JPH09142986A - 炭素薄膜形成方法及び装置 - Google Patents
炭素薄膜形成方法及び装置Info
- Publication number
- JPH09142986A JPH09142986A JP30894195A JP30894195A JPH09142986A JP H09142986 A JPH09142986 A JP H09142986A JP 30894195 A JP30894195 A JP 30894195A JP 30894195 A JP30894195 A JP 30894195A JP H09142986 A JPH09142986 A JP H09142986A
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- Japan
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- combustion
- thin film
- combustion flame
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低燃焼温度のガスの場合も大面積基材に炭素
薄膜を形成することができる方法及び装置を実現する。 【解決手段】 空洞共振器６内の基材２が搭載された基
材ホルダ３の近傍で、燃焼トーチ１がガス供給装置８よ
り供給された炭化水素ガスを燃焼させて燃焼炎１２を形
成し、この燃焼炎１２にはマイクロ波導波管５を介して
マイクロ波発振器４よりマイクロ波エネルギーが供給さ
れることによって、燃焼炎１中のラジカルが活性を高
め、従来は困難であった低燃焼温度のガスを用いた場合
や、減圧下での薄膜形成が容易になり、大面積基材の成
膜が可能となる。
薄膜を形成することができる方法及び装置を実現する。 【解決手段】 空洞共振器６内の基材２が搭載された基
材ホルダ３の近傍で、燃焼トーチ１がガス供給装置８よ
り供給された炭化水素ガスを燃焼させて燃焼炎１２を形
成し、この燃焼炎１２にはマイクロ波導波管５を介して
マイクロ波発振器４よりマイクロ波エネルギーが供給さ
れることによって、燃焼炎１中のラジカルが活性を高
め、従来は困難であった低燃焼温度のガスを用いた場合
や、減圧下での薄膜形成が容易になり、大面積基材の成
膜が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械部品等の耐摩
耗性向上のためのダイヤモンドやダイヤモンドライクカ
ーボン（以下ＤＬＣとする）の成膜や半導体デバイスの
製作に適用される炭素薄膜形成方法及び装置に関する。
耗性向上のためのダイヤモンドやダイヤモンドライクカ
ーボン（以下ＤＬＣとする）の成膜や半導体デバイスの
製作に適用される炭素薄膜形成方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の炭化水素ガスの燃焼反応による炭
素薄膜形成方法としてよく知られているものには、アセ
チレンガスの燃焼炎によりダイヤモンド膜の合成を行う
方法がある。
素薄膜形成方法としてよく知られているものには、アセ
チレンガスの燃焼炎によりダイヤモンド膜の合成を行う
方法がある。
【０００３】従来の方法の概要を図５を用いて説明す
る。図５において、アセチレントーチ１の近傍には水冷
した基材ホルダ３及び基材２が設置され、基材２はアセ
チレントーチ１の燃焼炎１２中とする。この燃焼炎１２
は炭素原子を含んだラジカルを生成し、これを基材２の
表面に衝突させ、ダイヤモンド膜を基材２上に形成して
いた。
る。図５において、アセチレントーチ１の近傍には水冷
した基材ホルダ３及び基材２が設置され、基材２はアセ
チレントーチ１の燃焼炎１２中とする。この燃焼炎１２
は炭素原子を含んだラジカルを生成し、これを基材２の
表面に衝突させ、ダイヤモンド膜を基材２上に形成して
いた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のアセチレン燃焼
炎を用いた炭素薄膜形成方法においては、大気圧下の開
放系にてダイヤモンドの合成を行うことができる反面、
