JP2002105654A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】微結晶或いは非晶質の炭素系薄膜とダイヤモン
ド薄膜との連続成膜を可能とする成膜装置及び成膜方法
を提供すること。 【解決手段】本発明の成膜装置１０は、反応容器１１
と、反応容器１１に原料ガスを供給するガス供給口１８
と、反応容器１１からガスを排気する排気口と、反応容
器１１内で基板１３を支持する支持台１４と、反応容器
１１内の基板１３上の空間に磁界を形成する磁界形成回
路２１ａと、反応容器１１に連結されこの反応容器１１
内の磁界が形成された空間にマイクロ波を導入するマイ
クロ波導入機構１６，１７と、磁界形成回路２１ａに接
続され磁界が形成され且つマイクロ波が導入された空間
内に原料ガスのプラズマが発生するように及び磁界の磁
束密度の最大値が電子サイクロトロン共鳴が起こる値未
満となるように磁界形成回路２１ａへの出力を制御する
制御機構３１〜３３とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成膜装置及び成膜
方法に係り、特には炭素系薄膜の形成に用いられ得る成
膜装置及び成膜方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素系薄膜は、磁気ディスク及び磁気ヘ
ッドの保護膜や光学部品等の保護膜などとして用いられ
ている。そのような炭素系薄膜の一種である微結晶或い
は非晶質炭素系薄膜は、通常、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法
を利用して成膜されている。

【０００３】図５は、従来のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置
の一般的な構造を概略的に示す図である。このＥＣＲプ
ラズマＣＶＤ装置１００を用いた微結晶或いは非晶質炭
素系薄膜の成膜は、例えば、以下の方法で行う。

【０００４】まず、試料室１１２ｂ内に配置された支持
台１１４上に基板１１３を載置する。次に、試料室１１
２ｂの下部に順次接続された圧力調節バルブ１２４、タ
ーボ分子ポンプ１２５、及びロータリポンプ１２６を用
いてプラズマ室１１２ａ及び試料室１１２ｂ内の圧力を
所定値に制御しつつ、図示しない原料ガス供給口から、
水素ガスとメタンガスとの混合ガスのような原料ガスを
プラズマ室１１２ａ内に供給する。また、これととも
に、それぞれプラズマ室１１２ａの周囲に配置されたプ
ラズマ発生用電磁コイル１２１ａ及びプラズマ収束用電
磁コイル１２１ｂに通電して、プラズマ室１１２ａ内に
８７５ガウスの磁界を形成する。さらに、この状態で、
マイクロ波導波路１１６から石英窓１１７を介してプラ
ズマ室１１２ａ内に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入
することにより、プラズマ室１１２ａ内に電子サイクロ
トロン共鳴による放電を生じさせて高密度プラズマを発
生させる。このようにして生成したイオン種を、必要に
応じて高周波電源１１５から支持台１１４に高周波電圧
を印加して基板１１３の表面に集中させることにより、
試料室１１２ｂ内に配置された基板１１３の表面に微結
晶或いは非晶質炭素系薄膜を形成する。

【０００５】上述のように、図５に示すＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ装置１００では、プラズマの発生とイオン種の堆
積とが、プラズマ室１１２ａ及び試料室１１２ｂでそれ
ぞれ行われる。そのため、従来の炭素系薄膜の成膜技術
には、微結晶或いは非晶質炭素系薄膜の成膜に大型の成
膜装置を使用せざるを得ないという問題があった。

【０００６】また、従来技術に係る炭素系薄膜の成膜技
術には、上記問題に加え、以下に説明する問題もある。
近年では、炭素系薄膜の１種であるダイヤモンド薄膜
が、真空マイクロ素子のエミッタ材料として注目を浴び
ている。これは、ダイヤモンドは負またはゼロに近い電
子親和力を有しているため、ダイヤモンド薄膜を上記エ
ミッタ材料として用いることにより電子放出が容易とな
るからである。

