JPH02138477A - マイクロ波プラズマによる膜形成装置、及びその方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマイクロ波プラズマによる膜形成装置。

及びその方法に係り、特に、試料基板の平均温度を低く
保ちつつ表面層のみを局部的に加熱し、以って、基板母
材の特性を劣化させることなくその表面層に硬質カーボ
ン股形成を行うのに好適なマイクロ波プラズマによる膜
形成装置、及びその方法に関する。

〔従来の技術〕

従来のマイクロ波プラズマを用いた膜形成装置を第２図
に示す。該図において、マグネトロン１から出たマイク
ロ波は導波管２を通り、石英放電管４に導入される。石
英放電管４はソレノイドコイル３の中に置かれ、軸方向
磁界とマイクロ波電界との相互作用で１石英放電管４中
には試料ガスプラズマが発生する。プラズマは、高温炉
５中に置かれた基板６の表面に照射され５例えば、試料
ガスに（Ｈｚ＋ＣＩ（ａ）混合ガスを用いた場合には、
基板６の表面に数７００人／分以上の成長速度でダイヤ
モンド等の硬質カーボン膜が形成される。

〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、このような従来装置においては、膜形成を行
うにあたり基板１６の温度を８００〜１０００℃に加熱
する必要があった。このため、基板試料１６としては耐
高温材料しか適用できず、耐高温材料であっても、その
一部に低融点金属やガラス等を内蔵した構成であれば、
耐高温材料表面部分に膜形成を行うことはできなかった
。例えば、ＶＴＲ用磁気ヘッドのテープ摺動面に、炭素
イオン照射等により硬質カーボン膜をつけることは、磁
気ヘットの摩耗性改善に有用であることは公知である（
特公昭５３−３４８９８　号公報参照）が、磁気ヘッド
には接着用の銀ロウ材、及びガラス等があるため、これ
を第２図に示した従来装置を使い、ヘッド摺動面（耐高
温性有り）に硬質カーボン膜を形成させることば円建で
あった。また、第２図の従来例では、基板１６全体が加
熱されるため、基板１６全面に膜が形成され、局所的に
膜形成を行うことが出来なかった。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とす
るところは、被覆すべき表面が耐熱性があるにもかかわ
らず、その構成の一部に低融点物質を含むため、硬質カ
ーボン膜生成温度まで基板加熱できない試料であっても
、目的とする基板表面に膜形成を可能ならしめるマイク
ロ波プラズマによる膜形成装置、及びその方法を提供す
るにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はマイクロ波を伝播させる導波管内部に置かれた
高融点絶縁物製の円筒内に試料基板を設置すると共に、
該円筒の上記マイクロ波導入側端面に、前記試料基板上
に照射するレーザー光を導入する光学材料から成る窓を
設けた膜形成装置。

及び基板が置かれる石英管のマイクロ波導入側端面に設
けられた光学材料から成る窓を通してレーザー光を導入
し、このレーザー光を基板表面に照射して加熱せしめる
膜形成方法を特徴とする。

〔作用〕

即ち１本発明は、基板を５００〜６００℃まで高温炉で
加熱しておき、目的とする表面（耐高温性材料表面）に
レーザー光をあて膜形成を行なうものである。つまり、
半導体試料のレーザーアニール技術によれば、レーザー
照射時の表面温度−Ｊ―昇θは次式で与えられる。（Ｊ
、Ａ、、１）、、　５１．　。

隘１，２７４　（１９８０）参照） 第１式でＰはレーザーパワー（Ｗ）　、Ｒは反射率、Ｋ
は基板の熱伝導率（Ｗ　／　ｃｓ　・ｄｅｇ）　、　　
ｒ　ｘはレーザー光半径（ａｎ）である。

基板に、磁性材料である金属の鉄をとると、鉄の反射率
は６０００Å以下の波長の光に対して０．５６程度の値
である（東京天文台発行、理科年表、昭５６年版参照）
。一方、通常のＡｒレーザーを使った場合、レーザー光
の波長は高々５１４５人である。レーザー光の口径を５
０μｍ程度とすると、第（１）式から、表面温度３００
℃にとげるに要するレーザーパワーは約７．５Ｗであり
、この値は通常、容易に取得できるレーザー出力である
。この場合、基板の深さ方向の温度分布は、数μｍの深
さのところで、すでに基板平均：り度になるため１表面
のみを硬質カーボン膜生成温度まで加熱可能である。ま
た、レーザー光を光学的に走査することにより、表面の
任意の部分のみに膜形成を行うことも可能である。本実
施例は、このような考え方に基づき、従来のマイクロ波
プラズマ膜形成装置に対し、レーザー導入法を備えた膜
形成装置を見出したものである。

