JP2006045642A - Hydrogen desorption method and hydrogen desorption device - Google Patents

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一彦 織田
Takashi Matsuura
尚 松浦
Toshihiko Ushiro
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen desorption method and a hydrogen desorption device capable of controlling the characteristic of a diamond thin film, a diamond-like carbon thin film, a carbon thin film, a resin thin film or a group III-V semi-conductor thin film. <P>SOLUTION: In the hydrogen desorption method, hydrogen is desorbed from a film by irradiating a diamond thin film, a diamond-like carbon thin film, a carbon thin film, a resin thin film or a group III-V semi-conductor thin film with light rays containing photons having the energy of >10eV, and also the hydrogen is desorbed from the film by irradiating the diamond thin film, the diamond-like carbon thin film, the carbon thin film, the resin thin film or the group III-V semi-conductor thin film with light rays containing photons having the energy of >3eV and <10eV in a state that the temperature of the film is <200°C. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は水素脱離方法および水素脱離装置に関し、特に、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭素膜、炭素薄膜、樹脂膜またはIII−V族半導体薄膜の特性を制御することができる水素脱離方法および水素脱離装置に関する。   The present invention relates to a hydrogen desorption method and a hydrogen desorption apparatus, and in particular, a hydrogen desorption method and hydrogen capable of controlling characteristics of a diamond thin film, a diamond-like carbon film, a carbon thin film, a resin film, or a group III-V semiconductor thin film. The present invention relates to a desorption device.

従来から、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭素(DLC;Diamond Like Carbon;ダイヤモンドライクカーボン)膜、炭素薄膜またはIII−V族半導体薄膜などの膜を形成する場合には、原料ガスまたはキャリアガスとして水素を含有するガスが用いられてきた。しかしながら、このような水素を含有するガスを用いた場合には膜中に水素が含有されてしまい、この膜中に含有された水素が膜の特性に影響を与えていた。また、原料ガスに水素が含まれない場合においても、残留ガス中のH2Oが分解して膜中に微量の水素が混入することがあった。そこで、このような気相合成により形成された膜から水素を脱離させて、膜の特性を制御することが要望されている。また、樹脂膜についても、膜中の水素量を制御することによって樹脂膜の物性を改質することが望まれている。
特開平6−48716号公報 特開平6−48892号公報 特開平6−321690号公報 特開平11−214321号公報 特開2000−306854号公報 特開平9−266218号公報
Conventionally, when forming a film such as a diamond thin film, diamond like carbon (DLC) film, carbon thin film or III-V semiconductor thin film, hydrogen is contained as a source gas or carrier gas. Gas has been used. However, when such a hydrogen-containing gas is used, hydrogen is contained in the film, and the hydrogen contained in the film affects the characteristics of the film. Even when the source gas does not contain hydrogen, H 2 O in the residual gas may be decomposed and a trace amount of hydrogen may be mixed into the film. Therefore, it is desired to control the characteristics of the film by desorbing hydrogen from the film formed by such vapor phase synthesis. In addition, regarding the resin film, it is desired to modify the physical properties of the resin film by controlling the amount of hydrogen in the film.
JP-A-6-48716 JP-A-6-48892 JP-A-6-321690 JP-A-11-214321 JP 2000-306854 A JP-A-9-266218

本発明の目的は、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭素膜、炭素薄膜、樹脂膜またはIII−V族半導体薄膜の特性を制御することができる水素脱離方法および水素脱離装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a hydrogen desorption method and a hydrogen desorption apparatus capable of controlling the characteristics of a diamond thin film, a diamond-like carbon film, a carbon thin film, a resin film, or a group III-V semiconductor thin film.

本発明は、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭素膜、炭素薄膜、樹脂膜またはIII−V族半導体薄膜に、少なくとも10eVよりも大きいエネルギを有する光子を含む光を照射することによって、膜中から水素を脱離させる水素脱離方法である。   The present invention removes hydrogen from a film by irradiating a diamond thin film, a diamond-like carbon film, a carbon thin film, a resin film, or a group III-V semiconductor thin film with light containing photons having an energy of at least 10 eV. This is a hydrogen desorption method.

ここで、本発明の水素脱離方法においては、膜に照射される光がシンクロトロン放射光であることが好ましい。   Here, in the hydrogen desorption method of the present invention, it is preferable that the light applied to the film is synchrotron radiation.

また、本発明の水素脱離方法においては、光の照射時における膜の温度が200℃未満であることが好ましい。   In the hydrogen desorption method of the present invention, the film temperature during light irradiation is preferably less than 200 ° C.

また、本発明は、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭素膜、炭素薄膜または樹脂膜に、膜の温度が200℃未満である状態で、少なくとも3eVよりも大きく10eVよりも小さいエネルギを有する光子を含む光を照射することによって、膜中から水素を脱離させる水素脱離方法である。   The present invention also provides light containing a photon having an energy of at least greater than 3 eV and less than 10 eV on a diamond thin film, diamond-like carbon film, carbon thin film or resin film at a film temperature of less than 200 ° C. This is a hydrogen desorption method in which hydrogen is desorbed from the film by irradiation.

また、本発明は、III−V族半導体薄膜に、膜の温度が200℃未満である状態で、少なくとも3eVよりも大きく10eVよりも小さいエネルギを有する光子を含む光を連続照射することによって、膜中から水素を脱離させる水素脱離方法である。   The present invention also provides a film by continuously irradiating a group III-V semiconductor thin film with light containing photons having energy of at least greater than 3 eV and less than 10 eV in a state where the temperature of the film is less than 200 ° C. This is a hydrogen desorption method in which hydrogen is desorbed from the inside.

また、本発明は、気相合成により基板上に膜を形成しながら上記の水素脱離方法に用いられる光を照射する水素脱離方法である。   The present invention is also a hydrogen desorption method in which light used in the above hydrogen desorption method is irradiated while forming a film on a substrate by vapor phase synthesis.

また、本発明は、気相合成により基板上に所定の膜厚だけ膜を形成する工程と、所定の膜厚だけ形成された膜に上記の水素脱離方法に用いられる光を照射する工程とを繰り返す水素脱離方法である。   The present invention also includes a step of forming a film with a predetermined thickness on a substrate by vapor phase synthesis, and a step of irradiating the film formed with a predetermined thickness with light used in the hydrogen desorption method. Is a hydrogen desorption method.

さらに、本発明は、気相合成により基板上に膜を成長させる機構と、この膜に上記の水素脱離方法に用いられる光を照射する機構とを含む水素脱離装置である。   Furthermore, the present invention is a hydrogen desorption apparatus including a mechanism for growing a film on a substrate by vapor phase synthesis and a mechanism for irradiating the film with light used in the above hydrogen desorption method.

本発明によれば、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭素膜、炭素薄膜、樹脂膜またはIII−V族半導体薄膜の特性を制御することができる水素脱離方法および水素脱離装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the hydrogen desorption method and hydrogen desorption apparatus which can control the characteristic of a diamond thin film, a diamond-like carbon film, a carbon thin film, a resin film, or a III-V group semiconductor thin film can be provided.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本願の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the drawings of the present application, the same reference numerals denote the same or corresponding parts.

本発明は、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭素膜、炭素薄膜、樹脂膜またはIII−V族半導体薄膜に、少なくとも10eVよりも大きいエネルギを有する光子を含む光を照射することによって、膜中から水素を脱離させる水素脱離方法である。   The present invention removes hydrogen from a film by irradiating a diamond thin film, a diamond-like carbon film, a carbon thin film, a resin film, or a group III-V semiconductor thin film with light containing photons having an energy of at least 10 eV. This is a hydrogen desorption method.

