JPH02104668A - レーザ光を用いた気相反応析出法 - Google Patents
レーザ光を用いた気相反応析出法Info
- Publication number
- JPH02104668A JPH02104668A JP25796188A JP25796188A JPH02104668A JP H02104668 A JPH02104668 A JP H02104668A JP 25796188 A JP25796188 A JP 25796188A JP 25796188 A JP25796188 A JP 25796188A JP H02104668 A JPH02104668 A JP H02104668A
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- JP
- Japan
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- base material
- container
- laser beam
- laser light
- phase reaction
- Prior art date
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- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、減圧下の容器内に導入された原料ガスにレー
ザ光を照射して、容器内の基材表面にガス物質を固体析
出させるレーザ光による気相反応析出法に関する。
ザ光を照射して、容器内の基材表面にガス物質を固体析
出させるレーザ光による気相反応析出法に関する。
レーザ光による気相反応析出法としては、例えばダイヤ
モンド析出法が特開昭６２−２１６９９７号公報に開示
されている。このような気相反応析出法では、従来は第
３図（ａｌ （ｂ）に示されるように、レーザ光が容器
１０内の基材５０に対して平行または直角に導入される
。前者の場合、レンズ２０により基材５０の上方でレー
ザ光が焦点を結び、この部分に存在する原料ガスを加熱
し、ガス物質が基材５０表面に固体析出する。容器１０
内に導入されたレーザ光は窓４０より容器外に導出され
る。後者の場合は、レーザ光がレンズ２０により集束さ
れて基材５０に直接照射され、反射光が再びレンズ２０
を通して容器ｌＯ外に導出される。
モンド析出法が特開昭６２−２１６９９７号公報に開示
されている。このような気相反応析出法では、従来は第
３図（ａｌ （ｂ）に示されるように、レーザ光が容器
１０内の基材５０に対して平行または直角に導入される
。前者の場合、レンズ２０により基材５０の上方でレー
ザ光が焦点を結び、この部分に存在する原料ガスを加熱
し、ガス物質が基材５０表面に固体析出する。容器１０
内に導入されたレーザ光は窓４０より容器外に導出され
る。後者の場合は、レーザ光がレンズ２０により集束さ
れて基材５０に直接照射され、反射光が再びレンズ２０
を通して容器ｌＯ外に導出される。
このレーザ光の往復により基材５０上方に存在する原料
ガスが加熱される。
ガスが加熱される。
レーザ光による気相反応析出法では、レーザ光の保有す
る光エネルギーを基材の近傍に存在する原料ガスに効率
よく伝達することが求められるが、上記従来法のうちの
、基材に平行してレーザ光を通過させる方法では、基材
の近傍を１回しかレーザ光が通過しない、また、基材に
直接照射する方法では、レーザ光は基材の近傍を２回通
過するものの、焦点を結んでいない。従って、いずれの
方法においても析出速度が遅いという問題がある。
る光エネルギーを基材の近傍に存在する原料ガスに効率
よく伝達することが求められるが、上記従来法のうちの
、基材に平行してレーザ光を通過させる方法では、基材
の近傍を１回しかレーザ光が通過しない、また、基材に
直接照射する方法では、レーザ光は基材の近傍を２回通
過するものの、焦点を結んでいない。従って、いずれの
方法においても析出速度が遅いという問題がある。
本発明は従来法と比較して同一のレーザ光源を使用する
