JPH02275798A - ダイヤモンド膜の形成装置及び方法 - 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】 Ａ　産業上の利用分野 本発明はダイヤモンド膜の蒸着技術に関するものである
。特に、低温でダイヤモンド膜を形成する方式について
述べる。

Ｂ、従来技術 電子部品の’Ａａでは下地層の材料を保護するため剛性
面の波１℃を要する場合が多い。マイクロエレクトロニ
クス技術では、微細な電子回路を含む基板がビニールの
保護パッケージ層で（υわれ、電子部品を截せた基鈑表
面が汚染されるのを防いでいる。同様に、コンピュータ
用ディスク・ドライブ記憶媒体として使われる磁気ディ
スクも、表面に、ディスクとの読み取り書き込み動作を
妨げない剛性、絶縁性の保護膜を要する。さらに将来、
コンピュータのチップ基板を製造する際に表面にダイヤ
モンドが用いられれば、現在の基板以」二の耐久性と伝
熱性が得られよう。このような材料は熱を放散するため
、より高密度の回路の製造が可能になろう。

ダイヤモンド膜を形成する現在の）７式では、高温を要
したり、無数の不純物が混入したりする場合が多い。ダ
イヤモンド膜を、純度を充分に高めて製造する場合、測
定とシステム監視にかなりの時間をとられるようであっ
ては、低コストで大量生産を行う分野には適さない。

人工のダイヤモンド膜を成長させる方式を説明したもの
には、米国特許第４１９１７３５号、同３９６１１０３
号、同４４８６２８６号などがある。これらの方式では
イオン粒子の発生にプラズマが用いられる。米国特許第
３９６１１０３号では、抽出されたイオンが陰極にぶつ
けられ、所要材料の原子が排出空間にスパッタリング（
気化）され、イオン化される。したがってプラズマには
所要材料のイオンが高濃度で含まれるとともに、不要な
不純物も含まれる。ダイヤモンド膜が成長する基板は高
温と不純物に直接さらされる。

本発明は、純度の高いダイヤモンド膜を、！１１！を的
な電子回路基板にマイナスの影響を与えない程度の温度
で）ｆａ成する方法を提供するものである。

Ｃ発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、基板トに汚染度の低いダイヤモンド膜
を成長させることにある。

本発明の目的は、基板に悪い影響を与えない程度の温度
で基板上にダイヤモンド膜を成長させることにある。

Ｄ４問題点を解決するための手段 このような目的は他の目的も含めて本発明によって達成
される。炭素イオン源は、電子銃とカーボン・ブロック
によって得られる。カーボン・ブロックの表面を気化す
るため、標準的なタングステン・フィラメントを電子源
とした電子銃が用いられる。気化した炭素原子は放射さ
れた電子とぶつかり、炭素イオン源が作られる。

炭素イオン源は、コリメータとして［動く開口を持つ板
の下に効果的に位置づけられる。この扱は、気化した炭
素イオンを通過させ、これによって毛行ビームが得られ
る。このコリメータ板の反対側には静電界を成す２つの
板（ｃｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｆｉｅｌｄ　ｐｌａｔ
ｅ　）が置かれる。静電板は、機能を高めるためコリメ
ータ板の開口の軸に対称となっている６２つの静電板の
間に電界ができる。コリメータ板の開口を通過した炭素
イオンは平行ビームに直角な方向へ引かれる。こうして
加速された炭、暮イオンの進行方向に基板が位置づけら
れる６ダイヤモンドとほぼ同一構造の炭素イオンの膜は
この基板に被着される。

炭素イオンのビームは、これの気化熱によって上昇する
。電子銃と炭素原子の衝突によって電荷を帯びた不純物
が小量作られる。炭素イオンと炭素原子はコリメータの
遮蔽板を通過し、ここでイオンが分離され、静電界で純
度が高められて基板に向けられる。電荷を帯びていない
粒子は基板に昨直な方向に進み続けるため基板には向け
られない。

Ｅ　実施例 第１図と第２図は低温でダイヤモンド膜を形成する装置
の詳細図である。このプロセスは真空ポンプ１２に接続
された真空室ｌｌ内で行われる。

真空室＋１内部では約１０−　　Ｔｏｒｒの真空度とな
る。

支持枠１３は、電子銃１５上のコリメータ板１６を支持
する。コリメータｍ１６には開口１７があり、炭素イオ
ンの平行ビームはこの開口を通過する。装置の＠面図で
ある第１図には第１偏向板１８と第２偏向へ１９を示し
た。偏向板１８．１９は、＋００ボルトないし１，００
０ボルトに設定される電圧源に接続される。この電圧は
、１００　ｖ／ｃｍの静電界強度を与える直流が望まし
いが、場合によってはランプ電圧の変動や交流電圧も利
用できよう、偏向板１８．１９は、開口１７の軸から等
距離にある。第１基板２１と第２基扱２２は偏向板１８
と１９の間の静電界内で偏向板の隣に置かれる。真空室
１１内部に、温度を一定に保つためＴｉ熱器２４が置か
れる。この温度は比較的低い２００℃に保たれる。この
レベルでは一般に広く用いられる基板２１．２２を損な
うことがなく、しかもダイヤモンドの成長を促進するこ
とがわかっている。