このように少なくとも10eVよりも大きいエネルギを有する光子を含む光を上記の膜に照射することによって、膜を構成する水素および/または水素と結合している原子を構成する電子が励起されるため、膜中の水素の結合手の切断が促進される。一般に、原子の種類によって吸収しやすいエネルギが異なるが、特に10eVよりも大きく3000eV未満のエネルギが多種類の原子に効率良く吸収される。そして、吸収されたエネルギは、水素および/または水素と結合している原子中の電子を励起し、電子状態を変化させる。これにより、水素の結合手の切断が行なわれ得る。結合手を1本しか有しない水素は複数の結合手を有する他の元素と比べて結合手の切断が行なわれやすく容易に脱離するものと考えられる。このように水素を脱離させて膜中の水素量を制御することによって膜の特性を制御することが可能となる。   By irradiating the above film with light including photons having energy greater than at least 10 eV in this way, the electrons constituting the hydrogen and / or atoms that are bonded to hydrogen are excited. The cutting of hydrogen bonds in the membrane is facilitated. In general, the energy that can be easily absorbed differs depending on the type of atom, but particularly energy that is greater than 10 eV and less than 3000 eV is efficiently absorbed by many types of atoms. The absorbed energy excites hydrogen and / or electrons in atoms bonded to hydrogen, thereby changing the electronic state. As a result, the hydrogen bond can be cleaved. Hydrogen having only one bond is considered to be easily desorbed and easily desorbed compared to other elements having a plurality of bonds. Thus, by desorbing hydrogen and controlling the amount of hydrogen in the film, the characteristics of the film can be controlled.

なお、水素原子の場合には、10eVよりも大きく100eV以下のエネルギを有する光子が照射されることによって、水素原子を構成する電子が最も励起されやすい。また、水素と結合する他の原子について考えてみると、ホウ素原子、炭素原子または窒素原子の場合には、500eV以下のエネルギを有する光子が照射されることによって、K殻電子とL殻電子とが励起され得る。また、アルミニウム原子、ケイ素原子または窒素原子の場合には、500eV以下のエネルギを有する光子が照射されることによってK殻電子とL殻電子とが励起され得るが、K殻電子の励起には1000eV〜3000eVのエネルギを有する光子が照射される必要がある。また、ガリウム原子、ゲルマニウム原子またはヒ素原子の場合には、500eV以下のエネルギを有する光子が照射されることによってM殻電子とN殻電子とが励起され得るが、L殻電子の励起には1000eV〜2000eVのエネルギを有する光子が照射される必要があり、K殻電子の励起には10keV以上のエネルギを有する光子が照射される必要がある。さらに、インジウム原子、スズ原子またはアンチモン原子の場合には、1000eV以下のエネルギを有する光子が照射されることによってM殻電子、N殻電子およびO殻電子が励起され得るが、L殻電子の励起には3000eV〜5000eVのエネルギを有する光子が照射されることが必要であり、K殻電子の励起には2keV以上のエネルギを有する光子が照射されることが必要である。   In the case of hydrogen atoms, the electrons constituting the hydrogen atoms are most easily excited by irradiation with photons having energy greater than 10 eV and less than or equal to 100 eV. Considering other atoms bonded to hydrogen, in the case of a boron atom, a carbon atom or a nitrogen atom, photons having an energy of 500 eV or less are irradiated to cause K-shell electrons and L-shell electrons. Can be excited. In the case of an aluminum atom, a silicon atom, or a nitrogen atom, K-shell electrons and L-shell electrons can be excited by irradiation with photons having energy of 500 eV or less. It is necessary to irradiate photons having an energy of ˜3000 eV. In the case of a gallium atom, germanium atom, or arsenic atom, M-shell electrons and N-shell electrons can be excited by irradiation with photons having energy of 500 eV or less. Photons having an energy of ˜2000 eV need to be irradiated, and photons having an energy of 10 keV or more need to be irradiated for excitation of K-shell electrons. Further, in the case of an indium atom, a tin atom or an antimony atom, M-shell electrons, N-shell electrons and O-shell electrons can be excited by irradiation with photons having energy of 1000 eV or less. Is required to be irradiated with photons having energy of 3000 eV to 5000 eV, and excitation of K-shell electrons requires irradiation with photons having energy of 2 keV or more.

膜中の結合に関与しているのは比較的浅い準位の電子と考えられるため、2000eV以下、好ましくは500eV以下、さらに好ましくは100eV以下のエネルギを有する光子が照射されることが水素の結合手の切断に効果的であると考えられる。   Since it is considered that electrons in the film are involved in the bonding in the film, the photon having an energy of 2000 eV or less, preferably 500 eV or less, more preferably 100 eV or less is irradiated. It is considered effective for cutting hands.

本発明において、少なくとも10eVよりも大きいエネルギを有する光子を含む光としては、たとえばシンクロトロン放射光、X線または自由電子レーザ(Free Electron Laser)光などが用いられるが、なかでもシンクロトロン放射光が用いられることが好ましい。シンクロトロン放射光には高いエネルギを有する光子が広いエネルギ範囲で存在するため、水素と多種類の原子との結合の切断に有効であると考えられる。シンクロトロン放射光は一般に50eV以上数keV以下のエネルギを有する光子を含んでいる。したがって、水素原子、ホウ素原子、炭素原子、窒素原子、アルミニウム原子、ケイ素原子またはリン原子にシンクロトロン放射光を照射した場合にはK殻電子の励起が可能である。また、ガリウム原子、ゲルマニウム原子、ヒ素原子、インジウム原子、スズ原子またはアンチモン原子にシンクロトロン放射光を照射した場合にはK殻電子またはL殻電子の励起は困難であるが、それ以外の電子の励起は可能である。   In the present invention, for example, synchrotron radiation, X-rays or free electron laser light is used as light including photons having energy greater than at least 10 eV. Among them, synchrotron radiation is used. It is preferable to be used. Since synchrotron radiation has photons having high energy in a wide energy range, it is considered effective for breaking bonds between hydrogen and many kinds of atoms. Synchrotron radiation generally includes photons having an energy of 50 eV to several keV. Therefore, when a hydrogen atom, a boron atom, a carbon atom, a nitrogen atom, an aluminum atom, a silicon atom, or a phosphorus atom is irradiated with synchrotron radiation, K-shell electrons can be excited. When gallium, germanium, arsenic, indium, tin or antimony atoms are irradiated with synchrotron radiation, excitation of K-shell electrons or L-shell electrons is difficult. Excitation is possible.

また、上記の光の照射時における膜の温度は200℃未満であることが好ましい。ここで、膜の温度は、膜が基板上に形成されている場合には基板の温度とほぼ同一であるので基板の温度を測定することによって算出される。膜の温度を200℃未満とした場合には、膜中における不必要な原子の拡散を有効に防止することができるため水素量以外の要素による膜の特性のばらつきを減少できる傾向にある。特に、複数の膜を積層したりパターンニングした後でも原子の不必要な拡散を有効に防止して水素を脱離させることが可能になる。また、基板や膜そのものに樹脂などを用いた場合には、樹脂の劣化や変質を抑制することができる傾向にある。このような原子の不必要な拡散を低減したり、樹脂の劣化や変質を抑制するためには、膜の温度が100℃未満であることがより好ましい。   Moreover, it is preferable that the temperature of the film at the time of irradiation with light is less than 200 ° C. Here, the temperature of the film is approximately the same as the temperature of the substrate when the film is formed on the substrate, and thus is calculated by measuring the temperature of the substrate. When the temperature of the film is less than 200 ° C., unnecessary atom diffusion in the film can be effectively prevented, so that variations in film characteristics due to factors other than the amount of hydrogen tend to be reduced. In particular, it is possible to desorb hydrogen by effectively preventing unnecessary diffusion of atoms even after a plurality of films are stacked or patterned. Further, when a resin or the like is used for the substrate or the film itself, the resin tends to be able to suppress deterioration and deterioration. In order to reduce such unnecessary diffusion of atoms and to suppress deterioration and alteration of the resin, it is more preferable that the temperature of the film is less than 100 ° C.