場合にも、析出速度を増加させることができるレーザ光
による気相反応析出法を提供することを目的とする。
場合にも、析出速度を増加させることができるレーザ光
による気相反応析出法を提供することを目的とする。
本発明の析出法は、原料ガスが導入された減圧下の容器
内に基材を設置すると共に、該容器内に一端側より導入
されたレーザ光を該基材近傍の特定部分で焦点を結ばせ
且つ交差させながら一端側と他端側との間で複数回反射
往復させた後、該容器外へ導出するものである。
内に基材を設置すると共に、該容器内に一端側より導入
されたレーザ光を該基材近傍の特定部分で焦点を結ばせ
且つ交差させながら一端側と他端側との間で複数回反射
往復させた後、該容器外へ導出するものである。
本発明の析出法では、同一光源から放出されるレーザ光
が容器内の基材近傍を複数回通過し、しかも全ての通過
光が基材近傍で焦点を結ぶため、基材近傍に存在する原
料ガスが同一光源からのレーザ光にて効率よく集中加熱
される。レーザ光による気相反応析出法では、基材近傍
に存在する原料ガスの加熱状態が析出速度を支配するの
で、この部分の原料ガスを効率よく集中加熱する本発明
の析出法では、析出速度の大幅増大がもたらされる。
が容器内の基材近傍を複数回通過し、しかも全ての通過
光が基材近傍で焦点を結ぶため、基材近傍に存在する原
料ガスが同一光源からのレーザ光にて効率よく集中加熱
される。レーザ光による気相反応析出法では、基材近傍
に存在する原料ガスの加熱状態が析出速度を支配するの
で、この部分の原料ガスを効率よく集中加熱する本発明
の析出法では、析出速度の大幅増大がもたらされる。
〔実施例）
第１図は本発明の析出法を実施するのに適した反応容器
の構造を模式的に示す斜視図である。
の構造を模式的に示す斜視図である。
反応容器ｌＯは円筒状で、両端は端板１１ａ。
１１ｂにて閉塞されている。一方の端＋ｌ １１ ａの
中心部には原料ガスの導入管１２が設けられ、その周囲
には１枚の集光レンズ２０と７枚の凹面鏡３１ａ〜３７
ａが周方向に等間隔で設けられている。他方の端板１１
ｂの中心部には原料ガスの導出管１３が設けられ、その
周囲には７枚の凹面鏡３１ｂ〜３７ｂと１個の窓４０が
周方向に等間隔で設けられている。基材５０は容器ｌＯ
内の軸方向中央部の中心位置下方に設置されたヒータ６
０上に載せられる。
中心部には原料ガスの導入管１２が設けられ、その周囲
には１枚の集光レンズ２０と７枚の凹面鏡３１ａ〜３７
ａが周方向に等間隔で設けられている。他方の端板１１
ｂの中心部には原料ガスの導出管１３が設けられ、その
周囲には７枚の凹面鏡３１ｂ〜３７ｂと１個の窓４０が
周方向に等間隔で設けられている。基材５０は容器ｌＯ
内の軸方向中央部の中心位置下方に設置されたヒータ６
０上に載せられる。
集光レンズ２０、凹面鏡３１ａ〜３’？ａ、３１ｂ〜３
Ｔｂおよび芯４０の位置関係は、次のように定めれてい
る。
Ｔｂおよび芯４０の位置関係は、次のように定めれてい
る。
先ず、容器１０外のレーザ発振器より発振された平行レ
ーザ光は、集光レンズ２０より容器ｌＯ内に入る。この
時、レーザ光は容器ｌＯ内の軸方向中央部中心位置（以
下Ｘ点という）の近傍で焦点を結ぶように集光レンズ２
０で集光される。Ｘ点近傍で焦点を結んだレーザ光はそ
のまま進行して他端側の凹面鏡３１ｂで反射され、Ｘ点
近傍で再び焦点を結んで一端側の凹面鏡３１ａで反射さ
れる。凹面鏡３１ａで反射されたレーザ光はＸ点近傍で
焦点を結び凹面鏡３２ｂで凹面鏡３２ａに向けて反射さ
れる。この反射光もＸ点近傍で焦点を結ぶ。
ーザ光は、集光レンズ２０より容器ｌＯ内に入る。この
時、レーザ光は容器ｌＯ内の軸方向中央部中心位置（以
下Ｘ点という）の近傍で焦点を結ぶように集光レンズ２
０で集光される。Ｘ点近傍で焦点を結んだレーザ光はそ
のまま進行して他端側の凹面鏡３１ｂで反射され、Ｘ点
近傍で再び焦点を結んで一端側の凹面鏡３１ａで反射さ
れる。凹面鏡３１ａで反射されたレーザ光はＸ点近傍で
焦点を結び凹面鏡３２ｂで凹面鏡３２ａに向けて反射さ
れる。この反射光もＸ点近傍で焦点を結ぶ。