成膜面積が狭い（１cm四方以下）ばかりでなく、メタン
やエチレンなどのアセチレンに比べて燃焼温度の低いガ
スの場合には、ダイヤモンド合成に必要なラジカルが安
定に存在できず、成膜が困難になるという課題があっ
た。
炎を用いた炭素薄膜形成方法においては、大気圧下の開
放系にてダイヤモンドの合成を行うことができる反面、
成膜面積が狭い（１cm四方以下）ばかりでなく、メタン
やエチレンなどのアセチレンに比べて燃焼温度の低いガ
スの場合には、ダイヤモンド合成に必要なラジカルが安
定に存在できず、成膜が困難になるという課題があっ
た。
【０００５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、アセチレン、及びその他の炭化水素ガスの燃焼
炎で容易に大面積基材にダイヤモンドやＤＬＣなどの炭
素薄膜を形成することを目的とする。
であり、アセチレン、及びその他の炭化水素ガスの燃焼
炎で容易に大面積基材にダイヤモンドやＤＬＣなどの炭
素薄膜を形成することを目的とする。
【０００６】
（１）請求項１に記載の発明に係る炭素薄膜形成方法
は、その表面に炭素薄膜が形成される基材を基材ホルダ
に搭載した後、その近傍で炭化水素ガスを燃焼させて燃
焼炎を形成し、この燃焼炎にマイクロ波エネルギーを印
加して炭素含有ラジカルを励起分解し、基材の表面に炭
素薄膜を形成することを特徴としている。
は、その表面に炭素薄膜が形成される基材を基材ホルダ
に搭載した後、その近傍で炭化水素ガスを燃焼させて燃
焼炎を形成し、この燃焼炎にマイクロ波エネルギーを印
加して炭素含有ラジカルを励起分解し、基材の表面に炭
素薄膜を形成することを特徴としている。
【０００７】上記において、基材が搭載された基材ホル
ダの近傍では炭化水素を燃焼させて燃焼炎が形成され、
この燃焼炎にはマイクロ波エネルギーが印加される。上
記燃焼炎は、マイクロ波エネルギーが供給されると、燃
焼炎中の炭素薄膜形成に必要なラジカルがマイクロ波電
界により励起、分解され、より活性な状態となる。
ダの近傍では炭化水素を燃焼させて燃焼炎が形成され、
この燃焼炎にはマイクロ波エネルギーが印加される。上
記燃焼炎は、マイクロ波エネルギーが供給されると、燃
焼炎中の炭素薄膜形成に必要なラジカルがマイクロ波電
界により励起、分解され、より活性な状態となる。
【０００８】そのため、従来の方法では困難であったメ
タンなどの低燃焼温度ガスの場合や減圧下におけるダイ
ヤモンド、ＤＬＣなどの炭素薄膜の形成が容易になり、
大面積基材についての成膜が可能となる。
タンなどの低燃焼温度ガスの場合や減圧下におけるダイ
ヤモンド、ＤＬＣなどの炭素薄膜の形成が容易になり、
大面積基材についての成膜が可能となる。
【０００９】（２）請求項２に記載の発明に係る炭素薄
膜形成装置は、その表面に炭素薄膜が形成される基材が
搭載される基材ホルダ、同基材ホルダの近傍に設けられ
炭化水素ガスを燃焼させて燃焼炎を形成する燃焼トー
チ、同燃焼トーチに接続され同燃焼トーチに炭化水素ガ
スを供給するガス供給装置、上記基材ホルダと燃焼トー
チが内部に収納された空洞共振器、および同空洞共振器
にマイクロ波導波管を介して接続され上記燃焼炎にマイ
クロ波エネルギーを印加するマイクロ波発振器を備えた
ことを特徴としている。
膜形成装置は、その表面に炭素薄膜が形成される基材が
搭載される基材ホルダ、同基材ホルダの近傍に設けられ
炭化水素ガスを燃焼させて燃焼炎を形成する燃焼トー
チ、同燃焼トーチに接続され同燃焼トーチに炭化水素ガ
スを供給するガス供給装置、上記基材ホルダと燃焼トー
チが内部に収納された空洞共振器、および同空洞共振器
にマイクロ波導波管を介して接続され上記燃焼炎にマイ
クロ波エネルギーを印加するマイクロ波発振器を備えた
ことを特徴としている。
【００１０】上記において、空洞共振器内では、基材が
搭載された基材ホルダの近傍で、ガス供給装置より供給
された炭化水素ガスを燃焼トーチが燃焼させ、燃焼炎を
形成し、この燃焼炎には、マイクロ波発振器が発生させ
マイクロ波導波管を介して搬送されたマイクロ波エネル
ギーが供給される。
搭載された基材ホルダの近傍で、ガス供給装置より供給