また、本発明は、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭素膜、炭素薄膜または樹脂膜に、膜の温度が200℃未満である状態で、少なくとも3eVよりも大きく10eVよりも小さいエネルギを有する光子を含む光を照射することによって、膜中から水素を脱離させる水素脱離方法である。3eVよりも大きく10eVよりも小さいエネルギを有する光子を含む光は、紫外線ランプやエキシマレーザなどで比較的安価に容易に得られる。ここでの膜の温度の規定についても上記と同様である。もちろん、膜の温度が200℃以上である場合にも膜の改質効果を得ることができるが、3eVよりも大きく10evよりも小さいエネルギ範囲は光子密度が高い光源が得られるため、200℃未満の低い温度で熱的なアシストが無くても高速改質が可能で、品質の良いものが得られる。また、少なくとも3eVよりも大きく10eVよりも小さいエネルギを有する光子を含む光としては、たとえばエキシマレーザ光などの紫外線レーザ光や、超高圧水銀ランプ光、高圧水銀ランプ光、低圧水銀ランプ光またはメタルハライドランプ光などの紫外線ランプ光などが用いられる。   The present invention also provides light containing a photon having an energy of at least greater than 3 eV and less than 10 eV on a diamond thin film, diamond-like carbon film, carbon thin film or resin film at a film temperature of less than 200 ° C. This is a hydrogen desorption method in which hydrogen is desorbed from the film by irradiation. Light including photons having an energy larger than 3 eV and smaller than 10 eV can be easily obtained at a relatively low cost by an ultraviolet lamp, an excimer laser, or the like. The regulation of the temperature of the film here is the same as described above. Of course, even when the temperature of the film is 200 ° C. or higher, the effect of modifying the film can be obtained. However, an energy range larger than 3 eV and smaller than 10 ev can provide a light source having a high photon density. Even if there is no thermal assistance at a low temperature, high-speed reforming is possible and a product with good quality is obtained. Examples of light including photons having energy of at least 3 eV and less than 10 eV include, for example, ultraviolet laser light such as excimer laser light, ultrahigh pressure mercury lamp light, high pressure mercury lamp light, low pressure mercury lamp light, or metal halide lamp. Ultraviolet lamp light such as light is used.

また、本発明は、III−V族半導体薄膜に、膜の温度が200℃未満である状態で、少なくとも3eVよりも大きく10eVよりも小さいエネルギを有する光子を含む光を連続照射することによって、膜中から水素を脱離させる水素脱離方法である。ここでの膜の温度の規定についても上記と同様である。また、少なくとも3eVよりも大きく10eVよりも小さいエネルギを有する光子が連続照射される光としては、たとえば超高圧水銀ランプ光、高圧水銀ランプ光、低圧水銀ランプ光またはメタルハライドランプ光などの紫外線ランプ光などが用いられる。   The present invention also provides a film by continuously irradiating a group III-V semiconductor thin film with light containing photons having energy of at least greater than 3 eV and less than 10 eV in a state where the temperature of the film is less than 200 ° C. This is a hydrogen desorption method in which hydrogen is desorbed from the inside. The regulation of the temperature of the film here is the same as described above. Examples of the light that is continuously irradiated with photons having an energy of at least 3 eV and less than 10 eV include ultraviolet lamp light such as ultra-high pressure mercury lamp light, high pressure mercury lamp light, low pressure mercury lamp light, or metal halide lamp light. Is used.

このように少なくとも3eVよりも大きく10eVよりも小さいエネルギを有する光子を含む光を膜の温度が200℃未満である状態で照射することによって、膜中の原子の拡散を防止しながら膜から水素を脱離させることができる。また、このような低いエネルギを有する光子の照射によって膜の製造コストの低減が期待できる。また、複数の膜を積層したりパターンニングした後でも原子の不必要な拡散を有効に防止して水素を脱離させることが可能になる。さらに、基板や膜そのものに樹脂などを用いた場合には、樹脂の劣化や変質を抑制することができる傾向にある。このような原子の不必要な拡散を低減したり、樹脂の劣化や変質を抑制するためには、膜の温度が100℃未満であることがより好ましい。なお、このような低いエネルギを有する光子の照射による水素の脱離は電子励起に伴う結合の切断だけでなく、これ以外のメカニズムによっても行なわれ得るものと考えられる。   By irradiating light containing photons having energy of at least greater than 3 eV and less than 10 eV in such a state that the temperature of the film is less than 200 ° C., hydrogen from the film is prevented while preventing diffusion of atoms in the film. Can be desorbed. In addition, a reduction in the manufacturing cost of the film can be expected by irradiation with photons having such low energy. Further, even after a plurality of films are stacked or patterned, it is possible to effectively prevent unnecessary diffusion of atoms and desorb hydrogen. Further, when a resin or the like is used for the substrate or the film itself, it tends to be possible to suppress the deterioration and alteration of the resin. In order to reduce such unnecessary diffusion of atoms and to suppress deterioration and alteration of the resin, it is more preferable that the temperature of the film is less than 100 ° C. In addition, it is considered that the desorption of hydrogen by irradiation with photons having such a low energy can be performed not only by bond breakage due to electron excitation but also by other mechanisms.

ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭素膜、炭素薄膜または樹脂膜の場合には、連続的な光の照射またはパルスレーザ光のような間欠的な光の照射のいずれであっても水素の脱離が効果的に行なわれる。ただし、III−V族半導体薄膜の場合には連続的な光の照射の方が水素の脱離が確実に行なわれるようである。その理由は不明であるが、III−V族半導体薄膜中の水素は一旦結合が切れても容易に再結合しやすいため、光の照射を連続的に行なった方がよいと考えられる。   In the case of a diamond thin film, diamond-like carbon film, carbon thin film, or resin film, the desorption of hydrogen is effective in either continuous light irradiation or intermittent light irradiation such as pulsed laser light. To be done. However, in the case of a III-V group semiconductor thin film, it seems that hydrogen is more reliably desorbed by continuous light irradiation. Although the reason is unknown, it is considered that it is better to continuously irradiate light because hydrogen in the group III-V semiconductor thin film is easily recombined even if the bond is broken once.

一般に行なわれる熱処理による膜の特性の制御においては、ダイヤモンド状炭素膜、炭素薄膜または樹脂膜が消失したり黒鉛化する問題があり、ダイヤモンド薄膜についても黒鉛化の問題がある。さらに、III−V族半導体薄膜については原子の拡散や組成の変化の問題がある。したがって、これらの膜に光の照射による特性の制御を適用することで、これらの問題が解決される。   In the control of film characteristics by heat treatment that is generally performed, there is a problem that the diamond-like carbon film, carbon thin film, or resin film disappears or graphitizes, and the diamond thin film also has a problem of graphitization. Further, the III-V semiconductor thin film has a problem of atomic diffusion and composition change. Therefore, these problems can be solved by applying characteristic control by irradiation of light to these films.

ここで、本発明において、ダイヤモンド薄膜とは、気相合成によって形成され、結晶質であって、X線回折においてダイヤモンド構造を反映した回折線が見られる膜のことをいう。また、本発明において、ダイヤモンド状炭素膜とは、気相合成によって形成され、炭素または炭素と水素とを主成分とする非晶質の膜であって、ヌープ硬度が1000以上である膜のことをいう。また、本発明において、炭素薄膜とは、気相合成によって形成され、炭素または炭素と水素とを主成分とする非晶質の膜であって、ヌープ硬度が30以上1000未満である膜のことをいう。また、樹脂膜とは、炭素と水素とを主成分とする一般的な炭化水素系樹脂膜、またはケイ素と水素とを主成分とするシリコーン系樹脂膜のことであって、樹脂膜にはフッ素、塩素、窒素、酸素または硫黄などが含まれ得る。また、III−V族半導体薄膜とは、気相合成によって形成されるGaAs、GaN、GaInNまたはGaInAlNなどの半導体結晶からなる膜のことをいう。   Here, in the present invention, the diamond thin film refers to a film that is formed by vapor phase synthesis, is crystalline, and shows a diffraction line reflecting a diamond structure in X-ray diffraction. Further, in the present invention, the diamond-like carbon film is an amorphous film formed by vapor phase synthesis and mainly composed of carbon or carbon and hydrogen and having a Knoop hardness of 1000 or more. Say. In the present invention, the carbon thin film is an amorphous film formed by vapor phase synthesis and mainly composed of carbon or carbon and hydrogen, and has a Knoop hardness of 30 or more and less than 1000. Say. The resin film is a general hydrocarbon resin film containing carbon and hydrogen as main components or a silicone resin film containing silicon and hydrogen as main components. Chlorine, nitrogen, oxygen or sulfur. The III-V group semiconductor thin film refers to a film made of a semiconductor crystal such as GaAs, GaN, GaInN, or GaInAlN formed by vapor phase synthesis.

