
したがって、本発明の目的は、炭化水素原料を真空中に
導入し、イオン化し、これを基体上に指向させてダイヤ
モンド状薄膜を製造するに当たり、成膜速度を向上させ
ることを目的とする。
導入し、イオン化し、これを基体上に指向させてダイヤ
モンド状薄膜を製造するに当たり、成膜速度を向上させ
ることを目的とする。
（発明の概要）
本発明の上記目的は、真空中に炭化水素ガスを導入し、
これをイオン化させ、基板上に析出させてダイヤモンド
状薄膜を形成させるに当たり、炭化水素ガスを真空中に
導入する前にプラズマ励起させることを特徴とする、ダ
イヤモンド状薄膜の製造方法及び装置によって達成され
る。
これをイオン化させ、基板上に析出させてダイヤモンド
状薄膜を形成させるに当たり、炭化水素ガスを真空中に
導入する前にプラズマ励起させることを特徴とする、ダ
イヤモンド状薄膜の製造方法及び装置によって達成され
る。
本発明によると、従来のイオン化蒸着法による成膜に比
して、大幅な成膜速度の向上を達成することができる。
して、大幅な成膜速度の向上を達成することができる。
なお、本発明はその原理からイオン化蒸着法、熱フイラ
メント法、エレクトロンアシステツドＣＶＤ法等、その
他のイオン化を用いる方法にも有効である。
メント法、エレクトロンアシステツドＣＶＤ法等、その
他のイオン化を用いる方法にも有効である。
（発明の詳細な説明）
以下に本発明の詳細な説明する。 本発明の基本技術で
あるイオン化蒸着法は、特開昭５８−１７４５０７号公
報、特開昭５９−１７４５０８号等に記載されており、
本発明の実施例ではこれらの公報に記載された装置を基
本とした方法及び装置を用いる。しかし、炭化水素原料
のイオン化とその加速ができるなら他の方式のイオン化
蒸着技術を用いてもよい０例えば、グロー放電、マイク
ロ波、直流放電、熱分解、衝撃波等の手段により炭化水
素のイオン化を行なうなどの方法が可能である。
あるイオン化蒸着法は、特開昭５８−１７４５０７号公
報、特開昭５９−１７４５０８号等に記載されており、
本発明の実施例ではこれらの公報に記載された装置を基
本とした方法及び装置を用いる。しかし、炭化水素原料
のイオン化とその加速ができるなら他の方式のイオン化
蒸着技術を用いてもよい０例えば、グロー放電、マイク
ロ波、直流放電、熱分解、衝撃波等の手段により炭化水
素のイオン化を行なうなどの方法が可能である。
本発明の実施に当たっては、上記公報に記載された方法
及び装置をそのまま利用することができる。同公報の装
置を用いる場合には、熱フィラメントによる熱電子放出
によって炭化水素ガスが分解されて出来るガスには多く
のイオン種、分解されないで残る中性分子や原子、ラジ
カル等が含まれている０例えば、通常用いられる原料で
あるメタンガスの場合には熱フィラメントによる熱電子
放出により形成されるイオンは主としてＣＨ，”、ＣＨ
３Ｉ であり、ほかに少量の、ＣＨ？、ＣＨ” 、Ｃ”
、Ｈ，” とイオン化されない種々の形態の反応種
すなわちラジカル、アニオン、炭化物、或は未反応物等
が含まれている。 これらの粒子が一緒に基板に衝突す
るとイオンは分解されて炭素のみが残り所定のダイヤモ
ンド構造を発達させる。この成膜法では、表面平滑度の
高いダイヤモンド状薄膜が得られる。
及び装置をそのまま利用することができる。同公報の装
置を用いる場合には、熱フィラメントによる熱電子放出
によって炭化水素ガスが分解されて出来るガスには多く
のイオン種、分解されないで残る中性分子や原子、ラジ
カル等が含まれている０例えば、通常用いられる原料で
あるメタンガスの場合には熱フィラメントによる熱電子
放出により形成されるイオンは主としてＣＨ，”、ＣＨ
３Ｉ であり、ほかに少量の、ＣＨ？、ＣＨ” 、Ｃ”
、Ｈ，” とイオン化されない種々の形態の反応種
すなわちラジカル、アニオン、炭化物、或は未反応物等
が含まれている。 これらの粒子が一緒に基板に衝突す
るとイオンは分解されて炭素のみが残り所定のダイヤモ
ンド構造を発達させる。この成膜法では、表面平滑度の
高いダイヤモンド状薄膜が得られる。
本発明の特徴を成す構成部分は、成膜用チャンバーに原
料炭化水素ガスを導入する前に、これをプラズマ励起す
る手段を用いることである。このようなプラズマ励起は
、炭化水素ガスをプラズマ励起室に導入し、所定のエネ
ルギーを加えることにより行なわれる。このようなプラ
ズマ励起手段としては従来から知られている任意の手段
、例えば、ＲＦ電力、マイクロ波等が利用できる。なお
、プラズマガスとしてはメタンガスのばか低分子量の炭
化水素、或はこれらの一種と酸素、窒素、アルゴン、ネ
オン、ヘリウムなどを用いることができる。
料炭化水素ガスを導入する前に、これをプラズマ励起す