電子銃１５と偏向板１８．１９の上には、帯電していな
い炭素を捉え、真空度を高めるため、液体窒素を冷却す
る円筒面２８とともにチタン昇華ポンプを使用すること
ができる。

電子銃１５としては、真空蒸着法の分野で知られ１ない
し６ＫＷの能力があろＴｅｍｅｓｃａｌのｌ０ＫＶ電子
銃など従来品を使用できる３図の最下端の要素として示
した電子Ｍ１５にはカーボン・ブロック２６がある。こ
れは電子源２７の経路に位置し、電子源２７としては電
子銃１５と組み合わせたタングステン・フィラメント源
を使用できる。カーボン・ブロック２６は、放射される
電子により、その表面に沿って気化される。気化した粒
子は上背、し、放ｑ・ｔされた電子ビーム衝突する。こ
の衝突と、電子銃の動作によって放出されるＸ線は、十
と−の両極性を持つ炭素のイオンを作り出す程度である
。炭素表面の気化により得られた炭素イオンは、蒸λと
して上Ｈしコリメータ板１６に達する。コリメータ板１
６には開口があって、これを炭素イオンが通過する。メ
タンやロブタンなどのアルカンと、電子ｆｆｃ１５から
の電子の相反作用によって炭素イオンまたは炭化水素イ
オンを作ることも可能である。

平行になった炭素イオンは、従来のダイヤモンド膜成長
装置で使われるプラズマよりも純度が高い（不純物が少
ない）、開口１７の炭素イオンは、電極である偏向板１
８．１９間の静電界によって、開口から出たイオンの極
性に応じて基板２１．２２のいずれかに引かれる。図に
開口１７の軸に対してほぼ直角に示した平行ビームの曲
がりによって、帯電イオンが帯電していない余分な材料
から分離しやすくなる。このように基板は電子銃１５か
らの照準線の外に保たれる。さらに静電界の強度は、ダ
イヤモンドの成長を促進するエネルギーを加速されたイ
オンに与える。ダイヤモンド材料の股は基板２１．２２
上に徐々に形成される。この装置は、電子銃１５の大き
さによるが、数百オングストロームから１ミクロンの厚
みのダイヤモンド被膜を基板２１．２２−トに形成する
ことができる。この装置では、毎分：３０オングストロ
ームという蒸青速度が記Ｈされている。平行ビームに対
して一定の角度でイオン流を曲げるため磁界を利用する
こともできる。

前記の装置を用いて行った試験では、Ｎ　Ａ　ＣＬ基板
に付着したダイヤモンド膜の厚みは数百ないし１千オン
グストロームであった。光学式顕微鏡および分光計で蒸
着後の基板とダイヤモンド膜を観測し、ダイヤモンド膜
の純度と均一性を確認した。

た。

ＴＥＭ回折回折パター２茫析って確認されているように
、従来の非晶質の疑似ダイヤモンドから多結晶質のもの
まで、構造や性質の異なる膜を前記の方法によってバａ
成することができる。非晶質、多結晶質のいずれにして
も膜はほぼダイヤモンドである。ダイヤモンド膜には次
のような好ましい性質のあることが知られている。

（１）抵抗率が非常に高い ２））ＩＦに対して不治性 ３　硬度がきわめて高い ４　可視光の範囲で透明 ５　熱の良導体 ６　誘電率が高い （７）屈折率が高い 前記の方法は、真空蒸着法に関する限りは比較的に低コ
ストであり、装置の構成要素はほとんど標準的なもので
ある。