【０００７】しかしながら、ダイヤモンドはバンドギャ
ップが大きい（約５．５ｅＶ）ため、金属電極層からダ
イヤモンド層への電子の注入が容易ではない。そこで、
金属電極層とダイヤモンド層との間に微結晶或いは非晶
質の炭素系薄膜を介在させることにより、金属電極層か
らダイヤモンド層への電子の注入を促進する提案がなさ
れている。

【０００８】ところが、一般に、微結晶或いは非晶質炭
素系薄膜とダイヤモンド薄膜とは、それぞれ互いに異な
る方法で成膜されている。すなわち、微結晶或いは非晶
質炭素系薄膜はＥＣＲプラズマＣＶＤ法により成膜され
るのに対し、ダイヤモンド薄膜はマイクロ波ＣＶＤ法に
より成膜されるのが通常である。そのため、それら薄膜
の一方の成膜と他方の成膜とには互いに異なる成膜装置
が使用され、したがって、それら成膜工程を連続して行
うことができなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みてなされたものであり、炭素系薄膜の成膜に利用
可能であり且つ小型化が可能な成膜装置及び成膜装置の
小型化が可能な炭素系薄膜の成膜方法を提供することを
目的とする。また、本発明は、微結晶或いは非晶質炭素
系薄膜とダイヤモンド薄膜との連続成膜を可能とする成
膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、反応容器と、前記反応容器内に原料ガス
を供給するガス供給口と、前記反応容器からガスを排気
する排気口と、前記反応容器内に配置され基板を支持す
る支持台と、前記反応容器の周囲を取り囲むように配置
され前記基板上の空間に磁界を形成する磁界形成回路
と、前記反応容器に連結されこの反応容器内の前記磁界
が形成された空間にマイクロ波を導入するマイクロ波導
入機構と、前記磁界形成回路に接続され、前記磁界が形
成され且つ前記マイクロ波が導入された空間内に前記原
料ガスのプラズマが発生するように、及び前記磁界の磁
束密度の最大値が電子サイクロトロン共鳴が起こる値未
満となるように、前記磁界形成回路への出力を制御する
制御機構と、を具備することを特徴とする成膜装置を提
供する。

【００１１】また、本発明は、反応室内に磁界を形成す
るのとともに原料ガスを供給しつつマイクロ波を導入す
ることによりプラズマを発生させ前記プラズマを利用し
た化学蒸着法により前記反応室内に配置された基板の表
面に炭素系薄膜を形成する工程を含み、前記炭素系薄膜
を形成する工程を前記磁界の磁束密度の最大値を電子サ
イクロトロン共鳴が起こる値未満に制御しつつ行うこと
を特徴とする成膜方法を提供する。

【００１２】上述のように、従来技術では、微結晶或い
は非晶質炭素系薄膜を成膜するに際し、電子サイクロト
ロン共鳴を利用してプラズマを発生させている。そのよ
うなプラズマは極めて強力であるため、基板をプラズマ
室内に配置した場合、成膜速度よりもエッチング速度が
高くなり、基板表面の劣化が生じたり或いは成膜自体が
不可能となる。従来技術では、このような理由で、プラ
ズマの発生とイオン種の堆積とをプラズマ室及び試料室
でそれぞれ行っていた。

【００１３】それに対し、本発明では、磁界の磁束密度
の最大値を電子サイクロトロン共鳴が起こる値未満に制
御している。このような制御のもとで発生させたプラズ
マは、電子サイクロトロン共鳴を利用して発生させた場
合とは異なり、過剰に強力であるということはない。そ
のため、本発明によると、単一の反応室内でプラズマの
発生及びイオン種の堆積の双方を行うことが可能とな
る。すなわち、成膜装置の小型化が可能となる。

【００１４】また、本発明では、プラズマの発生及びイ
オン種の堆積の双方が単一の反応室内で行われるため、
本発明の成膜装置は、マイクロ波ＣＶＤ装置の構成を含
むことができる。すなわち、本発明の成膜装置は、マイ
クロ波プラズマＣＶＤ装置として微結晶或いは非晶質炭
素系薄膜等の成膜に利用可能であるだけでなく、磁界形
成回路に通電することなく基板の位置等を適宜制御する
ことにより、マイクロ波ＣＶＤ装置としてダイヤモンド
薄膜等の成膜にも使用することができる。したがって、
本発明によると、微結晶或いは非晶質炭素系薄膜とダイ
ヤモンド薄膜とを基板を大気に晒すことなく連続的に成
膜することが可能となる。