された炭化水素ガスを燃焼トーチが燃焼させ、燃焼炎を
形成し、この燃焼炎には、マイクロ波発振器が発生させ
マイクロ波導波管を介して搬送されたマイクロ波エネル
ギーが供給される。
【００１１】そのため、上記発明（１）と同様にダイヤ
モンド、ＤＬＣなどの炭素薄膜の形成が容易となり、大
面積基材についての成膜が可能となる。
モンド、ＤＬＣなどの炭素薄膜の形成が容易となり、大
面積基材についての成膜が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の第１形態に係る炭
素薄膜形成装置を図１に示す。なお、本実施例は、ダイ
ヤモンド膜の製作に適用されたものである。
素薄膜形成装置を図１に示す。なお、本実施例は、ダイ
ヤモンド膜の製作に適用されたものである。
【００１３】図１において、断面が矩形のマイクロ波導
波管５に内管６ａと外管６ｂからなる２重構造の石英ガ
ラス管６が貫通して設置され、石英ガラス管６の内部に
は基材２が搭載され水冷される基材ホルダ３とガス供給
装置８に接続された燃焼トーチ１が設置されている。
波管５に内管６ａと外管６ｂからなる２重構造の石英ガ
ラス管６が貫通して設置され、石英ガラス管６の内部に
は基材２が搭載され水冷される基材ホルダ３とガス供給
装置８に接続された燃焼トーチ１が設置されている。
【００１４】上記マイクロ波導波管５の一端側にはマイ
クロ波発振器４が接続されており、他端側にはマイクロ
波を反射し定在波を形成するためのプランジャ７が設置
されている。
クロ波発振器４が接続されており、他端側にはマイクロ
波を反射し定在波を形成するためのプランジャ７が設置
されている。
【００１５】上記において、基材２上にダイヤモンド膜
等を成膜させる場合には、ガス供給装置８より原料ガス
であるメタンなどの炭化水素ガス及び酸素ガスを燃焼ト
ーチ１に供給して燃焼炎１２を発生させ、この燃焼炎１
２にはマイクロ発振器４より導波管５を通じてマイクロ
波を供給する。内部で燃焼炎１２が発生する石英管６に
ついては、その内管６ａと外管６ｂの間にマイクロ波の
透過が可能な冷媒１５を供給し、周辺部の加熱を防いで
いる。
等を成膜させる場合には、ガス供給装置８より原料ガス
であるメタンなどの炭化水素ガス及び酸素ガスを燃焼ト
ーチ１に供給して燃焼炎１２を発生させ、この燃焼炎１
２にはマイクロ発振器４より導波管５を通じてマイクロ
波を供給する。内部で燃焼炎１２が発生する石英管６に
ついては、その内管６ａと外管６ｂの間にマイクロ波の
透過が可能な冷媒１５を供給し、周辺部の加熱を防いで
いる。
【００１６】上記燃焼炎１２に供給されたマイクロ波
は、燃焼炎１２中のラジカルを更に励起して分解し、活
性を高めるため、基材２上にダイヤモンドなどを容易に
析出させることができた。
は、燃焼炎１２中のラジカルを更に励起して分解し、活
性を高めるため、基材２上にダイヤモンドなどを容易に
析出させることができた。
【００１７】本実施形態の装置については、その性能確
認のために成膜実験を行っており、その内容を以下に説
明する。基材２であるＳｉウェハを基材ホルダ３に設置
した後、ガス供給装置８より混合比１のメタン及び酸素
の混合ガスを５リッター／min の流量で燃焼トーチ１に
供給して燃焼炎１２を発生させ、マイクロ波発振器４よ
り２kWのマイクロ波を供給した。
認のために成膜実験を行っており、その内容を以下に説
明する。基材２であるＳｉウェハを基材ホルダ３に設置
した後、ガス供給装置８より混合比１のメタン及び酸素
の混合ガスを５リッター／min の流量で燃焼トーチ１に
供給して燃焼炎１２を発生させ、マイクロ波発振器４よ
り２kWのマイクロ波を供給した。
【００１８】その結果、基材２上にダイヤモンドの自形
面がよく現れた膜が得られ、この膜を分析したところ、
そのラマンスペクトルはダイヤモンド特有の形状を示す
ものであった。
面がよく現れた膜が得られ、この膜を分析したところ、
そのラマンスペクトルはダイヤモンド特有の形状を示す
ものであった。
【００１９】本発明の実施の第２形態の装置を図２に示
す。図２に示す本実施形態の装置は、第１実施形態の装
置において、一端側にマイクロ波発振器４が接続された