以下、同様にしてレーザ光は凹面鏡３２ａ→３３ｂ−＋
３３ａ−＋３４ｂ−＋３４ａ→３５ｂ−＋３５ａ→３６
ｂ→３６ａ→３Ｔｂ−３’７ａの順で反射を繰り返し、
反射光はいずれもＸ点近傍を通過し且つここで焦点を結
ぶ、凹面鏡３Ｔａで反射したレーザ光は窓４０より容器
１０外に導出される。
３３ａ−＋３４ｂ−＋３４ａ→３５ｂ−＋３５ａ→３６
ｂ→３６ａ→３Ｔｂ−３’７ａの順で反射を繰り返し、
反射光はいずれもＸ点近傍を通過し且つここで焦点を結
ぶ、凹面鏡３Ｔａで反射したレーザ光は窓４０より容器
１０外に導出される。
第１図の反応容器１０で本発明の析出法を実施するには
、先ず容器１０内に基材５０をセットし、予めｌＯ内を
導出管１３より吸引して真空にした後、容器１０内に原
料ガスを導入管１２より注入する。次に、基材５０をヒ
ータ６０で所定温度に加熱し、容器ｌＯ内に集光レンズ
２０よりレーザ光を導入する。容器ｌＯ内に導入された
レーザ光は前述したようにＸ点近傍で焦点を結んだ後、
凹面鏡３１ｂ 〜３？ｂと凹面鏡３１ａ 〜３Ｔａとの
間で反射を操り返す０反射光は全てＸ点近傍で焦点を結
び、最後の反射光は窓４０より容器ｌＯ外に導出される
。こうすることにより、単一光源からのレーザ光はＸ点
近傍を１５回通過し、且ついずれの通過時にもＸ点近傍
で焦点を結ぶ、その結果、レーザ光の保有エネルギーは
、Ｘ点近傍に存在する原料ガスに効率よく伝達され、Ｘ
点直下に配置された基材５０の上面に高速でガス物質を
析出させる。
、先ず容器１０内に基材５０をセットし、予めｌＯ内を
導出管１３より吸引して真空にした後、容器１０内に原
料ガスを導入管１２より注入する。次に、基材５０をヒ
ータ６０で所定温度に加熱し、容器ｌＯ内に集光レンズ
２０よりレーザ光を導入する。容器ｌＯ内に導入された
レーザ光は前述したようにＸ点近傍で焦点を結んだ後、
凹面鏡３１ｂ 〜３？ｂと凹面鏡３１ａ 〜３Ｔａとの
間で反射を操り返す０反射光は全てＸ点近傍で焦点を結
び、最後の反射光は窓４０より容器ｌＯ外に導出される
。こうすることにより、単一光源からのレーザ光はＸ点
近傍を１５回通過し、且ついずれの通過時にもＸ点近傍
で焦点を結ぶ、その結果、レーザ光の保有エネルギーは
、Ｘ点近傍に存在する原料ガスに効率よく伝達され、Ｘ
点直下に配置された基材５０の上面に高速でガス物質を
析出させる。
第１図の反応容器ｌＯによる本発明の析出法の実施結果
を次に説明する。
を次に説明する。
反応容器１０はステンレス鋼製で、内部空間は直径２０
０閣、長さ５００閣の大きさである。この反応容器ｌＯ
内を導出管１３より吸引する一方、容器１０内に導入管
１２より原料ガスとして５ｉＨａ（モノシラン）ガスを
流入させ、容器ｌＯ内圧力を１００Ｔｏｒｒに保持した
。基材５０は、厚み５＋ｍ、直径５０腫の５ＵＳ３Ｑ４
製円板で、ヒータ６０により種々の温度に加熱保持した
。
０閣、長さ５００閣の大きさである。この反応容器ｌＯ
内を導出管１３より吸引する一方、容器１０内に導入管
１２より原料ガスとして５ｉＨａ（モノシラン）ガスを
流入させ、容器ｌＯ内圧力を１００Ｔｏｒｒに保持した
。基材５０は、厚み５＋ｍ、直径５０腫の５ＵＳ３Ｑ４
製円板で、ヒータ６０により種々の温度に加熱保持した
。
基材５０を加熱するだけで、基材５０に触れた原料ガス
は下記反応を起こし、基材５０上面にＳｔを析出させる
。基材５０の加熱温度を種々変化させた時の加熱温度と
成膜速度（Ｓ＋析出速度）との関係を比較例として第２
図に示す。
は下記反応を起こし、基材５０上面にＳｔを析出させる
。基材５０の加熱温度を種々変化させた時の加熱温度と
成膜速度（Ｓ＋析出速度）との関係を比較例として第２
図に示す。
５ｉＨａ→Ｓｉ＋２Ｈｚ
次に、基材５０を種々の温度に加熱保持した状態で、前
述した手順で容器ｌＯ内にレーザ光を導入した。レーザ
光は出力１０Ｗのｃｏｔレーザ光で、集光レンズ２０に
入光する段階では直径１８■の平行光線である。該平行
光線はＸ点近傍で焦点を結び、更に凹面鏡３１ｂ〜３７
ｂと凹面鏡３１ａ〜３７ｂとの間で反射を繰り返し、窓
４０より容器１０外に導出される６反射光も又、Ｘ点近