また、本発明に用いられる気相合成法としては、たとえば高周波プラズマCVD法またはMOCVD法(有機金属化学蒸着法)などがある。また、本発明に用いられる基板としては、たとえばガラス基板、石英基板、樹脂基板、セラミックス基板または半導体基板などがある。   Further, examples of the vapor phase synthesis method used in the present invention include a high-frequency plasma CVD method or a MOCVD method (metal organic chemical vapor deposition method). Examples of the substrate used in the present invention include a glass substrate, a quartz substrate, a resin substrate, a ceramic substrate, and a semiconductor substrate.

本発明においては、気相合成により基板上に膜を形成しながら上記のようなエネルギを有する光子を含む光を照射することができる。図1の模式的な構成図に、このような光の照射を実施することができる水素脱離装置の好ましい一例を示す。図1において、原料ガスが導入された成膜室1内に基板電極2上に設置された基板3が保持されている。そして、成膜室1の上部に設置された窓4を通して紫外線ランプ5から紫外線ランプ光19を成膜室1内に連続的に照射しながら、基板電極2に高周波を印加することによって、基板3上に膜が形成される。   In the present invention, it is possible to irradiate light containing photons having energy as described above while forming a film on the substrate by vapor phase synthesis. A schematic configuration diagram of FIG. 1 shows a preferable example of a hydrogen desorption apparatus capable of performing such light irradiation. In FIG. 1, a substrate 3 placed on a substrate electrode 2 is held in a film forming chamber 1 into which a source gas is introduced. Then, a high frequency is applied to the substrate electrode 2 while continuously irradiating the ultraviolet ray lamp light 19 from the ultraviolet lamp 5 into the film formation chamber 1 through the window 4 installed in the upper part of the film formation chamber 1, thereby the substrate 3. A film is formed on top.

このように、気相合成により基板上に膜を形成しながら紫外光を照射することによって、膜の膜厚方向における水素の脱離を十分に行なうことができる傾向にある。すなわち、一般的には、膜の膜厚中における光の減衰または一旦脱離した水素の再結合によって、光の照射面から膜の膜厚方向に進むにつれて水素の脱離を十分に行なうことができない傾向がある。しかしながら、上記のように膜を形成しながら光を照射することによって膜の膜厚方向における水素の脱離を十分に行なうことができるようになる。   Thus, by irradiating with ultraviolet light while forming a film on a substrate by vapor phase synthesis, hydrogen tends to be sufficiently desorbed in the film thickness direction. That is, in general, hydrogen can be sufficiently desorbed from the light irradiation surface toward the film thickness direction by light attenuation or recombination of hydrogen once desorbed in the film thickness. There is a tendency not to. However, irradiation with light while forming a film as described above makes it possible to sufficiently desorb hydrogen in the film thickness direction.

また、本発明においては、気相合成により基板上に所定の膜厚だけ膜を形成する工程と所定の膜厚だけ形成した膜に上記の光を照射する工程とを繰り返すことができる。この場合にも、膜の膜厚方向における水素の脱離を十分に行なうことができる傾向にある。   In the present invention, the step of forming a film with a predetermined thickness on the substrate by vapor phase synthesis and the step of irradiating the above-described light onto the film formed with a predetermined thickness can be repeated. Also in this case, hydrogen tends to be sufficiently desorbed in the film thickness direction.

図2の模式的な構成図に、このような光の照射を実施することができる水素脱離装置の好ましい一例を示す。図2において、原料ガスが導入された成膜室12内に基板ホルダ10上に設置された基板9が保持されている。そして、基板ホルダ10に高周波を印加することによって、基板9上に所定の膜厚だけ膜13が形成される。次いで、バルブ11を開いた後に基板ホルダ10が照射室8内に搬送される。そして、バルブ11が閉じられ、バルブ7が開かれて、光源からシンクロトロン放射光6が照射室8内の膜13に照射される。ここで、シンクロトロン放射光6の照射時に、基板ホルダ10を適宜移動させることによって、膜13の表面全体にシンクロトロン放射光6を照射することもできる。   A schematic configuration diagram of FIG. 2 shows a preferable example of a hydrogen desorption apparatus capable of performing such light irradiation. In FIG. 2, the substrate 9 placed on the substrate holder 10 is held in the film forming chamber 12 into which the source gas has been introduced. Then, by applying a high frequency to the substrate holder 10, a film 13 having a predetermined thickness is formed on the substrate 9. Next, after opening the bulb 11, the substrate holder 10 is transferred into the irradiation chamber 8. Then, the bulb 11 is closed, the bulb 7 is opened, and the film 13 in the irradiation chamber 8 is irradiated with the synchrotron radiation light 6 from the light source. Here, when the synchrotron radiation 6 is irradiated, the synchrotron radiation 6 can be irradiated on the entire surface of the film 13 by appropriately moving the substrate holder 10.

そして、バルブ7が閉じられてシンクロトロン放射光6の照射が終了した後にバルブ11が開けられ、基板ホルダ10が再度成膜室12へと搬送される。そして、シンクロトロン放射光6の照射後の膜13上にさらに所定の膜厚だけ膜が形成される。その後、再び基板ホルダ10が照射室8へ搬送され、新たに形成された膜に対してシンクロトロン放射光6が照射される。このように、所定の膜厚だけ膜を形成するごとにシンクロトロン放射光を照射することによって膜の膜厚方向における水素の脱離を十分に行なうことができる傾向にある。ここで、「所定の膜厚」は、光の照射によって膜の膜厚方向における水素の脱離を十分に行なうことができる厚みであれば特に限定されるものではない。   Then, after the valve 7 is closed and the irradiation of the synchrotron radiation 6 is finished, the valve 11 is opened, and the substrate holder 10 is transferred to the film forming chamber 12 again. A film having a predetermined thickness is further formed on the film 13 after the irradiation with the synchrotron radiation 6. Thereafter, the substrate holder 10 is again conveyed to the irradiation chamber 8 and the synchrotron radiation light 6 is irradiated to the newly formed film. Thus, every time a film having a predetermined film thickness is formed, the desorption of hydrogen in the film thickness direction tends to be sufficiently performed by irradiating synchrotron radiation. Here, the “predetermined film thickness” is not particularly limited as long as hydrogen can be sufficiently desorbed in the film thickness direction by light irradiation.

また、本発明においては、膜の一部のみに上記のようなエネルギを有する光子を含む光を照射することもできる。たとえば、図3の模式的な断面図においては、ダイヤモンド状炭素膜または炭素薄膜14の表面上に複数のライン状にパターンニングされた金マスク15が形成されている。このライン状の金マスク15は、その長さ方向に直交する断面において矩形状であり、かなりの厚さを有している。このような金マスク15の上方から、基板(図示せず)上に形成されたダイヤモンド状炭素膜または炭素薄膜14の表面に斜め方向に上記のようなエネルギを有する光子を含むシンクロトロン放射光16が照射される。そして、シンクロトロン放射光16が照射された部分については水素が脱離して相対的に屈折率の高い領域17となり、シンクロトロン放射光16が照射されなかった部分については相対的に屈折率の低い領域18となる。なお、本発明においては、ダイヤモンド状炭素膜または炭素薄膜14の表面に対して垂直方向にシンクロトロン放射光16が照射されてもよい。   Further, in the present invention, only a part of the film can be irradiated with light containing photons having the energy as described above. For example, in the schematic cross-sectional view of FIG. 3, a gold mask 15 patterned in a plurality of lines is formed on the surface of a diamond-like carbon film or carbon thin film 14. The line-shaped gold mask 15 has a rectangular shape in a cross section orthogonal to the length direction, and has a considerable thickness. From above the gold mask 15, the synchrotron radiation 16 includes photons having energy as described above obliquely on the surface of a diamond-like carbon film or carbon thin film 14 formed on a substrate (not shown). Is irradiated. The portion irradiated with the synchrotron radiation light 16 is desorbed with hydrogen to become a region 17 having a relatively high refractive index, and the portion not irradiated with the synchrotron radiation light 16 has a relatively low refractive index. Region 18 is formed. In the present invention, the synchrotron radiation 16 may be irradiated in a direction perpendicular to the surface of the diamond-like carbon film or the carbon thin film 14.