る手段を用いることである。このようなプラズマ励起は
、炭化水素ガスをプラズマ励起室に導入し、所定のエネ
ルギーを加えることにより行なわれる。このようなプラ
ズマ励起手段としては従来から知られている任意の手段
、例えば、ＲＦ電力、マイクロ波等が利用できる。なお
、プラズマガスとしてはメタンガスのばか低分子量の炭
化水素、或はこれらの一種と酸素、窒素、アルゴン、ネ
オン、ヘリウムなどを用いることができる。
このように原料炭化水素を予めプラズマ励起することに
より、イオン化が容易になり、成膜効率が大幅に向上す
る。
より、イオン化が容易になり、成膜効率が大幅に向上す
る。
腹且芸１
第１図を参照するに、図中１０は真空容器、１１はチャ
ンバーであり、排気系１８に接続されて１０−’Ｔｏｒ
ｒ程度までの高真空に引かれる。
ンバーであり、排気系１８に接続されて１０−’Ｔｏｒ
ｒ程度までの高真空に引かれる。
１２は基板Ｓを支持するための基板ホルダーであり、こ
の場合電圧Ｖａのグリッド１３がイオンの流れを基板Ｓ
へ向けて加速する。１４はフィラメントであり、交流電
源によって加熱されて熱電子を発生し、また負電位に維
持されている。１５は原料である炭化水素ガスの供給口
である。また、フィラメント１４を取囲んで対電ｔＭ１
６が配置され、フィラメントとの間に電圧Ｖｄを与える
。
の場合電圧Ｖａのグリッド１３がイオンの流れを基板Ｓ
へ向けて加速する。１４はフィラメントであり、交流電
源によって加熱されて熱電子を発生し、また負電位に維
持されている。１５は原料である炭化水素ガスの供給口
である。また、フィラメント１４を取囲んで対電ｔＭ１
６が配置され、フィラメントとの間に電圧Ｖｄを与える
。
フィラメント１４、対電極１６及び供給口１５の周りを
取り囲んでイオン化ガスの閉じ込め用の磁界を発生する
電磁コイル１９が配置されている。
取り囲んでイオン化ガスの閉じ込め用の磁界を発生する
電磁コイル１９が配置されている。
従ってＶｄ、Ｖａ及びコイルの電流を調製することによ
り膜質を変えることができる。なお、成膜基板が図示の
様な直線上にない場合にはイオンビームを適当な手段に
よって偏向させることも出来る。
り膜質を変えることができる。なお、成膜基板が図示の
様な直線上にない場合にはイオンビームを適当な手段に
よって偏向させることも出来る。
１ユノさ」ｂ慝久■
本発明の特徴に従って、プラズマ励起装置が炭化水素ガ
スの供給管に設けられる。第２図に示すように、ダイヤ
モンド状薄膜の成膜用真空容器１０の炭化水素供給口１
５への供給管１７にはプラズマ励起装置１６が設けられ
ている。この励起装置の駆動は公知の種々の手段を用い
ることができる。それらの若干の例を次ぎに示す。
スの供給管に設けられる。第２図に示すように、ダイヤ
モンド状薄膜の成膜用真空容器１０の炭化水素供給口１
５への供給管１７にはプラズマ励起装置１６が設けられ
ている。この励起装置の駆動は公知の種々の手段を用い
ることができる。それらの若干の例を次ぎに示す。
第３図はマグネトロンを用いたプラズマ励起装置を示す
。発信器３０は例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を生
じそれを導波管原料ガスに与えてプラズマ励起を行なう
、なお、３２も導波管でプランジャー３３の調整により
マツチングを行なう。
。発信器３０は例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を生
じそれを導波管原料ガスに与えてプラズマ励起を行なう
、なお、３２も導波管でプランジャー３３の調整により
マツチングを行なう。
第４図は他のプラズマ励起装置１６を示し、例えば石英
ガラス製供給管１７の周りにＲＦコイル３４を配しこれ
にＲＦ電源３６から１３゜５６ＭＨｚなどの高周波エネ
ルギーを加える。
ガラス製供給管１７の周りにＲＦコイル３４を配しこれ
にＲＦ電源３６から１３゜５６ＭＨｚなどの高周波エネ
ルギーを加える。
別法として、第５図のように電極を設けて１３．５６Ｍ
ＨｚのＲＦ電力と直流電圧を加えても良い。
ＨｚのＲＦ電力と直流電圧を加えても良い。
そのほか電子線、放射線、紫外線照射等、プラズマ励起
が可能な手段ならどのような手段を用いても良い。
が可能な手段ならどのような手段を用いても良い。
暖且方恭
上記第１図の装置によって製膜方法を詳しく説明する。
先ず、チャンバー１１内を１Ｏ−６Ｔｏｒｒまで高真空
とし、バルブ１９を操作して所定流量のメタンガスを導
入しながら排気系１８を調整して所定のガス圧例えば１
０伺Ｔｏｒｒとする。一方、フィラメント１４には交流
電流Ｉｆを流して加熱し、フィラメント１４とガス供給
口１５の間には電位差Ｖｄを印加して熱フィラメントに
