JPH02167891A - ダイヤモンド膜気相合成装置 - Google Patents
ダイヤモンド膜気相合成装置Info
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- JPH02167891A JPH02167891A JP32128088A JP32128088A JPH02167891A JP H02167891 A JPH02167891 A JP H02167891A JP 32128088 A JP32128088 A JP 32128088A JP 32128088 A JP32128088 A JP 32128088A JP H02167891 A JPH02167891 A JP H02167891A
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Landscapes
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- 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〕
本発明は気相合成法によるタ゛イヤモンド膜形成装置、
さらに詳しくはダイヤモンド膜を大面積にわたり均一に
形威し、また形成時の基板温度の低温化を可能とするダ
イヤモンド膜気相合成装置に関するものである。
さらに詳しくはダイヤモンド膜を大面積にわたり均一に
形威し、また形成時の基板温度の低温化を可能とするダ
イヤモンド膜気相合成装置に関するものである。
低圧気相合成法によるダイヤモンド合成が可能となって
以来、種々のダイヤモンド膜気相合成装置および方法が
提案されている。以下に代表的なダイヤモンド膜合戒装
置および方法について説明する。
以来、種々のダイヤモンド膜気相合成装置および方法が
提案されている。以下に代表的なダイヤモンド膜合戒装
置および方法について説明する。
熱フイラメントＣＶＤ法は、ダイヤモンドの低圧気相合
成法の代表的な方法の一つであり、例えば特公昭５９−
２７７５３号公報に記載されているように、この装置の
特徴は試料基板近傍に温度２０００℃以上に加熱される
フィラメントが置かれている。このフィラメントによっ
て、反応室へ尋人された水素とメタンなどの炭素を含む
原料ガスが分解され、原子状水素および炭化水素ラジカ
ルをはじめとする活性種が生成し、これらの活性種が基
板上に拡散しダイヤモンドが析出、成長する。
成法の代表的な方法の一つであり、例えば特公昭５９−
２７７５３号公報に記載されているように、この装置の
特徴は試料基板近傍に温度２０００℃以上に加熱される
フィラメントが置かれている。このフィラメントによっ
て、反応室へ尋人された水素とメタンなどの炭素を含む
原料ガスが分解され、原子状水素および炭化水素ラジカ
ルをはじめとする活性種が生成し、これらの活性種が基
板上に拡散しダイヤモンドが析出、成長する。
この熱フイラメントＣＶＤ法の装置構成は、非常に簡素
ではあるが、 ■反応時間とともにフィラメントが炭化、変形し、再現
性に優れたダイヤモンドの合成ができない。
ではあるが、 ■反応時間とともにフィラメントが炭化、変形し、再現
性に優れたダイヤモンドの合成ができない。
■ダイヤモンドの形成される領域が、フィラメントの大
きさと位置に依存するため、広い面積にわたってタ゛イ
ヤモンド膜を均一に形成することが困難である、などの
問題点を抱えている。
きさと位置に依存するため、広い面積にわたってタ゛イ
ヤモンド膜を均一に形成することが困難である、などの
問題点を抱えている。
マイクロ波プラズマＣＶＤ法の装置は、例えば特公昭６
１−３３２０号公報に記載されているようにマイクロ波
発振電源（２，４５ＧＨｚ ）、その出力を反応管に導
く導波管、反応管内の圧力を減圧に保持する真空系、反
応ガス供給系から構成されており、試料基板は反応管々
らびに導波管の中央部付近に設置され、マイクロ波によ
って発生させたプラズマによって原料ガスと水素ガスの
分解を行う。この時、マイクロ波は、電源より導波管を
用いて反応部に導入されるが、導波管のサイズによって
放電領域が決まってしまうため、ダイヤモンド膜形成領
域に限界があり、あまり大きな試料基板全面にダイヤモ
ンド膜を形成することが困難であるという問題がある。
１−３３２０号公報に記載されているようにマイクロ波