このように、表面内に屈折率の分布が形成されたダイヤモンド状炭素膜または炭素薄膜は、たとえば屈折率変調型の回折光学素子として用いられ得る。なお、本発明者は、シンクロトロン放射光の照射によって、ダイヤモンド状炭素膜または炭素薄膜の最大の屈折率変化量をΔn=0.50程度まで現状において高めることができることを確認している。さらに、紫外光の照射によっても、ダイヤモンド状炭素膜または炭素薄膜の最大の屈折率変化量をΔn=0.20以上まで現状において高めることができることも確認している。このようなダイヤモンド状炭素膜または炭素薄膜の屈折率変化量は、従来の石英系ガラスへの紫外光の照射による屈折率変化量(Δn=0.01以下程度)に比べて顕著に大きいことが分かる。なお、屈折率変調型の回折光学素子における回折効率は、その屈折率変調における屈折率差Δnが大きいほど高められ得ることが知られている。   Thus, the diamond-like carbon film or carbon thin film in which the refractive index distribution is formed in the surface can be used as a refractive index modulation type diffractive optical element, for example. The present inventor has confirmed that the maximum refractive index change amount of the diamond-like carbon film or carbon thin film can be increased to about Δn = 0.50 by irradiation with synchrotron radiation. Furthermore, it has also been confirmed that the maximum refractive index change amount of the diamond-like carbon film or carbon thin film can be increased to Δn = 0.20 or more even by irradiation with ultraviolet light. The amount of change in the refractive index of such a diamond-like carbon film or carbon thin film is significantly larger than the amount of change in the refractive index (Δn = 0.01 or less) due to ultraviolet light irradiation on a conventional silica glass. I understand. It is known that the diffraction efficiency of a refractive index modulation type diffractive optical element can be increased as the refractive index difference Δn in the refractive index modulation increases.

図4において、このような表面内に屈折率分布を有するダイヤモンド状炭素膜または炭素薄膜を用いた屈折率変調型の回折光学素子を波長合分岐器として使用する場合における波長分岐作用を模式的な断面図で図解している。図4に表わされているように、たとえば複数の波長λ1、λ2、λ3、λ4を含む単一の入射光をこの回折光学素子に入射させれば、その回折光学素子を通過する入射光の回折角は波長に依存して互いに異なる。その結果、複数波長を含む単一の入射光が、波長ごとに進行方向の異なる複数の回折光に分離され得るのである。なお、図4中の矢印で示された入射光と回折光との向きを逆にすれば、図4の回折光学素子が合波器として利用され得る。 In FIG. 4, the wavelength branching action in the case where a refractive index modulation type diffractive optical element using a diamond-like carbon film or carbon thin film having a refractive index distribution in the surface is used as a wavelength coupler is schematically shown. Illustrated in cross-sectional view. As shown in FIG. 4, for example, when a single incident light including a plurality of wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 , and λ 4 is incident on the diffractive optical element, the light passes through the diffractive optical element. The diffraction angles of incident light differ depending on the wavelength. As a result, a single incident light including a plurality of wavelengths can be separated into a plurality of diffracted lights having different traveling directions for each wavelength. If the directions of the incident light and the diffracted light indicated by the arrows in FIG. 4 are reversed, the diffractive optical element of FIG. 4 can be used as a multiplexer.

図5は、図4に示す回折光学素子を光カプラ(パワー分岐装置)として使用する場合におけるパワー分岐作用を模式的な断面図で図解している。すなわち、パワーPを有する単一波長の入射光を回折光学素子に入射させれば、その回折光学素子を通過する入射光の回折角は回折次数に依存して互いに異なる。その結果、単一波長の入射光が、それぞれP/4のパワーを有する複数の回折光に分離され得るのである。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating the power branching action when the diffractive optical element shown in FIG. 4 is used as an optical coupler (power branching device). That is, if incident light having a single wavelength having power P is incident on the diffractive optical element, the diffraction angles of the incident light passing through the diffractive optical element differ from each other depending on the diffraction order. As a result, incident light having a single wavelength can be separated into a plurality of diffracted lights each having a power of P / 4.

図6は、図4に示す回折光学素子を偏光合分岐器として使用する場合における偏光分岐作用を模式的な断面図で図解している。すなわち、TE成分とTM成分とを含むTEM波をこの回折光学素子に入射させれば、TE波とTM波とはその偏光の相違に依存して互いに異なる回折角で回折される。したがって、TE波とTM波との分岐が可能になる。   FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the polarization branching action when the diffractive optical element shown in FIG. 4 is used as a polarization beam splitter. That is, if a TEM wave including a TE component and a TM component is incident on the diffractive optical element, the TE wave and the TM wave are diffracted at different diffraction angles depending on the difference in polarization. Therefore, the TE wave and the TM wave can be branched.

なお、図3、図4、図5および図6においては、説明の便宜上、基板については記載が省略されている。   In FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 6, the description of the substrate is omitted for convenience of explanation.

上記のように、ダイヤモンド状炭素膜または炭素薄膜については、これらの膜中の水素量を制御することによって屈折率や消衰係数などの光学物性を制御することができるため、上記のような回折光学素子だけでなく、光導波路または記録媒体としても利用することができる。また、膜中の水素量を低減させることによって硬度および耐磨耗性を向上させることができる。   As described above, for diamond-like carbon films or carbon thin films, optical properties such as refractive index and extinction coefficient can be controlled by controlling the amount of hydrogen in these films. It can be used not only as an optical element but also as an optical waveguide or a recording medium. Moreover, hardness and wear resistance can be improved by reducing the amount of hydrogen in the film.

また、気相合成によって形成されたダイヤモンド薄膜については、ダイヤモンド薄膜中の水素量を低減させることによって、絶縁性、活性化率または熱伝導度などを改善することができる。すなわち、絶縁性に関しては、ダイヤモンド薄膜中の水素に起因する電気抵抗の低減を抑制することができる。また、活性化率に関しては、ダイヤモンド薄膜中の水素によってホウ素などのドーパントがダイヤモンド格子を構成する炭素にうまく置換しない場合があり、水素を除去することによってドーパントの置換の割合を向上させ、活性化率を向上させることができる。また、熱伝導性に関しては、ダイヤモンド薄膜中の水素量を低減することによってフォノンの散乱要因を低減し、熱伝導率を向上させることができる。   In addition, for a diamond thin film formed by vapor phase synthesis, the insulation, activation rate, thermal conductivity, etc. can be improved by reducing the amount of hydrogen in the diamond thin film. That is, with respect to insulation, it is possible to suppress a reduction in electrical resistance due to hydrogen in the diamond thin film. In addition, as for the activation rate, dopants such as boron may not be successfully replaced by carbon constituting the diamond lattice due to hydrogen in the diamond thin film, and by removing hydrogen, the rate of dopant substitution is improved and activated. The rate can be improved. Regarding thermal conductivity, by reducing the amount of hydrogen in the diamond thin film, the phonon scattering factor can be reduced and the thermal conductivity can be improved.