【００１５】本発明において、基板を載置する支持台は
二重構造を有するものであることが好ましい。すなわ
ち、支持台は、基板が載置され且つ高周波電源と電気的
に接続された導電性の導電部と、この導電部の周囲に設
けられ導電部を支持台の周囲空間から電気的に絶縁する
絶縁部とを有することが好ましい。支持台をこのような
二重構造とした場合、支持体上部の基板載置領域に対し
て効果的に電界を形成することができる。

【００１６】本発明で形成する炭素系薄膜は、通常は微
結晶或いは非晶質の炭素系薄膜である。この微結晶或い
は非晶質の炭素系薄膜は、窒素、硼素、リン、及び硫黄
のような不純物並びにそれらの混合物を含有することが
できる。

【００１７】本発明の成膜装置において、磁界形成回路
は、反応室内にプラズマを発生させるのに利用される第
１の磁界形成回路と、発生したプラズマを収束させるの
に利用される第２の磁界形成回路とで構成することがで
きる。これら第１及び第２の磁界形成回路は、通常、成
膜装置の頂部に設けられるガス供給口から成膜装置の底
部に設けられる排気口に向けて順次配置される。また、
このような構成の成膜装置で、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法により炭素系薄膜を形成する場合、通常、基板が第
２の磁界形成回路のガス供給口側端部と排気口側端部と
の間に位置するように支持台を位置合わせする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
しながらより詳細に説明する。なお、各図において同様
の部材には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略
する。

【００１９】図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装
置を概略的に示す図である。図１に示す成膜装置１０は
反応容器１１を有しており、この反応容器１１は内部に
実質的に気密な反応室１２を形成している。この反応容
器１１の内部には、基板１３を支持する支持台１４が配
置されており、この支持台１４には基板１３にバイアス
を印加するための高周波電源１５が接続されている。支
持台１４は、図示しない駆動機構により、図中、縦方向
に可動であり、基板１３を反応室１２内で任意の高さに
位置させることができる。また、支持台１４は、図２を
参照して後述するように二重構造を有している。

【００２０】反応室１２はその上部にマイクロ波導波路
１６が連結されており、反応室１２とマイクロ波導波路
１６との接続部には石英からなるマイクロ波導入用の窓
１７が設けられている。これらマイクロ波導波路１６及
び窓１７等はマイクロ波導入機構を構成している。ま
た、反応容器１１の上部には、ガス供給口１８が設けら
れており、この原料ガス供給口１８は、原料ガスを収容
するガス供給源（図示せず）と接続されている。

【００２１】反応容器１１は、磁界形成回路である電磁
コイル２１ａ及び電磁コイル２１ｂによって上方から順
次取り囲まれている。電磁コイル２１ａは反応室１２内
にプラズマを発生させるのに使用され、電磁コイル２１
ｂは発生したプラズマを収束させるのに用いられる。

【００２２】反応容器１１の下部には、排気口（図示せ
ず）が設けられており、この排気口に、圧力調節バルブ
２４、ターボ分子ポンプ２５、及びロータリポンプ２６
が順次接続されている。これら、圧力調節バルブ２４、
ターボ分子ポンプ２５、及びロータリポンプ２６は、排
気系を構成しており、反応室１２内の圧力を制御するの
に用いられる。この排気系は、上述した構成に限られる
ものではなく、反応室１２内の圧力を所望値に制御可能
であれば、クライオポンプなどを用いることもできる。