傍で焦点を結ぶ、この時の基材加熱温度と成膜速度との
関係を第２図に本発明例として示す。
述した手順で容器ｌＯ内にレーザ光を導入した。レーザ
光は出力１０Ｗのｃｏｔレーザ光で、集光レンズ２０に
入光する段階では直径１８■の平行光線である。該平行
光線はＸ点近傍で焦点を結び、更に凹面鏡３１ｂ〜３７
ｂと凹面鏡３１ａ〜３７ｂとの間で反射を繰り返し、窓
４０より容器１０外に導出される６反射光も又、Ｘ点近
傍で焦点を結ぶ、この時の基材加熱温度と成膜速度との
関係を第２図に本発明例として示す。
また、比較のために、第３図（ａ）に示す様にレンズ２
０より入光したレーザ光を窓４０からそのまま容器ｌＯ
外に出光した時の結果を、第２図に従来例として示す、
なお、従来例はレーザー出力等の条件はすべて本発明例
と同一である。
０より入光したレーザ光を窓４０からそのまま容器ｌＯ
外に出光した時の結果を、第２図に従来例として示す、
なお、従来例はレーザー出力等の条件はすべて本発明例
と同一である。
何れの例においても、Ｘ点から基材５０表面までの距離
は７０鵬である。
は７０鵬である。
第２図に示されるように、基材を加熱するだけの比較例
では、基材温度に対する依存性が強く、高い成膜速度を
得るためには基材の高温加熱が必要になる。例えば、１
０ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度を確保するためには約６００
°Ｃの加熱温度を必要とする。レーザ光を１回通過させ
る比較例２ては、この基材温度に対する依存性は弱まる
が、それでもｌＯｎｍ／ｍｉｎの成膜速度を得るのに約
３５０°Ｃの基材加熱温度が必要になる。これに対し、
本発明例では、従来例と同一のレーザ光源を使用してい
るにもかかわらず、約８０℃の基材加熱温度で１０ｎｍ
／ｍｉｎの成膜速度が確保される。
では、基材温度に対する依存性が強く、高い成膜速度を
得るためには基材の高温加熱が必要になる。例えば、１
０ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度を確保するためには約６００
°Ｃの加熱温度を必要とする。レーザ光を１回通過させ
る比較例２ては、この基材温度に対する依存性は弱まる
が、それでもｌＯｎｍ／ｍｉｎの成膜速度を得るのに約
３５０°Ｃの基材加熱温度が必要になる。これに対し、
本発明例では、従来例と同一のレーザ光源を使用してい
るにもかかわらず、約８０℃の基材加熱温度で１０ｎｍ
／ｍｉｎの成膜速度が確保される。
また、基材加熱温度が３００°Ｃの場合は、従来例では
約６ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度しか得られないのに、本発
明例ではｌｌｎｍ／ｍｉｎ以上の約２倍の成膜速度が確
保される。
約６ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度しか得られないのに、本発
明例ではｌｌｎｍ／ｍｉｎ以上の約２倍の成膜速度が確
保される。
このように本発明の析出法によれば従来のレーザ光によ
る析出法と比べて、同一光源を使用するにもかかわらず
同一成膜速度で比較した場合は基材加熱温度が著しく低
下し、同一加熱温度で比較した場合は成膜速度が著しく
上昇する。
る析出法と比べて、同一光源を使用するにもかかわらず
同一成膜速度で比較した場合は基材加熱温度が著しく低
下し、同一加熱温度で比較した場合は成膜速度が著しく
上昇する。
上述の実施例ではレーザ光が容器内を１５５回通過るよ
うに設定されているが、通過回数は原料ガス組成、圧力
等に基づいて適宜設定され、通常は７〜２３回の範囲内
で選択される。これは７回未満では従来法に比較し効果
がなく、２３回超では装置が大型化し、光学系が複雑に
なるためである。
うに設定されているが、通過回数は原料ガス組成、圧力
等に基づいて適宜設定され、通常は７〜２３回の範囲内
で選択される。これは７回未満では従来法に比較し効果
がなく、２３回超では装置が大型化し、光学系が複雑に
なるためである。
また、析出対象物についても本発明の析出法は全ての熱