さらに、III−V族半導体薄膜については、III−V族半導体薄膜中に含有される水素が結晶を構成する元素やドーパントと結合して活性化を妨げることがあるため、III−V族半導体薄膜中の水素量を低減して活性化を促進することができる。また、樹脂膜については、樹脂膜中の水素量を低減させることによって、樹脂膜の帯電防止、遮光性の向上または耐磨耗性の向上に寄与し得る。   Furthermore, as for the III-V group semiconductor thin film, the hydrogen contained in the group III-V semiconductor thin film may be combined with elements or dopants constituting the crystal to prevent activation, so that the group III-V semiconductor thin film Activation can be promoted by reducing the amount of hydrogen therein. Further, with respect to the resin film, by reducing the amount of hydrogen in the resin film, it can contribute to prevention of charging of the resin film, improvement of light shielding property, or improvement of wear resistance.

(実験例1)
気相合成により基板上に形成されたダイヤモンド薄膜に、50eV〜2000eVのエネルギを有する光子からなるシンクロトロン放射光を80mA・min/mm2照射した。ここで、シンクロトロン放射光の照射時におけるダイヤモンド薄膜の温度は180℃であった。ダイヤモンド薄膜中におけるシンクロトロン放射光の照射後の水素量は照射前の1/5に低減し、熱伝導率は照射前の1.7倍に上昇した。なお、水素量はFTIR(フーリエ変換赤外分光光度計)による水素含有基に起因する吸収量から算出され、熱伝導率はレーザ加熱AC法で測定された。
(Experimental example 1)
A diamond thin film formed on a substrate by vapor phase synthesis was irradiated with 80 mA · min / mm 2 of synchrotron radiation composed of photons having an energy of 50 eV to 2000 eV. Here, the temperature of the diamond thin film when irradiated with synchrotron radiation was 180 ° C. The amount of hydrogen after irradiation with synchrotron radiation in the diamond thin film was reduced to 1/5 before irradiation, and the thermal conductivity increased 1.7 times before irradiation. The amount of hydrogen was calculated from the amount of absorption caused by the hydrogen-containing group by FTIR (Fourier transform infrared spectrophotometer), and the thermal conductivity was measured by the laser heating AC method.

(実験例2)
気相合成によりSiO2基板上に形成された水素量が55原子%で屈折率が1.55である炭素薄膜に、X線であるCuKα線(光子のエネルギ量8052eV)を5kWの出力で30分間照射した。ここで、CuKα線の照射時の基板温度は水冷により100℃以下に制御された。CuKα線の照射後の炭素薄膜中の水素量は37原子%まで減少し、屈折率は1.74まで上昇した。ここで、水素量はRBS(Rutherford Back Scattering)/ERDA(Elastic Recoil Detection Analysis)法で算出され、屈折率は分光エリプソで算出された。
(Experimental example 2)
An X-ray CuKα ray (photon energy amount of 8052 eV) is applied to a carbon thin film having 55 atomic% and a refractive index of 1.55 formed on the SiO 2 substrate by vapor phase synthesis at an output of 5 kW and 30 Irradiated for 1 minute. Here, the substrate temperature at the time of irradiation with CuKα rays was controlled to 100 ° C. or less by water cooling. The amount of hydrogen in the carbon thin film after irradiation with CuKα rays decreased to 37 atomic%, and the refractive index increased to 1.74. Here, the amount of hydrogen was calculated by RBS (Rutherford Back Scattering) / ERDA (Elastic Recoil Detection Analysis) method, and the refractive index was calculated by spectroscopic ellipso.

一方、CuKα線の照射時に基板の冷却をしなかったところ、CuKα線の照射時の基板温度は250℃〜300℃まで温度が上昇した。このように基板の冷却をせずにCuKα線が照射された炭素薄膜の水素量は35原子%まで減少し、屈折率は1.75まで上昇したが、消衰係数は、上記のように水冷により基板の冷却をしながらCuKα線が照射された場合の2.3倍まで上昇した。ここで、水素量はRBS/ERDA法で算出され、屈折率および消衰係数は分光エリプソにより算出された。   On the other hand, when the substrate was not cooled at the time of irradiation with CuKα rays, the substrate temperature at the time of irradiation with CuKα rays increased from 250 ° C. to 300 ° C. As described above, the hydrogen content of the carbon thin film irradiated with CuKα rays without cooling the substrate decreased to 35 atomic% and the refractive index increased to 1.75, but the extinction coefficient was as described above with water cooling. As a result, the substrate was cooled to 2.3 times that when CuKα rays were irradiated. Here, the amount of hydrogen was calculated by the RBS / ERDA method, and the refractive index and extinction coefficient were calculated by a spectroscopic ellipso.

(実験例3)
気相合成により基板上に形成されたダイヤモンド薄膜にホウ素イオンを5×1015ions/cm2注入した。そして、ホウ素イオンが注入された後のダイヤモンド薄膜の表面を150℃以下の温度にした状態で波長248nm(光子のエネルギ量5.0eV)のKrFレーザ光を平均出力80W/cm2で照射した。
(Experimental example 3)
Boron ions were implanted at 5 × 10 15 ions / cm 2 into the diamond thin film formed on the substrate by vapor phase synthesis. Then, KrF laser light having a wavelength of 248 nm (photon energy amount 5.0 eV) was irradiated at an average output of 80 W / cm 2 in a state where the surface of the diamond thin film after boron ions were implanted was at a temperature of 150 ° C. or lower.

一方、上記と同様にして形成されたホウ素イオンが5×1015ions/cm2注入されたダイヤモンド薄膜について、KrFレーザ光を照射する代わりに、真空中で500℃、3時間のアニールを行なった。 On the other hand, a diamond thin film in which boron ions formed in the same manner as described above were implanted at 5 × 10 15 ions / cm 2 was annealed in vacuum at 500 ° C. for 3 hours instead of irradiating with KrF laser light. .

そして、上記の処理後のダイヤモンド薄膜を比較してみると、KrFレーザ光が照射されたダイヤモンド薄膜はアニールが行なわれたダイヤモンド薄膜と比べて電気抵抗が1/10以下になり、水素量が1/4になっていることが確認された。ここで、電気抵抗は四端子法および二端子法でそれぞれ測定され、水素量はFTIRで算出された。   When comparing the diamond thin film after the above treatment, the diamond thin film irradiated with the KrF laser beam has an electrical resistance of 1/10 or less and a hydrogen content of 1 compared with the annealed diamond thin film. / 4 was confirmed. Here, the electrical resistance was measured by the four-terminal method and the two-terminal method, respectively, and the amount of hydrogen was calculated by FTIR.

(実験例4)
高周波プラズマCVD装置内に波長185nm(光子のエネルギ量6.7eV)の光子と波長254nm(光子のエネルギ量4.88eV)の光子とを含む300Wの紫外線ランプを設置した。そして、この高周波プラズマCVD装置内にメタンを原料として流入し、上記の紫外線ランプを用いて紫外光を照射しながらダイヤモンド状炭素膜を成長させた。ここで、ダイヤモンド状炭素膜の成長時の高周波プラズマCVD装置内の温度は180℃であった。
(Experimental example 4)
A 300 W ultraviolet lamp including a photon having a wavelength of 185 nm (photon energy amount 6.7 eV) and a photon having a wavelength of 254 nm (photon energy amount 4.88 eV) was installed in the high-frequency plasma CVD apparatus. Then, methane was introduced into the high-frequency plasma CVD apparatus as a raw material, and a diamond-like carbon film was grown while irradiating with ultraviolet light using the above-described ultraviolet lamp. Here, the temperature in the high-frequency plasma CVD apparatus during the growth of the diamond-like carbon film was 180 ° C.

一方、紫外線ランプを用いなかったこと以外は、上記と同様の条件でダイヤモンド状炭素膜を成長させた。   On the other hand, a diamond-like carbon film was grown under the same conditions as above except that no ultraviolet lamp was used.