【００２３】反応容器１１には、磁界測定用プローブ３
１が設置されている。磁界測定用プローブ３１は、その
先端が反応室１２内に位置するように配置されている。
磁界測定用プローブ３１は磁界測定装置３２に接続され
ており、磁界測定装置３２は磁界発生制御装置３３に接
続されている。また、磁界発生制御装置３３は電磁コイ
ル２１ａに接続されている。磁界測定用プローブ３１、
磁界測定装置３２、及び磁界発生制御装置３３は制御機
構を構成しており、反応室１２内の磁束密度はプローブ
３１及び磁界測定装置３２によって測定され、磁界発生
制御装置３３は、その測定結果に基づいて反応室１２内
の磁束密度の最大値が電子サイクロトロン共鳴が起こる
値未満となるように電磁コイル２１ａへの通電量を制御
する。

【００２４】なお、通常、マイクロ波の周波数は２．４
５ＧＨｚであるので、反応室１２内の磁束密度が８７５
ガウスである場合に電子サイクロトロン共鳴が起こる。
換言すれば、反応室１２内の磁束密度が８７５ガウス未
満である場合だけでなく、反応室１２内の磁束密度が８
７５ガウスより高い場合でも電子サイクロトロン共鳴は
起こらない。しかしながら、磁束密度は反応室１２内で
完全に均一である訳ではないので、磁束密度が８７５ガ
ウスより高い場合には磁束密度が８７５ガウスに等しい
領域が存在することとなる。したがって、電子サイクロ
トロン共鳴を防止するためには、現実的には、反応室１
２内の磁束密度の最大値を８７５未満とすることが必要
となる。

【００２５】磁束密度の測定及び電磁コイル２１ａへの
通電量の制御は、成膜と並行して行うことが望ましい
が、成膜前に磁束密度の測定を行い、成膜時には成膜前
に測定した磁束密度に基づいて通電量の制御のみを行っ
てもよい。この場合、成膜の際に、プローブ３１を成膜
装置１０から取り外してもよい。また、磁界発生制御装
置３３は、所定の設定値に基づいて電磁コイル２１ａへ
の通電量を制御するものであってもよい。この場合、プ
ローブ３１及び磁界測定装置３２は設けなくてもよい。
すなわち、制御機構は、磁界発生制御装置３３のみで構
成することもできる。

【００２６】次に、上述した成膜装置１０の支持台１４
について、より詳しく説明する。図２（ａ）は図１に示
す成膜装置１０の支持台１４を概略的に示す上面図であ
り、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す支持台１４のＡ−Ａ
線に沿った断面図である。図２（ａ）及び（ｂ）に示す
ように、支持台１４は、基板１３が載置される導電部４
１と、導電部４１の周囲に設けられた周囲絶縁部４２と
を有している。

【００２７】導電部４１は、ステンレス、モリブデン、
及びタングステンなどのような金属で構成されており、
高周波電源１５と電気的に接続されている。また、導電
部４１の内部には、基板１３を加熱するヒータ４３が内
蔵されており、基板１３の温度を所定値に制御可能であ
る。このヒータ４３は、基板１３の温度を制御可能であ
れば特に制限はなく、シーズヒータや誘導コイル型のヒ
ータなどを用いることができる。

【００２８】絶縁部４２は、導電部４１を支持台１４の
周囲空間から電気的に絶縁している。絶縁部４２は、セ
ラミックなどの絶縁材料で構成することができる。ま
た、絶縁部４２は、導電部４１と電気的に接触していな
ければ金属であってもよい。

【００２９】このような二重構造の支持台１４を用いた
場合、支持体１４上部の基板載置領域に対して有効に電
界を形成することができる。したがって、高い制御性及
び再現性での成膜が可能となる。

【００３０】上述した成膜装置１０は、例えば、真空マ
イクロ素子の製造に利用することができる。これについ
ては、図３（ａ）〜（ｋ）を参照しながら説明する。

【００３１】図３（ａ）〜（ｋ）は、それぞれ、本発明
の一実施形態に係る成膜方法を利用した真空マイクロ素
子の製造プロセスを概略的に示す断面図である。図３
（ｋ）に示す真空マイクロ素子５０を製造するに当た
り、まず、（１００）面が露出したＳｉ単結晶基板１３
を準備する。次に、図３（ａ）に示すように、この基板
１３の一方の主面に、開口部から底部に向けてテーパし
た凹部５２を形成する。