〔実施例〕

以下、本発明の膜形成装置の一実施例を第１図により説
明する。尚、符号は従来と同一のものは同符号を使用す
る。

該図に示す本実施例では、レーザー光の導入法として、
石英放電管４のマイクロ波伝播側端面に、導入レーザー
光に対し透過率の高い材質からなる＄１４　（ここでは
石英窓とした）を使った。又、マイクロ波立体回路であ
る導波管２に小孔９を設け、この孔９を通し外部からレ
ーザー光８を通した。この場合、小孔径は高々数１であ
り、使用したマイクロ波は２．４５　　ＧＨｚ、波長１
２個のものである。この場合、小孔径は、カットオフを
与える口径より充分小さいため、洩れるマイクロ波パワ
ーは極めて少なく、実用上何ら問題はない。

基板６にＳｉ、Ｆｅ等を使い、ガスにメタンと水素との
混合ガスを導入した。高温炉５を使い、基板６を６００
℃に加熱し、これに出力数Ｗ〜数１０ＷのＡｒレーザー
を導入し、基板６上に硬質カーボン膜を数１００人／分
以上の成長速度で堆積できた。この時、マイクロ波パワ
ーは数１００Ｗ、試料ガス圧は０．０１〜１０Ｐａ　　
である７また膜の結晶性評価からはダイヤモンド構造の
カーボン粒子の成長があることも分った。なお、本実施
例では１μｍ以下のレーザー光を利用したが、１μｍ以
上の赤外光については、基板６の反射係数が９０％以上
になり、加熱効率が低下すること、これに応じてレーザ
ーパワーを極端に大きくする必要があること、窓１４の
材料としてＮ　ａ　ＣＱ　。

ＫＢｒ等の潮解性のあるものを利用しなければならず、
実用−ヒの取扱いが困難なこと等のため、長波長光の使
用は困難であった。

更に、レーザー光８を鏡等を使い走査することにより、
基板６の任意の位置に硬質カーボン膜を成長させること
もできる。

本実施例によれば、マイクロ波プラズマ１摸形成装置の
動作条件を変えることなく、有効にレーザー光を基板を
導入でき、従って、低融点材料をその一部に含んでいる
種々の実用素子表面に膜形成が可能となるので、実用に
供しその効果は著しく大である。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、被覆すべき表面が耐熱性
があるにもかかわらず、その構成の一部に低融点物質を
含むため、硬質カーボン膜生成温度まで基板加熱できな
い試料であっても、目的とする基板表面に膜形成が可能
となるので、此種膜形成には非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマイクロ波プラズマによる膜形成装置
の一実施例を示す構成図、第２図は従来例を示す構成図
である。 １・・・マグネトロン、２・・・導波管、３・・・ソレ
ノイドコイル、４・・・石英放電管５５・・・高温炉、
６・・基板、７・・・真空排気装置、８・・・レーザー
光、９・・・小孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マイクロ波を伝播させる導波管内部に置かれた高融
   点絶縁物製の円筒と、該円筒に試料ガスを導入するため
   のガス導入機構と、上記円筒を真空引きするための排気
   装置と、上記マイクロ波の伝播方向と平行な方向に磁界
   を印加するための磁界発生手段と、該磁界発生手段の磁
   界とマイクロ波電界との相互作用により発生するプラズ
   マが照射されて膜が形成される試料基板と、該試料基板
   を加熱するための加熱手段とを備えたマイクロ波プラズ
   マによる膜形成装置において、上記円筒内に試料基板を
   設置すると共に、該円筒の上記マイクロ波導入側端面に
   、前記試料基板上に照射するレーザー光を導入する光学
   材料から成る窓を設けたことを特徴とするマイクロ波プ
   ラズマによる膜形成装置。 ２、試料ガスを磁場中のマイクロ波放電によりプラズマ
   化し、このプラズマを高温炉中に置かれた基板に照射し
   て基板表面に膜を形成させるマイクロ波プラズマによる
   膜形成方法において、上記基板が置かれる石英管のマイ
   クロ波導入側端面に設けられた光学材料から成る窓を通
   してレーザー光を導入し、このレーザー光を基板表面に
   照射して加熱せしめることを特徴とするマイクロ波プラ
   ズマによる膜形成方法。 ３、上記レーザー光として波長１μｍ以下のものを利用
   して基板表面層の加熱を行うことを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載のマイクロ波プラズマによる膜形成方
   法。 ４、上記レーザー光を絞り、これを導波管外から鏡を使
   つて基板表面上で走査し任意の領域のみに膜を生成させ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のマイク
   ロ波プラズマによる膜形成方法。