そして、上記の処理後のダイヤモンド状炭素膜を比較してみると、紫外線ランプを用いることなく成長させたダイヤモンド状炭素膜中の水素量は38原子%であり、ヌープ硬度は1600であったのに対し、紫外線ランプを用いて紫外光を照射しながら成長させたダイヤモンド状炭素膜中の水素量は28原子%であり、ヌープ硬度は2100であった。ここで、水素量はRBS/ERDA法で算出され、ヌープ硬度はヌープ硬度計にて荷重25gで測定されて算出された。   When comparing the diamond-like carbon film after the above treatment, the amount of hydrogen in the diamond-like carbon film grown without using an ultraviolet lamp was 38 atomic%, and the Knoop hardness was 1600. In contrast, the amount of hydrogen in the diamond-like carbon film grown while irradiating with ultraviolet light using an ultraviolet lamp was 28 atomic%, and the Knoop hardness was 2100. Here, the amount of hydrogen was calculated by the RBS / ERDA method, and the Knoop hardness was calculated by measuring with a Knoop hardness meter at a load of 25 g.

(実験例5)
MOCVD法により、TMG(トリメチルガリウム)、TMA(トリメチルアルミニウム)、NH3(アンモニア)およびCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を原料として、Mgがドープされたp型Ga0.9Al0.1Nからなる膜を3μmの厚みに成長させた。この膜に対して、50eV〜2000eV(平均800eV)の光子からなるシンクロトロン放射光を窒素雰囲気中で25mA・min/mm2照射した。ここで、シンクロトロン放射光の照射時における上記のp型Ga0.9Al0.1Nからなる膜の温度は150℃であった。
(Experimental example 5)
Made of p-type Ga 0.9 Al 0.1 N doped with Mg, using TMG (trimethylgallium), TMA (trimethylaluminum), NH 3 (ammonia) and Cp 2 Mg (cyclopentadienylmagnesium) as raw materials by MOCVD. The film was grown to a thickness of 3 μm. The film was irradiated with synchrotron radiation composed of photons of 50 eV to 2000 eV (average 800 eV) in a nitrogen atmosphere at 25 mA · min / mm 2 . Here, the temperature of the film made of the p-type Ga 0.9 Al 0.1 N at the time of irradiation with synchrotron radiation was 150 ° C.

シンクロトロン放射光の照射後のp型Ga0.9Al0.1Nからなる膜についてホール測定装置にてホール測定を行なったところ、電気抵抗率が0.8Ω・cmであり、ホールキャリア濃度が5×1018cm-3であって、優れたp型特性を示すことが確認された。 When a hole measurement was performed on a film made of p-type Ga 0.9 Al 0.1 N after irradiation with synchrotron radiation with a hole measuring device, the electrical resistivity was 0.8 Ω · cm and the hole carrier concentration was 5 × 10 5. It was 18 cm −3 and was confirmed to exhibit excellent p-type characteristics.

また、上記と同様にしてMOCVD法により成長させられたp型Ga0.9Al0.1Nからなる膜に対して、波長185nm(光子のエネルギ量6.7eV)の光子と波長254nm(光子のエネルギ量4.88eV)の光子とを含む低圧水銀ランプ光を200mW/cm2の強度で120分間照射した。ここで、低圧水銀ランプ光の照射時における上記のp型Ga0.9Al0.1Nからなる膜の温度を150℃とした。低圧水銀ランプ光の照射後のp型Ga0.9Al0.1Nからなる膜について上記と同様にしてホール測定を行なったところ、電気抵抗率が1.0Ω・cmであり、ホールキャリア濃度が8×1018cm-3であって、優れたp型特性を示すことが確認された。 Further, a photon having a wavelength of 185 nm (photon energy amount 6.7 eV) and a wavelength of 254 nm (photon energy amount 4) are applied to a film made of p-type Ga 0.9 Al 0.1 N grown by MOCVD in the same manner as described above. It was irradiated for 120 minutes at an intensity of 200 mW / cm 2 low-pressure mercury lamp light including the photons .88eV). Here, the temperature of the film made of the p-type Ga 0.9 Al 0.1 N at the time of irradiation with the low-pressure mercury lamp light was set to 150 ° C. When a hole measurement was performed on the film made of p-type Ga 0.9 Al 0.1 N after irradiation with low-pressure mercury lamp light in the same manner as described above, the electrical resistivity was 1.0 Ω · cm and the hole carrier concentration was 8 × 10 8. It was 18 cm −3 and was confirmed to exhibit excellent p-type characteristics.

さらに、上記と同様にしてMOCVD法により成長させられたp型Ga0.9Al0.1Nからなる膜に対して、波長248nm(光子のエネルギ量5.0eV)の光子を含むパルス照射型のエキシマレーザ光を200mW/cm2の強度で30分〜150分の間で数条件照射した。ここで、エキシマレーザ光の照射時におけるp型Ga0.9Al0.1Nからなる膜の温度を150℃とした。エキシマレーザ光の照射後のp型Ga0.9Al0.1Nからなる膜について上記と同様にしてホール測定を行なったところ、電気抵抗率およびホールキャリア濃度が様々にばらつく結果となった。これは、パルス照射特有の問題で制御しきれていない因子が存在することによるものと考えられるが、上記のばらつきの原因の詳細は不明である。改質後のp型Ga0.9Al0.1Nからなる膜の特性を安定させる観点からは、紫外線ランプ光などのように連続照射型の光を用いることが好ましいと考えられる。 Further, a pulse irradiation excimer laser beam containing photons having a wavelength of 248 nm (photon energy amount 5.0 eV) is applied to a film made of p-type Ga 0.9 Al 0.1 N grown by MOCVD in the same manner as described above. Was irradiated for several conditions at an intensity of 200 mW / cm 2 for 30 to 150 minutes. Here, the temperature of the film made of p-type Ga 0.9 Al 0.1 N at the time of excimer laser light irradiation was set to 150 ° C. When holes were measured in the same manner as described above for a film made of p-type Ga 0.9 Al 0.1 N after irradiation with excimer laser light, the electrical resistivity and hole carrier concentration varied. This is thought to be due to the existence of factors that cannot be controlled due to problems specific to pulse irradiation, but the details of the cause of the above-mentioned variation are unknown. From the viewpoint of stabilizing the properties of the p-type Ga 0.9 Al 0.1 N film after the modification, it is considered preferable to use continuous irradiation type light such as ultraviolet lamp light.

(実験例6)
厚さ300μmのポリエチレンフィルムからなる樹脂膜に50eV〜2000eVのエネルギを有する光子からなるシンクロトロン放射光を30mA・min/mm2で照射した。ここで、シンクロトロン放射光の照射時における上記の樹脂膜の温度は100℃であった。シンクロトロン放射光の照射後に、ポリエチレンフィルムからなる樹脂膜の最表面の水素量をRBS/ERDA法で算出したところ、シンクロトロン放射光の照射前の最表面の水素量に対して約22%減少していた。水素量の減少に伴い、樹脂膜の表面に導電性が付与され、ポリエチレンフィルムからなる樹脂膜の帯電防止に効果があった。なお、導電性は四端子法により確認された。
(Experimental example 6)
A resin film made of a polyethylene film having a thickness of 300 μm was irradiated with synchrotron radiation made of photons having energy of 50 eV to 2000 eV at 30 mA · min / mm 2 . Here, the temperature of the resin film when irradiated with synchrotron radiation was 100 ° C. After irradiation with synchrotron radiation, the amount of hydrogen on the outermost surface of the resin film made of polyethylene film was calculated by the RBS / ERDA method. The amount of hydrogen on the outermost surface before irradiation with synchrotron radiation was reduced by about 22%. Was. As the amount of hydrogen decreased, conductivity was imparted to the surface of the resin film, which was effective in preventing charging of the resin film made of a polyethylene film. The conductivity was confirmed by the four-terminal method.