マイクロ波導波管５の他端側に円筒空洞共振器１０を設
置したものである。
す。図２に示す本実施形態の装置は、第１実施形態の装
置において、一端側にマイクロ波発振器４が接続された
マイクロ波導波管５の他端側に円筒空洞共振器１０を設
置したものである。
【００２０】上記の円筒空洞共振器１０は、その内径Ｄ
を次式により得られる値とすることにより、円筒空洞共
振器１０のＴＭ010 モードの共振周波数をマイクロ波発
振器４のマイクロ波周波数ｆと一致させることができ
る。
を次式により得られる値とすることにより、円筒空洞共
振器１０のＴＭ010 モードの共振周波数をマイクロ波発
振器４のマイクロ波周波数ｆと一致させることができ
る。
【００２１】Ｄ＝１．４４３×１０11／２πｆ 上記円筒空洞共振器１０は、ＴＭ010 モードの共振周波
数をマイクロ波発振器４の発振周波数２．４５GHZ と一
致させるため、その内径Ｄを９．３cmとしている。その
ため、円筒空洞共振器１０の内部では、図３に示すよう
にその中心軸に対して平行で一様な分布のマイクロ波電
界が生じ、反射マイクロ波を抑えることができ、燃焼炎
１２中のラジカルを効率よく励起することができた。
数をマイクロ波発振器４の発振周波数２．４５GHZ と一
致させるため、その内径Ｄを９．３cmとしている。その
ため、円筒空洞共振器１０の内部では、図３に示すよう
にその中心軸に対して平行で一様な分布のマイクロ波電
界が生じ、反射マイクロ波を抑えることができ、燃焼炎
１２中のラジカルを効率よく励起することができた。
【００２２】本実施形態の装置について行った成膜実験
では、混合比１のメタン及び酸素の混合ガスを５リッタ
ー／min の流量で燃焼トーチ１に供給して燃焼炎１２を
発生させ、マイクロ波発振器４より１．３kWのマイクロ
波を供給した。その結果、基材２上に第１実施形態の場
合と同様のダイヤモンド状の膜を得ることができた。
では、混合比１のメタン及び酸素の混合ガスを５リッタ
ー／min の流量で燃焼トーチ１に供給して燃焼炎１２を
発生させ、マイクロ波発振器４より１．３kWのマイクロ
波を供給した。その結果、基材２上に第１実施形態の場
合と同様のダイヤモンド状の膜を得ることができた。
【００２３】本発明の第３実施形態の装置を図４に示
す。図４に示す本実施形態の装置は、第２実施形態の装
置において、円筒空洞共振器１０の一部を石英板１１な
どの誘電板で仕切り、燃焼炎１２を発生させる部分は排
気装置９により減圧できるものとした。
す。図４に示す本実施形態の装置は、第２実施形態の装
置において、円筒空洞共振器１０の一部を石英板１１な
どの誘電板で仕切り、燃焼炎１２を発生させる部分は排
気装置９により減圧できるものとした。
【００２４】本実施形態の装置により行った成膜実験に
ついて、以下に説明する。まず、混合比１のアセチレン
及び酸素の混合ガスを２リッター／min の流量で燃焼ト
ーチ１に供給し、燃焼炎１２を発生させた。次に、排気
装置９により燃焼炎１２が発生している反応室を３０To
rrの圧力に減圧し、マイクロ波発振器４より８００Ｗの
マイクロ波を供給した。
ついて、以下に説明する。まず、混合比１のアセチレン
及び酸素の混合ガスを２リッター／min の流量で燃焼ト
ーチ１に供給し、燃焼炎１２を発生させた。次に、排気
装置９により燃焼炎１２が発生している反応室を３０To
rrの圧力に減圧し、マイクロ波発振器４より８００Ｗの
マイクロ波を供給した。
【００２５】その結果、燃焼炎１２は大気圧の場合より
も拡大し、基材２である直径２インチのＳｉウェハの全
域に上記第１，第２実施形態の場合と同様のダイヤモン
ド状の膜を合成することができた。
も拡大し、基材２である直径２インチのＳｉウェハの全
域に上記第１，第２実施形態の場合と同様のダイヤモン
ド状の膜を合成することができた。
【００２６】
【発明の効果】本発明の炭素薄膜形成方法及び装置は、
空洞共振器内の基材が搭載された基材ホルダの近傍で、
燃焼トーチがガス供給装置より供給された炭化水素ガス
を燃焼させて燃焼炎を形成し、この燃焼炎にはマイクロ
波導波管を介してマイクロ波発振器よりマイクロ波エネ
ルギーが供給されることによって、燃焼炎中のラジカル