膜の性′αの変化は、基板に達する中性の炭素原子を最
少にし、静電界の強度も制御する遮蔽の程度によって１
ｌｉｌ＋御される６静゛電界の強度は蒸青中に入ＱＪす
るイオンがもつエネルギーのｆを決定する。中性の炭素
はグラファイト（黒鉛）として成長する傾向があり、ダ
イヤモンド構造の成長を妨げる。炭素原子は固着係数が
低く、真空装置の壁面や固定具に当たって跳ね返り、装
置内の遮蔽箇所とした部分にも達しつる。しかし適切な
遮蔽手段を設けることで、このように多方向に軌線を描
く炭素原子を遮り、基板が中性炭素より以−ヒに炭素イ
オンを受けてダイヤモンド膜が８１もれろようにするこ
とができる。この膜の品質は、不純物としての中性炭素
がどれほど含まれているかによって決まる。不純物が多
ければ膜はそれだけ非晶質となる。不純物が少なければ
、多結晶の高品質な膜が得られる６不純物が一定限度を
越えると膜はダイヤモンドに近いとは言えなくなり、導
電性を帯びる、すなわち抵抗率が低くなり透明度を失う
、この種の膜はマイクロエレクトロニクスの分野の抵抗
器としての用途が考えられる。基板を電子源との明準線
内に置〈従来法は、この不純物による黒鉛化という問題
に直面しやすく、これを解決するため、アルゴン、水素
、酸素、二酸化炭素を同時にかまたは後工程で照射して
グラファイトを除去するなど様々な方法を採用している
。このようなプロセスは本発明の方法とは封切的に、発
熱を伴い、微細な電子回路のブップ基板を１７４なう６
基板温度は、本発明に応じてダイヤモンド膜を形成する
には、室温から２００°０の範囲が適している。

ｉｉｉ記のプロセスでは温度は比較的低いレベル（２０
０℃）に維持されるが、これより低い温度であっても、
各基板−ヒのダイヤモンド膜の成長が促進されよう、電
子銃と、カーボン・ブロックを用いることで、従来のプ
ラズマ生成装置に見られる汚染のレベルが下がり、開口
付きコリメータを使用することで汚染度はさらに最小レ
ベルにまで抑えられる。

Ｆ１発明の効果 本発明によれば、比較的低？Ｑでに板上にダイヤモンド
膜をＪ［ａ成することができる。

４、図面の簡単な説明第１図は、ダイヤモンド膜を成長
させる装置の前面図である。

第２図は、ダイヤモンド膜成長装置の側面図である。

１１・・・・・・真空室、１５・・・・・・電子銃、Ｉ
６・・・−・・コノメータ扱、１８．１９・・・・・・
偏向板、２１．２２・・・・・・基板、２６−・・・・
・カーボン・ブロック。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に低温でダイヤモンド膜を形成する装置で
   あって、 （ａ）電子流を生成する自由電子源と、 （ｂ）前記電子流の経路に炭素原子を放出し、電子と炭
   素原子を衝突させて炭素イオンを得るために前記電子流
   に隣接する炭素原子源と、 （ｃ）前記炭素原子源の上に位置し、前記炭素イオンが
   通過する開口を持つコリメータ板と、前記開口を通過し
   た炭素イオンを前記開口の軸に対して一定角度で加速し
   て基板に向け、よって前記基板にダイヤモンド膜を形成
   する場を作り出す手段とを具備する装置。
2. （２）基板上に低温でダイヤモンド膜を形成する方法で
   あって、 （ａ）電子流を生成し、 （ｂ）前記電子を炭素原子と衝突させることによって炭
   素イオン流を形成し、 （ｃ）前記の炭素のブロックの真上に、前記炭素イオン
   を通過させる開口を持ったコリメータ板を配置し、 （ｄ）第１と第２の垂直な偏向板を前記コリメータ板の
   上に、前記開口の両側面上に配置し、前記第１と第２偏
   向板に電圧を印加し、これにより前記偏向板に生じた静
   電界で炭素イオンを加速し、（ｅ）前記基板を前記電界
   内に置き、よって前記炭素イオンを前記基板に打ち込ん
   でダイヤモンド膜を形成する工程を有する方法。
3. （３）基板上に低温でダイヤモンド膜を形成する装置で
   あって、 （ａ）自由電子源と、 （ｂ）前記自由電子と衝突させて炭素イオンを作る炭素
   原子源と、 （ｃ）前記炭素原子がほぼ平行になったビームを形成す
   るコリメータ手段と、 （ｄ）前記平行ビームの炭素イオンが前記平行ビームに
   対して一定角度で加速されて基板に向けられ、ダイヤモ
   ンドの構造を持った膜が形成される電界を設ける手段を
   具備する装置。
4. （４）ダイヤモンド膜を形成する装置であって、（ａ）
   炭素イオン源と、 （ｂ）炭素イオンがほぼ平行となったビームを形成する
   コリメータ手段と、 （ｃ）前記平行ビームから炭素イオンを抽出する手段と
   、 （ｄ）前記平行ビームから抽出された炭素イオンを基板
   の方向へ加速し、前記基板上に膜を形成し、前記基板上
   に形成された膜にダイヤモンド構造を現出させうる量の
   前記炭素イオンを加速する手段を具備する装置。