【００３２】この凹部５２は、例えば、異方性エッチン
グを利用して形成することができる。すなわち、まず、
Ｓｉ単結晶基板１３の（１００）面に厚さ０．１μｍ程
度の熱酸化膜（ＳｉＯ₂膜：図示せず）を形成する。次
に、この熱酸化膜上に、スピンコート法によりレジスト
を塗布する。次いで、レジスト膜のパターン露光及び現
像を順次行って、レジストパターンを形成する。その
後、このレジストパターンをエッチングマスクとして用
いて、ＮＨ₄Ｆ・ＨＦ混合用液による熱酸化膜のエッチ
ングを行う。レジストパターンを除去した後、パターニ
ングされた熱酸化膜をエッチングマスクとして用いて、
Ｓｉ単結晶基板１３表面のＫＯＨ水溶液による異方性エ
ッチングを行う。以上のようにして、Ｓｉ単結晶基板１
３の表面に、逆ピラミッド状の凹部５２を形成する。

【００３３】次に、図３（ｂ）に示すように、Ｓｉ単結
晶基板１３の凹部５２を形成した面に厚さ０．４μｍ程
度の熱酸化膜５３を形成する。この凹部５２の形状は最
終的に形成される真空マイクロ素子５０の電子放出特性
に大きな影響を与える。すなわち、逆ピラミッド状の凹
部５２の底部がより鋭角化されている場合、それに対応
してエミッタも先鋭化されるため、低電圧での電子放出
が可能となる。このような凹部５２の底部の鋭角化は、
上記のように熱酸化膜５３を形成することにより可能で
ある。なお、熱酸化膜５３の代わりに、ＣＶＤ法などに
よって絶縁膜を形成することもできる。しかしながら、
熱酸化膜は緻密であり且つ厚さの制御等が容易であるの
で、ＣＶＤ法などによって絶縁膜を形成するのではな
く、熱酸化膜５３を形成することが好ましい。

【００３４】次に、図１に示す成膜装置１０を用いて、
図３（ｃ）に示すように、熱酸化膜５３上にエミッタ層
であるダイヤモンド薄膜５４を形成する。このダイヤモ
ンド薄膜５４の成膜に際し、反応室１２内には、原料ガ
スとして、水素ガスを３００ｓｃｃｍの流量で及びメタ
ン（ＣＨ₄）ガスを２ｓｃｃｍの流量で供給し、反応室
１２内の圧力は５０Ｔｏｒｒに制御した。また、マイク
ロ波（周波数：２．４５ＧＨｚ）のパワーを３ｋＷ、基
板温度を８５０℃とした。なお、電磁コイル２１ａ，２
１ｂには通電しなかった。以上の条件で、厚さ約２μｍ
のダイヤモンド薄膜５４を形成した。

【００３５】このダイヤモンド薄膜５４の成膜に引き続
き、図１に示す成膜装置１０を用いて、図３（ｄ）に示
すようにダイヤモンド薄膜５４上に中間層として微結晶
或いは非晶質の炭素系薄膜５５を形成する。この炭素系
薄膜５５の成膜に際しては、反応室１２内に原料ガスと
して水素ガスを１０ｓｃｃｍの流量で及びメタン（ＣＨ
₄）ガスを１ｓｃｃｍの流量で供給し、反応室１２内の
圧力は１０ｍＴｏｒｒに制御した。また、マイクロ波
（周波数：２．４５ＧＨｚ）のパワーを５０Ｗ、高周波
電源１５から支持台１４に印加する自己バイアスを−１
００Ｖ、基板温度を１００℃とし、電磁コイル２１ａに
より形成される反応室１２内の磁束密度の最大値を８０
０ガウスに制御した。以上の条件で、厚さ約５００ｎｍ
の微結晶或いは非晶質の炭素系薄膜５５を形成した。