発振電源（２，４５ＧＨｚ ）、その出力を反応管に導
く導波管、反応管内の圧力を減圧に保持する真空系、反
応ガス供給系から構成されており、試料基板は反応管々
らびに導波管の中央部付近に設置され、マイクロ波によ
って発生させたプラズマによって原料ガスと水素ガスの
分解を行う。この時、マイクロ波は、電源より導波管を
用いて反応部に導入されるが、導波管のサイズによって
放電領域が決まってしまうため、ダイヤモンド膜形成領
域に限界があり、あまり大きな試料基板全面にダイヤモ
ンド膜を形成することが困難であるという問題がある。
アークプラズマ法は、高周波電源、例えばＳ。
Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ、 Ｍ、 Ｈｉｎｏ ａｎｄ Ｔ、
Ｋｏｂａｙａｓｈｉ ； Ａｐｐｌ、 ｐｈｙｓ。
Ｋｏｂａｙａｓｈｉ ； Ａｐｐｌ、 ｐｈｙｓ。
Ｌｅｔｔ、５１（１０）、（１９８７−９）、７３７あ
るいは直流電源、例えばＫ 、 Ｋｕｒｉｈａｒａ 、
Ｋ 、 ５ａｓａｋｉ 、 Ｍ 、 Ｋａｗａｒａｄ
ａａｎｄ Ｎ、 Ｋｏｓｈｉｎｏ； Ａｐｐｌ、 Ｐ
ｈｙｓ Ｌｅｔｔ、 ５２（６）＋ （１９８８−２
）ｙ４３７を用いて、高温のアークプラズマを発生し、
ダイヤモンド膜を合成する方法である。このアークプラ
ズマ法では、ダイヤモンドの成長速度は非常に速いが、
成膜可能面積が小さいこと、基板温度が高温になること
、基板温度の制御が困難であるなどの問題点がある。
るいは直流電源、例えばＫ 、 Ｋｕｒｉｈａｒａ 、
Ｋ 、 ５ａｓａｋｉ 、 Ｍ 、 Ｋａｗａｒａｄ
ａａｎｄ Ｎ、 Ｋｏｓｈｉｎｏ； Ａｐｐｌ、 Ｐ
ｈｙｓ Ｌｅｔｔ、 ５２（６）＋ （１９８８−２
）ｙ４３７を用いて、高温のアークプラズマを発生し、
ダイヤモンド膜を合成する方法である。このアークプラ
ズマ法では、ダイヤモンドの成長速度は非常に速いが、
成膜可能面積が小さいこと、基板温度が高温になること
、基板温度の制御が困難であるなどの問題点がある。
その他の方法として、熱フィラメントＣｖＤ法を改良し
た電子衝撃ＣＶＤ法として例えば、Ａ。
た電子衝撃ＣＶＤ法として例えば、Ａ。
Ｓａｗａｂｅ ｅｔ ａｌ、、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ
、 Ｌｅｔｔ、、 ４６−２ （１９８５−１）１４６
やＤＣプラズマＣＶＤ法、例えばに、 ５ｕｚｕｋｉｅ
ｔ ａｌ、、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、、
５０．７２８（１９８７）あるいは燃焼炎法、例えば
広瀬、近藤、第３５回応用物理学関係連合講演会予稿集
、（１９８８）、Ｐ２Ｓ５などσ）方法および装置が提
案されているが、いずれもダイヤモンド膜を大面積にわ
たり均一に形成し、同時に試料基板温度の低温化をも可
能にする方法および装置は開発されていないのが現状で
ある。
、 Ｌｅｔｔ、、 ４６−２ （１９８５−１）１４６
やＤＣプラズマＣＶＤ法、例えばに、 ５ｕｚｕｋｉｅ
ｔ ａｌ、、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、、
５０．７２８（１９８７）あるいは燃焼炎法、例えば
広瀬、近藤、第３５回応用物理学関係連合講演会予稿集
、（１９８８）、Ｐ２Ｓ５などσ）方法および装置が提
案されているが、いずれもダイヤモンド膜を大面積にわ
たり均一に形成し、同時に試料基板温度の低温化をも可
能にする方法および装置は開発されていないのが現状で
ある。
本発明の目的は、気相合成法におけるダイヤモンド膜合
成において、ダイヤモンド膜を大面積にわたって均一に
形成し、さらに従来法より試料基板温度がより低温でダ
イヤモンド膜形成が可能なダイヤモンド膜気相合成装置
を提供することにある。
成において、ダイヤモンド膜を大面積にわたって均一に
形成し、さらに従来法より試料基板温度がより低温でダ
イヤモンド膜形成が可能なダイヤモンド膜気相合成装置
を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明のダイヤモンド膜気相
合成装置は、排気系およびガス導入口を有する真空室内
に中空陰極型のプラズマビーム源とこのプラズマビーム
源と対向配置しかつこのプラズマビーム源に対して正の
電圧が印加される対向電極を設置し、プラズマビーム源
で発生する原子状水素を含むプラズマを真空室とプラズ
