JPH0512313B2 - - Google Patents

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 電子部品の製造では下地層の材料を保護するた
め剛性面の被覆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ツケージ層で覆われ、電
子部品を載せた基板表面が汚染されるのを防いで
いる。同様に、コンピユータ用デイスク・ドライ
ブ記憶媒体として使われる磁気デイスクも、表面
に、デイ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、
コンピユータのチツ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、現在の基板以上の
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方式では、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つては、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
ツタリング（気化）され、イオン化される。した
がつ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、典型
的な電子回路基板にマイナスの影響を与えない程
度の温度で形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、基板上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。

Ｄ 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
つて達成される。炭素イオン源は、電子銃とカー
ボン・ブロツクによつて得られる。カーボン・ブ
ロツクの表面を気化するため、標準的なタングス
テン・フイ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、コリメータとして働く開口を
持つ板の下に効果的に位置づけられる。この板
は、気化した炭素イオンを通過させ、これによつ
て平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（electrostatic
field plate）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つてい
る。２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素
イオンの進行方向に基板が位置づけられる。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、これの気化熱によつて
上昇する。電子銃と炭素原子の衝突によつて電荷
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
垂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１１内で行われる。

真空室１１内部では約10^-6Torrの真空度とな
る。

支持枠１３は、電子銃１５上のコリメータ板１
６を支持する。コリメータ板１６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。装置の前面図である第１図には第１偏向板
１８と第２偏向板１９を示した。偏向板１８，１
９は、100ボルトないし1000ボルトに設定される
電圧源に接続される。この電圧は、100v／cmの
静電界強度を与える直流が望ましいが、場合によ
つ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基板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電
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つてい
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の能力があるTemescalの10KV
電子銃など従来品を使用できる。図の最下端の要
素として示した電子銃１５にはカーボン・ブロツ
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・フイラメント源を使用できる。
カーボン・ブロツク２６は、放射される電子によ
り、その表面に沿つて気化される。気化した粒子
は上昇し、放射された電子ビーム衝突する。この
衝突と、電子銃の動作によつて放出されるＸ線
は、＋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、蒸気として上昇しコリメータ板１６
に達する。コリメータ板１６には開口があつて、
これを炭素イオンが通過する。メタンやｎブタン
などのアルカンと、電子銃１５からの電子の相互
作用によつ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。

平行になつた炭素イオンは、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１８，１９間の静電界によつ
て、開口から出たイオンの極性に応じて基板２
１，２２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
によつて、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
ド材料の膜は基板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上に形成するこ
とができる。この装置では、毎分30オングストロ
ームという蒸着速度が記録されている。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つた試験では、NACL
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つた。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。

TEM回折パターン分析によつて確認されてい
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
記の方法によつて形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) HFに対して不溶性 (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。

膜の性質の変化は、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
度によつて制御される。静電界の強度は蒸着中に
入射するイオンがもつエネルギーの量を決定す
る。中性の炭素はグラフアイト（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
面や固定具に当たつて跳ね返り、装置内の遮蔽箇
所とした部分にも達しうる。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上に炭
素イオンを受けてダイヤモンド膜が得られるよう
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つ
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。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
子源との照準線内に置く従来法は、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アイト
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対照的に、発
熱を伴い、微細な電子回路のチツプ基板を損な
う。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℃の範囲が適して
いる。

前記のプロセスでは温度は比較的低いレベル
（200℃）に維持されるが、これより低い温度であ
つても、各基板上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・ブロツクを用い
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。

Ｆ 発明の効果 本発明によれば、比較的低温で基板上にダイヤ
モンド膜を形成することができる。

【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、１６……コ
リメータ板、１８，１９……偏向板、２１，２２
……基板、２６……カーボン・ブロツク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上に低温でダイヤモンド膜を形成する装
   置であつて、 (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、よつて前
   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 基板上に低温でダイヤモンド膜を形成する方
   法であつて、 (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つ
   て炭素イオン流を形成し、 (c) 前記の炭素のブロツクの真上に、前記炭素イ
   オンを通過させる開口を持つたコリメータ板を
   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、よつて前記炭
   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 基板上に低温でダイヤモンド膜を形成する装
   置であつて、 (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つたビームを形
   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つた膜が形成され
   る電界を設ける手段を具備する装置。 ４ ダイヤモンド膜を形成する装置であつて、 (a) 炭素イオン源と、 (b) 炭素イオンがほぼ平行となつたビームを形成
   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。