【００３６】その後、図３（ｄ）に示すように、炭素系
薄膜５５上に、スパッタリング法によりエミッタ電極層
である金属層５６を形成する。ここでは、金属層５６と
して、厚さ３μｍ程度のモリブデン（Ｍｏ）膜を形成し
た。

【００３７】上述した方法で各種薄膜の成膜等を行う一
方で、構造基板６１として、厚さが１ｍｍであり一方の
主面に厚さ０．３μｍ程度のＡｌ層６２が形成されたパ
イレックス（登録商標）ガラス基板を準備する。このガ
ラス基板６１とＳｉ基板１３とを、図３（ｅ）に示すよ
うに、Ａｌ層６２が形成された面の裏面とＭｏ層５６と
が対向するように接着する。これらの接着には、例え
ば、静電接着法を用いることができる。

【００３８】その後、ガラス基板６１の一方の主面に形
成されたＡｌ層６２をＨＮＯ₃・ＣＨ₃ＣＯＯＨ・ＨＦ混
合液を用いて除去した後、ＫＯＨ水溶液等を用いてＳｉ
基板１３のみを選択的にエッチングする。これにより、
図３（ｆ）に示すように、ゲート絶縁膜として用いられ
る熱酸化膜５３が露出した構造を得る。

【００３９】次に、図３（ｇ）に示すように、熱酸化膜
５３上にゲート電極層６３を形成する。ここでは、ゲー
ト電極層６３として、スパッタリング法により厚さ０．
５μｍ程度のＷ層を形成した。次いで、図３（ｈ）に示
すように、ゲート電極層６３上にレジスト膜６４を形成
する。レジスト膜６４は、ゲート電極層６３の凸部先端
が僅かに隠れる程度に形成する。

【００４０】その後、特開平６−３６６８２号公報に記
載されるのと同様の工程を実施する。すなわち、図３
（ｉ）に示すように、酸素プラズマを用いたドライエッ
チングにより、ゲート電極層６３の凸部先端のみが露出
するようにレジスト膜６４をエッチングする。次に、図
３（ｊ）に示すように、レジスト膜６４をエッチングマ
スクとして用いて、ゲート電極層６３の露出した凸部先
端をエッチングして、熱酸化膜５３の凸部先端を露出さ
せる。その後、熱酸化膜５３の露出した凸部先端をＮＨ
₄Ｆ・ＨＦ混合液を用いてエッチングすることによりダ
イヤモンド薄膜５４の凸部先端を露出させ、さらに、レ
ジスト膜６４を除去することにより、図３（ｋ）に示す
真空マイクロ素子５０を得る。

【００４１】なお、上述した真空マイクロ素子５０の製
造プロセスは、種々の変形が可能である。例えば、微結
晶或いは非晶質の炭素系薄膜５５をｎタイプ或いはｐタ
イプの薄膜としてもよい。炭素系薄膜５５をｎタイプの
薄膜とする場合は、ドーパントとしてＮ₂ガスを導入す
ることができる。また、Ｎ₂ガスに限らず、尿素、エチ
レンジアミン、及びジメチルアミンなどのように窒素源
として機能する化合物を用いることもできる。さらに、
硫黄をドーパントとして用いることも可能である。

【００４２】また、ダイヤモンド薄膜５４や微結晶或い
は非晶質炭素系薄膜５５の炭素源としては、メタンガス
に限られるものではなく、アセトン、エタノール、及び
メタノールなどのように炭素を含む有機溶剤等を使用す
ることができる。

【００４３】ゲート電極層６３の材料としては、タング
ステン（Ｗ）以外にもモリブデン（Ｍｏ）などの金属を
用いることができる。このゲート電極層６３の材料は、
金属に限られるものではなく、Ｓｉ基板１３の一部を利
用することも可能である。以下、ゲート電極層６３の材
料としてＳｉ基板１３の一部を利用した真空マイクロ素
子５０の製造プロセスについて説明する。