マビーム源の圧力勾配と対向電極に印加する正電圧によ
って真空室に引き出し、このプラズマビーム源と対向電
極との間に形成されたプラズマ領域中に試料基板を設置
することによって構成される。
合成装置は、排気系およびガス導入口を有する真空室内
に中空陰極型のプラズマビーム源とこのプラズマビーム
源と対向配置しかつこのプラズマビーム源に対して正の
電圧が印加される対向電極を設置し、プラズマビーム源
で発生する原子状水素を含むプラズマを真空室とプラズ
マビーム源の圧力勾配と対向電極に印加する正電圧によ
って真空室に引き出し、このプラズマビーム源と対向電
極との間に形成されたプラズマ領域中に試料基板を設置
することによって構成される。
以下に図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第１図は、本発明のダイヤモンド膜気相合成装置の装置
要部の側面配置を示す断面図である。
要部の側面配置を示す断面図である。
排気系２４を備えた真空室２２の壁面にプラズマビーム
源１０と、このプラズマビーム源１ｏに対向配置する水
冷可能な対向電極１２とを設ける。
源１０と、このプラズマビーム源１ｏに対向配置する水
冷可能な対向電極１２とを設ける。
ダイヤモンド膜合成の原料ガスであるメタン、−酸化炭
素をはじめとする炭素化合物ガスを導入するためのガス
導入口２８は、プラズマビーム源１０内部の電極の炭化
を防ぐため、真空室２２の壁面に設ける。試料基板１６
は、プラズマビーム源１０と対向電極１２０間に発生さ
せるプラズマ領域１８中に配置する。試料基板１６は、
基板支持体１４に設置された加熱源によって加熱するこ
とが可能である。また、マグネットコイル２６は、プラ
ズマを閉じこめるように構成する。
素をはじめとする炭素化合物ガスを導入するためのガス
導入口２８は、プラズマビーム源１０内部の電極の炭化
を防ぐため、真空室２２の壁面に設ける。試料基板１６
は、プラズマビーム源１０と対向電極１２０間に発生さ
せるプラズマ領域１８中に配置する。試料基板１６は、
基板支持体１４に設置された加熱源によって加熱するこ
とが可能である。また、マグネットコイル２６は、プラ
ズマを閉じこめるように構成する。
第２図は第１図に示したプラズマビーム源１゜の構成を
示す断面図である。プラズマビーム源１０は、水冷ボッ
クス４０を貫通してガス樽入口を兼ねるタンクルパイプ
からなる補助陰極６２と円板状の六硼化ランタン（Ｌａ
Ｂａ）からなる主陰極６４とタングステンから紅る円板
状の熱板６６と、モリブデンからなる外筒４２およびキ
ャップ６８と中間電極３０とから構成される。
示す断面図である。プラズマビーム源１０は、水冷ボッ
クス４０を貫通してガス樽入口を兼ねるタンクルパイプ
からなる補助陰極６２と円板状の六硼化ランタン（Ｌａ
Ｂａ）からなる主陰極６４とタングステンから紅る円板
状の熱板６６と、モリブデンからなる外筒４２およびキ
ャップ６８と中間電極３０とから構成される。
プラズマの発生は、真空室２２内の圧力を排気系２４に
よって、１０”” Ｔｏｒｒ程度の真空度に真空排気し
た後、プラズマビーム源１ｏ内において、補助陰極３２
と中間電極６０との間で水素ガスを主成分とする導入ガ
スを放電させ、この放電により主陰極３４が加熱され高
温になると、次に主陰極６４と中間電極６０との間の放
電に移行する。
よって、１０”” Ｔｏｒｒ程度の真空度に真空排気し
た後、プラズマビーム源１ｏ内において、補助陰極３２
と中間電極６０との間で水素ガスを主成分とする導入ガ
スを放電させ、この放電により主陰極３４が加熱され高
温になると、次に主陰極６４と中間電極６０との間の放
電に移行する。
この放電により高温の主陰極６４から、大量の熱電子が
放出され、中間電極３０により加速される。
放出され、中間電極３０により加速される。
この時、補助陰極３２から４人した水素ガスの解離によ
って、タ゛イヤモンド形成において非ダイヤモンド成分
のエツチング効果に有効な原子状水素を含む高密度のプ
ラズマが生成され、プラズマ領域１８をプラズマビーム
源１０に対して正の電圧が印加されかつ水冷された対向
′電極１２との間に形成する。この時、プラズマの放電
を安定させるためアルゴン ヘリウムなどの不活性ガス
を添加しても良い。
って、タ゛イヤモンド形成において非ダイヤモンド成分
のエツチング効果に有効な原子状水素を含む高密度のプ