が活性を高め、従来は困難であった低燃焼温度のガスを
用いた場合や、減圧下での薄膜形成が容易になり、大面
積基材の成膜が可能となる。
空洞共振器内の基材が搭載された基材ホルダの近傍で、
燃焼トーチがガス供給装置より供給された炭化水素ガス
を燃焼させて燃焼炎を形成し、この燃焼炎にはマイクロ
波導波管を介してマイクロ波発振器よりマイクロ波エネ
ルギーが供給されることによって、燃焼炎中のラジカル
が活性を高め、従来は困難であった低燃焼温度のガスを
用いた場合や、減圧下での薄膜形成が容易になり、大面
積基材の成膜が可能となる。
【図１】本発明の実施の第１形態に係る薄膜形成装置の
正面図である。
正面図である。
【図２】本発明の実施の第２形態に係る薄膜形成装置の
正面図である。
正面図である。
【図３】上記第２実施形態に係る円筒空洞共振器におけ
るＴＭ010 モードの電界分布の説明図で、（ａ）は正面
図、（ｂ）は側面図である。
るＴＭ010 モードの電界分布の説明図で、（ａ）は正面
図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明の実施の第３形態に係る薄膜形成装置の
正面図である。
正面図である。
【図５】従来の薄膜形成装置の正面図である。
１ 燃焼トーチ ２ 基材 ３ 基材ホルダ ４ マイクロ波発振器 ５ マイクロ波導波管 ６ 石英管 ７ プランジャ ８ ガス供給装置 ９ ガス排気装置 １０ 円筒空洞共振器 １１ 石英板 １２ 燃焼炎 １３ 冷却水 １４ スリーブ １５ 冷媒
Claims (2)
- 【請求項１】 その表面に炭素薄膜が形成される基材を
基材ホルダに搭載した後、その近傍で炭化水素ガスを燃
焼させて燃焼炎を形成し、この燃焼炎にマイクロ波エネ
ルギーを印加して炭素含有ラジカルを励起分解し、基材
の表面に炭素薄膜を形成することを特徴とする炭素薄膜
形成方法。 - 【請求項２】 その表面に炭素薄膜が形成される基材が
搭載される基材ホルダ、同基材ホルダの近傍に設けられ
炭化水素ガスを燃焼させて燃焼炎を形成する燃焼トー
チ、同燃焼トーチに接続され同燃焼トーチに炭化水素ガ
スを供給するガス供給装置、上記基材ホルダと燃焼トー
チが内部に収納された空洞共振器、および同空洞共振器
にマイクロ波導波管を介して接続され上記燃焼炎にマイ
クロ波エネルギーを印加するマイクロ波発振器を備えた
ことを特徴とする炭素薄膜形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30894195A JPH09142986A (ja) | 1995-11-28 | 1995-11-28 | 炭素薄膜形成方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30894195A JPH09142986A (ja) | 1995-11-28 | 1995-11-28 | 炭素薄膜形成方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09142986A true JPH09142986A (ja) | 1997-06-03 |
Family
ID=17987108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30894195A Withdrawn JPH09142986A (ja) | 1995-11-28 | 1995-11-28 | 炭素薄膜形成方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09142986A (ja) |
-
1995
- 1995-11-28 JP JP30894195A patent/JPH09142986A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A761 | Written withdrawal of application |
Effective date: 20050204 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 |