【００４４】まず（１００）面が露出したｎ^-Ｓｉ基板
の一方の主面の表面領域に、イオンドーピング法などに
よりｐ⁺層を形成する。次に、図３（ａ）を参照して説
明したのと同様の方法により、Ｓｉ基板の表面に、ｐ⁺
層を貫通して逆ピラミッド状の凹部を形成する。

【００４５】次に、Ｓｉ基板の凹部を形成した面に、ゲ
ート絶縁膜として用いられる厚さ０．４μｍ程度の熱酸
化膜を形成する。次いで、この熱酸化膜上に、上述した
のと同様の方法により非晶質炭素薄膜を形成し、さら
に、非晶質炭素薄膜上にＳｉ薄膜及び金属薄膜を順次形
成する。

【００４６】上述した方法で各種薄膜の成膜等を行う一
方で、厚さが１ｍｍであり一方の主面に厚さ０．３μｍ
程度のＡｌ層が形成されたパイレックスガラス基板を準
備する。このガラス基板と上記Ｓｉ基板とを、Ａｌ層が
形成された面の裏面と金属薄膜とが対向するように接着
する。その後、ガラス基板の一方の主面に形成されたＡ
ｌ層をＨＮＯ₃・ＣＨ₃ＣＯＯＨ・ＨＦ混合液を用いて除
去した後、ＫＯＨ水溶液等を用いて電気化学エッチング
を行う。この電気化学エッチング法を用いれば、ｎ^-Ｓ
ｉ層のみを選択的に除去し、ゲート電極層としてｐ⁺Ｓ
ｉ層を残置させることができる。その後、ｎ^-Ｓｉ層の
除去により露出した熱酸化膜を除去することにより、非
晶質炭素薄膜を露出させる。以上のようにして、真空マ
イクロ素子を得る。

【００４７】上述した方法で製造した真空マイクロ素子
５０は、図４に示す平板型画像表示装置で使用すること
ができる。なお、図４は、本発明の一実施形態に係る成
膜方法を利用した真空マイクロ素子を用いた平板型画像
表示装置を概略的に示す断面図である。

【００４８】図４に示す平板型画像表示装置７０は、複
数の真空マイクロ素子５０が配列された構造の真空マイ
クロ素子基板７１と、真空マイクロ素子基板７１のエミ
ッタ層５４が形成された面と対向して配置された対向基
板７２とで主に構成されている。対向基板７２は、ガラ
スフェースプレート７３と、その真空マイクロ素子基板
７１と対向する面に順次形成されたＩＴＯからなる透明
電極層７４及び蛍光体層７５とを有している。真空マイ
クロ素子基板７１と対向基板７２とは、離間して配置さ
れており、真空筐体を構成している。

【００４９】このように、上記実施形態で説明した成膜
装置及び成膜方法は、図４に示す平板型画像表示装置７
０の製造に有用である。また、上記実施形態で説明した
成膜装置及び成膜方法は、図４に示す平板型画像表示装
置７０に限られるものではなく、様々な用途で利用する
ことができる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、磁界
の磁束密度の最大値を電子サイクロトロン共鳴が起こる
値未満に制御することにより適度な強さのプラズマを発
生させて、単一の反応室内でプラズマの発生及びイオン
種の堆積の双方を行うことを可能としている。また、本
発明では、プラズマの発生及びイオン種の堆積の双方が
単一の反応室内で行われるため、本発明の成膜装置は、
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置としてだけでなくマイク
ロ波ＣＶＤ装置としても利用可能である。すなわち、本
発明によると、炭素系薄膜の成膜に利用可能であり且つ
小型化が可能な成膜装置及び成膜装置の小型化が可能な
炭素系薄膜の成膜方法が提供される。また、本発明によ
ると、微結晶或いは非晶質炭素系薄膜とダイヤモンド薄
膜との連続成膜を可能とする成膜装置及び成膜方法が提
供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る成膜装置を概略的に
示す図。