ＣＶＤプロセスにおいて可能な皮膜形成等に適用可能で
ある。
ＣＶＤプロセスにおいて可能な皮膜形成等に適用可能で
ある。
本発明のレーザ光による気相反応析出法は、レーザ光か
ら原料ガスへのエネルギー変換効率に優れ、これにより
析出速度の大幅上昇を可能ならしめるとともに、レーザ
光源の小型化、コストダウン並びに基材加熱温度の低減
および基材加熱温度の低減にともなう基材の材質劣化防
止等に大きな効果を奏するものである。
ら原料ガスへのエネルギー変換効率に優れ、これにより
析出速度の大幅上昇を可能ならしめるとともに、レーザ
光源の小型化、コストダウン並びに基材加熱温度の低減
および基材加熱温度の低減にともなう基材の材質劣化防
止等に大きな効果を奏するものである。
第１図は本発明の析出法に適した反応容器の一例を示す
模式斜視図、第２図は本発明の効果を基材温度と成膜速
度との関係で示すグラフ、第３図は従来の析出法を示す
模式図である。 図中、ｌＯ二反応容器、２０：集光レンズ、３１〜３７
：凹面鏡、４０：窓、５０：基材、６０：ヒータ。 第 １ 図 Ｊ４ｑＪｊＯ 第 ３ 図 Ｏ （ｂ）
模式斜視図、第２図は本発明の効果を基材温度と成膜速
度との関係で示すグラフ、第３図は従来の析出法を示す
模式図である。 図中、ｌＯ二反応容器、２０：集光レンズ、３１〜３７
：凹面鏡、４０：窓、５０：基材、６０：ヒータ。 第 １ 図 Ｊ４ｑＪｊＯ 第 ３ 図 Ｏ （ｂ）
Claims (1)
- １、原料ガスが導入された減圧下の容器内に基材を設置
すると共に、該容器内に一端側より導入されたレーザ光
を該基材近傍の特定部分で焦点を結ばせ且つ交差させな
がら一端側と他端側との間で複数回反射往復させた後、
該容器外へ導出することを特徴とするレーザ光を用いた
気相反応析出法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25796188A JPH02104668A (ja) | 1988-10-12 | 1988-10-12 | レーザ光を用いた気相反応析出法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25796188A JPH02104668A (ja) | 1988-10-12 | 1988-10-12 | レーザ光を用いた気相反応析出法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02104668A true JPH02104668A (ja) | 1990-04-17 |
Family
ID=17313615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25796188A Pending JPH02104668A (ja) | 1988-10-12 | 1988-10-12 | レーザ光を用いた気相反応析出法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02104668A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0578232A1 (en) * | 1992-07-09 | 1994-01-12 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Diamond synthetic method |
-
1988
- 1988-10-12 JP JP25796188A patent/JPH02104668A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0578232A1 (en) * | 1992-07-09 | 1994-01-12 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Diamond synthetic method |
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