よる熱電子放出を形成する。原料供給管１７に導入され
るメタンガス等の炭化水素ガスは先ずプラズマ励起装置
１６においてプラズマを形成する。次いで供給口１５か
ら成膜キャンバ−１１に供給されたされたメタンガスは
熱分解されるとともにフィラメントからの熱電子と衝突
してプラスのイオンと電子を生じる。この電子は別の熱
分解粒子と衝突する。このような現象を繰り返すことに
よりメタンガスは熱分解物質のプラスイオンと成る。
とし、バルブ１９を操作して所定流量のメタンガスを導
入しながら排気系１８を調整して所定のガス圧例えば１
０伺Ｔｏｒｒとする。一方、フィラメント１４には交流
電流Ｉｆを流して加熱し、フィラメント１４とガス供給
口１５の間には電位差Ｖｄを印加して熱フィラメントに
よる熱電子放出を形成する。原料供給管１７に導入され
るメタンガス等の炭化水素ガスは先ずプラズマ励起装置
１６においてプラズマを形成する。次いで供給口１５か
ら成膜キャンバ−１１に供給されたされたメタンガスは
熱分解されるとともにフィラメントからの熱電子と衝突
してプラスのイオンと電子を生じる。この電子は別の熱
分解粒子と衝突する。このような現象を繰り返すことに
よりメタンガスは熱分解物質のプラスイオンと成る。
プラスイオンはグリッド１３に印加された負電位Ｖａに
より加速され基板Ｓに向けて加速される。なお、各部の
電位、電流、温度等の条件については先に引用した特許
公報のばか公知の資料を参照されたい。
より加速され基板Ｓに向けて加速される。なお、各部の
電位、電流、温度等の条件については先に引用した特許
公報のばか公知の資料を参照されたい。
なお、プラズマガスとしてはメタンガスのばか低分子量
の炭化水素、或はこれらの一種と酸素、窒素、アルゴン
、ネオン、ヘリウムなどを用いることができる。
の炭化水素、或はこれらの一種と酸素、窒素、アルゴン
、ネオン、ヘリウムなどを用いることができる。
以下に本発明の詳細な説明する。
火急Ｌ
プラズマ励起装置として、第２図、及び第３図に示され
た装置をそれぞれ用い、メタンガスの供給流量３０３
ＣＣＭ、圧力を１０−’Ｔｏｒｒとして励起装置１６に
導入してプラズマを形成させた。一方成膜チャンバー側
では、基板に直径３０ｍｍのシリコンエーハを用い、真
空容器ｌＯ内を１０−’Ｔｏｒｒに排気してから上記の
したメタンガスを導入しガス圧を１０−’Ｔｏｒｒとし
て熱フィラメントによる熱電子放出を起こさせた。電磁
コイル１９の磁束密度は４００ガウス、基板電圧−３０
０Ｖ、基板温度２００”Ｃとした。
た装置をそれぞれ用い、メタンガスの供給流量３０３
ＣＣＭ、圧力を１０−’Ｔｏｒｒとして励起装置１６に
導入してプラズマを形成させた。一方成膜チャンバー側
では、基板に直径３０ｍｍのシリコンエーハを用い、真
空容器ｌＯ内を１０−’Ｔｏｒｒに排気してから上記の
したメタンガスを導入しガス圧を１０−’Ｔｏｒｒとし
て熱フィラメントによる熱電子放出を起こさせた。電磁
コイル１９の磁束密度は４００ガウス、基板電圧−３０
０Ｖ、基板温度２００”Ｃとした。
またフィラメント１４には電流２５Ａを流した。
膜圧が３μｍの膜を生成させた。
嵐校１
プラズマ励起装置を用いなかったほかは、実施例と同一
の装置長ｑ条件を用いて３μｍの薄膜を製膜した。
の装置長ｑ条件を用いて３μｍの薄膜を製膜した。
上記実施例及び比較例により得られたダイヤモンド状薄
膜の成膜速度を測定した。
膜の成膜速度を測定した。
測定結果を次表に示す。
（作用効果）
以上のように、本発明によれば、成膜速度が従来の方法
に比べて約９％以上、条件によっては１７％以上も向上
することが分かった０本発明によると電力の大幅な節約
が達成できる。
に比べて約９％以上、条件によっては１７％以上も向上
することが分かった０本発明によると電力の大幅な節約
が達成できる。
第１図はダイヤモンド成膜装置の１例を示す断面図、第
２図は本発明のプラズマ励起装置の該略図、第３図ない
し第５図は本発明のプラズマ励起装置の一例を示す該略
図である。 区 区 吸 派 手続補正帯 平成元年１月２３日 特許庁長官 吉 １）文 毅 殿 事件の表示 昭和６３年特許願第５９３７７号発明の名
称 ダイヤモンド状薄膜の製造方法及び装置補正をす
る者
２図は本発明のプラズマ励起装置の該略図、第３図ない
し第５図は本発明のプラズマ励起装置の一例を示す該略
図である。 区 区 吸 派 手続補正帯 平成元年１月２３日 特許庁長官 吉 １）文 毅 殿 事件の表示 昭和６３年特許願第５９３７７号発明の名
称 ダイヤモンド状薄膜の製造方法及び装置補正をす
る者
Claims (2)
- （１）真空中に炭化水素ガスを導入し、これをイオン化
させ、基板上に析出させてダイヤモンド状薄膜を形成さ