ラズマが生成され、プラズマ領域１８をプラズマビーム
源１０に対して正の電圧が印加されかつ水冷された対向
′電極１２との間に形成する。この時、プラズマの放電
を安定させるためアルゴン ヘリウムなどの不活性ガス
を添加しても良い。
上記の操作と平行して、ガス導入口２８からメタンガス
を導入し、真空室２２の真空度をＩＴｏｒｒ〜１０ Ｔ
ｏｒｒ、およびプラズマビーム源１０内の真空度ヲ１０
Ｔｏｒｒ〜１００ Ｔｏｒｒに保持する。この圧力差
の保持は、プラズマビーム源１ｏと！空室２２間の開口
部の大きさを調節することによって可能であるが、プラ
ズマビーム源１０と真空室２２との間に中間排気室を設
けても良い。本実施例では、真空室２２内部の真空度を
５ Ｔｏｒｒ、プラズマビーム源１ｏ内部の真空度を４
０ Ｔｏｒｒの圧力に保持した。ダイヤモンド膜を形成
するためには、真空室２２内の混合ガス中の炭素化合物
ガス濃度を０．１％〜１０％程度にするが、結晶性の優
れたダイヤモンド膜を析出させるためには１％前後が最
適であった。
を導入し、真空室２２の真空度をＩＴｏｒｒ〜１０ Ｔ
ｏｒｒ、およびプラズマビーム源１０内の真空度ヲ１０
Ｔｏｒｒ〜１００ Ｔｏｒｒに保持する。この圧力差
の保持は、プラズマビーム源１ｏと！空室２２間の開口
部の大きさを調節することによって可能であるが、プラ
ズマビーム源１０と真空室２２との間に中間排気室を設
けても良い。本実施例では、真空室２２内部の真空度を
５ Ｔｏｒｒ、プラズマビーム源１ｏ内部の真空度を４
０ Ｔｏｒｒの圧力に保持した。ダイヤモンド膜を形成
するためには、真空室２２内の混合ガス中の炭素化合物
ガス濃度を０．１％〜１０％程度にするが、結晶性の優
れたダイヤモンド膜を析出させるためには１％前後が最
適であった。
本発明による装置を用いてダイヤモンドの核発生密度を
増加させるため、あらかじめ研摩用タ゛イヤモンド粒子
を使って傷付は処理を行った直径６インチのシリコンウ
ェハー全面に大面積かつ均一プラズマにより、均−ｔよ
ダイヤモンド膜を形成できることが確認された。この時
、ダイヤモンド膜が形成可能な試料基板１６０面積は、
発生するプラズマ領域の大きさに、依存するため、マグ
ネットコイル２６の制御によるプラズマ領域の拡大、さ
らには真空室２２およびプラズマビーム源１ｏをスケー
ルアップすることにより、より大面積の基板に均一にダ
イヤモンド膜を形成することが可能である。
増加させるため、あらかじめ研摩用タ゛イヤモンド粒子
を使って傷付は処理を行った直径６インチのシリコンウ
ェハー全面に大面積かつ均一プラズマにより、均−ｔよ
ダイヤモンド膜を形成できることが確認された。この時
、ダイヤモンド膜が形成可能な試料基板１６０面積は、
発生するプラズマ領域の大きさに、依存するため、マグ
ネットコイル２６の制御によるプラズマ領域の拡大、さ
らには真空室２２およびプラズマビーム源１ｏをスケー
ルアップすることにより、より大面積の基板に均一にダ
イヤモンド膜を形成することが可能である。
また本発明のダイヤモンド膜気相合成装置は、試料基板
の配置位置が原子状水素を含むプラズマを発生するプラ
ズマビーム源１ｏから離れており、さらに従来のダイヤ
モンド気相合成法では数十Ｔｏｒｒ以上のガス圧力を必
要としたが、本装置では高密度プラズマを用いるため、
１０ Ｔｏｒｒ以下のガス圧力域でもダイヤモンドの形
成が可能であることから、試料基板温度の低温化が達成
できる。
の配置位置が原子状水素を含むプラズマを発生するプラ
ズマビーム源１ｏから離れており、さらに従来のダイヤ
モンド気相合成法では数十Ｔｏｒｒ以上のガス圧力を必
要としたが、本装置では高密度プラズマを用いるため、
１０ Ｔｏｒｒ以下のガス圧力域でもダイヤモンドの形
成が可能であることから、試料基板温度の低温化が達成
できる。
本発明による装置では、基板温度５００℃という従来の
気相合成法よりも２００°Ｃ〜３００’Ｃ低い試料基板
温度においてダイヤモンド膜形成が可能である。
気相合成法よりも２００°Ｃ〜３００’Ｃ低い試料基板
温度においてダイヤモンド膜形成が可能である。
さらに試料基板をプラズマビーム源に対して正電圧を印
加すると、基板への電子線照射によって、試料基板近傍
で炭素化合物ガスから生成される活性種密度が高くなり
、タ°イヤモンド膜の生長速度が増加、さらにはダイヤ
モンドの核発生密度も増加するという効果がある。
加すると、基板への電子線照射によって、試料基板近傍