【図２】（ａ）は図１に示す成膜装置の支持台を概略的
に示す上面図、（ｂ）は（ａ）に示す支持台のＡ−Ａ線
に沿った断面図。

【図３】（ａ）〜（ｋ）は、それぞれ、本発明の一実施
形態に係る成膜方法を利用した真空マイクロ素子の製造
プロセスを概略的に示す断面図。

【図４】本発明の一実施形態に係る成膜方法を利用した
真空マイクロ素子を用いた平板型画像表示装置を概略的
に示す断面図。

【図５】従来のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の一般的な構
造を概略的に示す図。

【符号の説明】

１０，１００…成膜装置； １１…反応容器； １２…
反応室；１３，１１３…基板； １４，１１４…支持
台；１５，１１５…高周波電源； １６，１１６…マイ
クロ波導波路；１７，１１７…窓； １８…原料ガス供
給口；２１ａ，２１ｂ，１２１ａ，１２１ｂ…電磁コイ
ル；２４，１２４…圧力調節バルブ； ２５，１２５…
ターボ分子ポンプ；２６，１２６…ロータリポンプ；
３１…磁界測定用プローブ；３２…磁界測定装置； ３
３…磁界発生制御装置； ４１…導電部；４２…周囲絶
縁部； ４３…ヒータ； ５０…真空マイクロ素子；５
２…凹部； ５３…熱酸化膜； ５４…ダイヤモンド薄
膜；５５…炭素系薄膜； ５６…金属層； ６１…構造
基板； ６２…Ａｌ層；６３…ゲート電極層； ６４…
レジスト膜； ７０…平板型画像表示装置；７１…真空
マイクロ素子基板； ７２…対向基板；７３…ガラスフ
ェースプレート； ７４…透明電極層； ７５…蛍光体
層；１１２ａ…プラズマ室； １１２ｂ…試料室；

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 富男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 4K030 AA10 AA17 BA27 BA28 BB04 BB05 CA04 CA06 FA02 HA01 KA30 KA34 KA41 LA18 5F045 AA09 AB07 AF03 BB08 EH03 EH12 EH16 GB08 HA22

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応容器と、 前記反応容器内に原料ガスを供給するガス供給口と、 前記反応容器からガスを排気する排気口と、 前記反応容器内に配置され基板を支持する支持台と、 前記反応容器の周囲を取り囲むように配置され前記基板
   上の空間に磁界を形成する磁界形成回路と、 前記反応容器に連結されこの反応容器内の前記磁界が形
   成された空間にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機
   構と、 前記磁界形成回路に接続され、前記磁界が形成され且つ
   前記マイクロ波が導入された空間内に前記原料ガスのプ
   ラズマが発生するように、及び前記磁界の磁束密度の最
   大値が電子サイクロトロン共鳴が起こる値未満となるよ
   うに、前記磁界形成回路への出力を制御する制御機構
   と、を具備することを特徴とする成膜装置。
2. 【請求項２】 前記支持台は、前記基板が載置され且つ
   高周波電源と電気的に接続された導電性の導電部と、前
   記導電部の周囲に設けられ前記導電部を前記支持台の周
   囲空間から電気的に絶縁する絶縁部とを具備することを
   特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 【請求項３】 反応室内に磁界を形成するのとともに原
   料ガスを供給しつつマイクロ波を導入することによりプ
   ラズマを発生させ前記プラズマを利用した化学蒸着法に
   より前記反応室内に配置された基板の表面に炭素系薄膜
   を形成する工程を含み、前記炭素系薄膜を形成する工程
   を前記磁界の磁束密度の最大値を電子サイクロトロン共
   鳴が起こる値未満に制御しつつ行うことを特徴とする成
   膜方法。
4. 【請求項４】 前記反応室内に原料ガスを供給しつつマ
   イクロ波を導入することによりプラズマを発生させ前記
   プラズマを利用した化学蒸着法により前記基板の表面に
   ダイヤモンド薄膜を形成する工程をさらに含み、前記炭
   素系薄膜は微結晶及び非晶質の少なくとも一方の構造を
   有し、前記炭素系薄膜を形成する工程と前記ダイヤモン
   ド薄膜を形成する工程とを前記基板を大気に晒すことな
   く連続的に行うことを特徴とする請求項３に記載の成膜
   方法。