せる方法において、炭化水素ガスを真空中に導入する前
にプラズマ励起装置に通すことを特徴とする、ダイヤモ
ンド状薄膜の製造方法。 - （２）真空中に炭化水素ガスを導入し、これをイオン化
させ、基板上に析出させてダイヤモンド状薄膜を形成さ
せる装置において、炭化水素を導入する通路にプラズマ
励起手段を配置したことを特徴とする、ダイヤモンド状
薄膜の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5937788A JP2687129B2 (ja) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | ダイヤモンド状薄膜の製造方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5937788A JP2687129B2 (ja) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | ダイヤモンド状薄膜の製造方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01234397A true JPH01234397A (ja) | 1989-09-19 |
| JP2687129B2 JP2687129B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=13111530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5937788A Expired - Lifetime JP2687129B2 (ja) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | ダイヤモンド状薄膜の製造方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2687129B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5112025A (en) * | 1990-02-22 | 1992-05-12 | Tdk Corporation | Molds having wear resistant release coatings |
| US5169452A (en) * | 1990-05-14 | 1992-12-08 | Tdk Corporation | Apparatus for the synthesis of diamond-like thin films |
| US5185067A (en) * | 1989-07-10 | 1993-02-09 | Tdk Corporation | Process for manufacturing diamond-like thin film |
| JPH07305173A (ja) * | 1994-03-17 | 1995-11-21 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 超硬質炭素皮膜を有する物体の製造方法およびその装置 |
| US5662877A (en) * | 1989-08-23 | 1997-09-02 | Tdk Corporation | Process for forming diamond-like thin film |
-
1988
- 1988-03-15 JP JP5937788A patent/JP2687129B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5185067A (en) * | 1989-07-10 | 1993-02-09 | Tdk Corporation | Process for manufacturing diamond-like thin film |
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| JPH07305173A (ja) * | 1994-03-17 | 1995-11-21 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 超硬質炭素皮膜を有する物体の製造方法およびその装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2687129B2 (ja) | 1997-12-08 |
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