で炭素化合物ガスから生成される活性種密度が高くなり
、タ°イヤモンド膜の生長速度が増加、さらにはダイヤ
モンドの核発生密度も増加するという効果がある。
以上の説明で明らかなように、本発明にょる夕。
イヤモンド膜気相合成装置は、中空陰極型のプラズマビ
ーム源で発生するプラズマを利用することにより、大面
積基板に均一にダイヤモンド膜を形成することが可能で
あり、さらに従来例と比較しより低温の試料基板温度に
おいてダイヤモンド膜形成が可能とｋる効果をもつ。
ーム源で発生するプラズマを利用することにより、大面
積基板に均一にダイヤモンド膜を形成することが可能で
あり、さらに従来例と比較しより低温の試料基板温度に
おいてダイヤモンド膜形成が可能とｋる効果をもつ。
第１図は本発明の実施例におけるタ゛イヤモンド膜気相
合成装置を示す側面からの断面図、第２凶は本発明のタ
゛イヤモンド膜気相合或装置に用いるプラズマビーム源
を示す断面図である。 １０・・・・・・プラズマビーム源、 １２・・・・・・対向電極、 ４・・・・・・基板支持体、 ６・・・・・・試料基板、 ８・・・・・・プラズマ領域、 ２・・・・・・真空室。 第２図
合成装置を示す側面からの断面図、第２凶は本発明のタ
゛イヤモンド膜気相合或装置に用いるプラズマビーム源
を示す断面図である。 １０・・・・・・プラズマビーム源、 １２・・・・・・対向電極、 ４・・・・・・基板支持体、 ６・・・・・・試料基板、 ８・・・・・・プラズマ領域、 ２・・・・・・真空室。 第２図
Claims (1)
- 排気系およびガス導入口を有する真空室内に、中空陰極
型のプラズマビーム源と、該プラズマビーム源と対向配
置しかつ前記プラズマビーム源に対して正の電圧が印加
される対向電極を設置し、前記プラズマビーム源と対向
電極との間に発生するプラズマ領域中に試料基板を設置
することを特徴とするダイヤモンド膜気相合成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32128088A JPH02167891A (ja) | 1988-12-20 | 1988-12-20 | ダイヤモンド膜気相合成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32128088A JPH02167891A (ja) | 1988-12-20 | 1988-12-20 | ダイヤモンド膜気相合成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02167891A true JPH02167891A (ja) | 1990-06-28 |
Family
ID=18130801
Family Applications (1)
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| Country | Link |
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| JP (1) | JPH02167891A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02205684A (ja) * | 1989-02-02 | 1990-08-15 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 膜を被覆する方法および被覆装置 |
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| KR100765630B1 (ko) * | 2006-10-26 | 2007-10-09 | 기아자동차주식회사 | 자동차용 와이퍼 블레이드 및 이의 제조방법 |
| DE10149588B4 (de) * | 2001-10-08 | 2017-09-07 | Oerlikon Trading Ag, Trübbach | Verfahren zur Diamantbeschichtung von Substraten |
-
1988
- 1988-12-20 JP JP32128088A patent/JPH02167891A/ja active Pending
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