(実験例7)
ガラス基板上にアクリル樹脂からなる樹脂膜を厚さ1μmで塗布した。この樹脂膜に50eV〜2000eVのエネルギを有する光子からなるシンクロトロン放射光を20mA・min/mm2で照射した。ここで、シンクロトロン放射光の照射時における上記の樹脂膜の温度は100℃以下に保持された。シンクロトロン放射光の照射後に、アクリル樹脂からなる樹脂膜の最表面の水素量をRBS/ERDA法で算出したところ、シンクロトロン放射光の照射前の最表面の水素量に対して約18%減少していた。水素量の減少に伴い、樹脂膜の表面は薄い褐色に着色し、遮光性が向上した。
(Experimental example 7)
A resin film made of acrylic resin was applied on a glass substrate with a thickness of 1 μm. The resin film was irradiated with synchrotron radiation composed of photons having energy of 50 eV to 2000 eV at 20 mA · min / mm 2 . Here, the temperature of the resin film during irradiation with synchrotron radiation was maintained at 100 ° C. or lower. After irradiation with synchrotron radiation, the amount of hydrogen on the outermost surface of the resin film made of acrylic resin was calculated by the RBS / ERDA method. As a result, the amount of hydrogen on the outermost surface before irradiation with synchrotron radiation was reduced by about 18%. Was. As the amount of hydrogen decreased, the surface of the resin film became light brown and the light shielding property was improved.

(実験例8)
ステンレス基板上にシリコーン樹脂からなる樹脂膜を厚さ10μmで塗布した。この樹脂膜に波長300nm(光子のエネルギ量4.13eV)以下の光子を含む紫外線ランプ光を200W/cm2で10時間照射した。ここで、紫外線ランプ光の照射時における上記の樹脂膜の温度は100℃以下に保持された。紫外線ランプ光の照射後に、シリコーン樹脂からなる樹脂膜の最表面の水素量をRBS/ERDAで算出したところ、紫外線ランプ光の照射前の最表面の水素量に対して約22%減少していた。紫外線ランプ光の照射後のシリコーン樹脂からなる樹脂膜は、紫外線ランプ光の照射前のものに比べて15倍以上の耐磨耗性を有していた。なお、耐磨耗性は、乾式のピン・オン・ディスク法で評価した。ここで、乾式のピン・オン・ディスク法における相手材はSUS304であり、荷重は0.1Nであって、摺動速度は100mm/sであった。
(Experimental example 8)
A resin film made of silicone resin was applied on a stainless steel substrate to a thickness of 10 μm. The resin film was irradiated with ultraviolet lamp light containing photons having a wavelength of 300 nm (photon energy amount: 4.13 eV) or less at 200 W / cm 2 for 10 hours. Here, the temperature of the resin film during the irradiation with the ultraviolet lamp light was maintained at 100 ° C. or lower. When the amount of hydrogen on the outermost surface of the resin film made of silicone resin was calculated by RBS / ERDA after irradiation with ultraviolet lamp light, the amount was about 22% less than the amount of hydrogen on the outermost surface before irradiation with ultraviolet lamp light. . The resin film made of silicone resin after irradiation with ultraviolet lamp light had a wear resistance of 15 times or more compared with that before irradiation with ultraviolet lamp light. The abrasion resistance was evaluated by a dry pin-on-disk method. Here, the counterpart material in the dry pin-on-disk method was SUS304, the load was 0.1 N, and the sliding speed was 100 mm / s.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明によればダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭素膜、炭素薄膜、樹脂膜またはIII−V族半導体薄膜中の水素を脱離させることによって膜の特性を制御することが可能になる。   According to the present invention, the characteristics of a film can be controlled by desorbing hydrogen in a diamond thin film, diamond-like carbon film, carbon thin film, resin film or III-V semiconductor thin film.

本発明における水素脱離装置の好ましい一例の模式的な構成図である。It is a typical block diagram of a preferable example of the hydrogen desorption apparatus in this invention. 本発明における水素脱離装置の好ましい他の例の模式的な構成図である。It is a typical block diagram of the other preferable example of the hydrogen desorption apparatus in this invention. 本発明において膜の一部のみに光を照射する場合を図解した模式的な断面図である。It is typical sectional drawing illustrating the case where light is irradiated to only a part of film | membrane in this invention. 表面内に屈折率分布を有する膜を用いた屈折率変調型の回折光学素子を波長合分岐器として使用する場合における波長分岐作用を図解した模式的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating the wavelength branching action when a refractive index modulation type diffractive optical element using a film having a refractive index distribution in the surface is used as a wavelength multiplexer / demultiplexer. 図4に示す回折光学素子を光カプラ(パワー分岐装置)として使用する場合におけるパワー分岐作用を図解した模式的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating the power branching action when the diffractive optical element shown in FIG. 4 is used as an optical coupler (power branching device). 図4に示す回折光学素子を偏光合分岐器として使用する場合における偏光分岐作用を図解した模式的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating the polarization branching action in the case where the diffractive optical element shown in FIG. 4 is used as a polarization combiner.

符号の説明Explanation of symbols

1,12 成膜室、2 基板電極、3,9 基板、4 窓、5 紫外線ランプ、6,16 シンクロトロン放射光、7,11 バルブ、8 照射室、10 基板ホルダ、13 膜、14 ダイヤモンド状炭素膜または炭素薄膜、15 金マスク、17 相対的に屈折率の高い領域、18 相対的に屈折率の低い領域、19 紫外線ランプ光。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,12 Film formation chamber, 2 Substrate electrode, 3,9 Substrate, 4 Window, 5 Ultraviolet lamp, 6,16 Synchrotron radiation, 7,11 Bulb, 8 Irradiation chamber, 10 Substrate holder, 13 Film, 14 Diamond shape Carbon film or carbon thin film, 15 gold mask, 17 region having a relatively high refractive index, 18 region having a relatively low refractive index, 19 ultraviolet lamp light.

Claims (8)

ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭素膜、炭素薄膜、樹脂膜またはIII−V族半導体薄膜に、少なくとも10eVよりも大きいエネルギを有する光子を含む光を照射することによって、前記膜中から水素を脱離させることを特徴とする、水素脱離方法。   Desorbing hydrogen from the film by irradiating the diamond thin film, diamond-like carbon film, carbon thin film, resin film or III-V semiconductor thin film with light containing photons having energy of at least greater than 10 eV. A method for desorbing hydrogen. 前記膜に照射される光がシンクロトロン放射光であることを特徴とする、請求項1に記載の水素脱離方法。   2. The hydrogen desorption method according to claim 1, wherein the light applied to the film is synchrotron radiation. 前記光の照射時における前記膜の温度が200℃未満であることを特徴とする、請求項1または2に記載の水素脱離方法。   The hydrogen desorption method according to claim 1 or 2, wherein the temperature of the film at the time of irradiation with light is less than 200 ° C. ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭素膜、炭素薄膜または樹脂膜に、前記膜の温度が200℃未満である状態で、少なくとも3eVよりも大きく10eVよりも小さいエネルギを有する光子を含む光を照射することによって、前記膜中から水素を脱離させることを特徴とする、水素脱離方法。   By irradiating a diamond thin film, a diamond-like carbon film, a carbon thin film or a resin film with light containing photons having an energy of at least greater than 3 eV and less than 10 eV in a state where the temperature of the film is less than 200 ° C. A method for desorbing hydrogen, wherein hydrogen is desorbed from the film. III−V族半導体薄膜に、前記膜の温度が200℃未満である状態で、少なくとも3eVよりも大きく10eVよりも小さいエネルギを有する光子を含む光を連続照射することによって、前記膜中から水素を脱離させることを特徴とする、水素脱離方法。   By continuously irradiating the group III-V semiconductor thin film with light containing photons having energy larger than 3 eV and smaller than 10 eV in a state where the temperature of the film is lower than 200 ° C., hydrogen is radiated from the film. A method for desorbing hydrogen, comprising desorbing. 気相合成により基板上に膜を形成しながら請求項1から5のいずれかに記載の水素脱離方法に用いられる光を照射することを特徴とする、水素脱離方法。   6. A hydrogen desorption method comprising irradiating light used in the hydrogen desorption method according to claim 1 while forming a film on a substrate by vapor phase synthesis. 気相合成により基板上に所定の膜厚だけ膜を形成する工程と、所定の膜厚だけ形成された前記膜に請求項1から5のいずれかに記載の水素脱離方法に用いられる光を照射する工程と、を繰り返すことを特徴とする、水素脱離方法。   6. A step of forming a film with a predetermined thickness on a substrate by vapor phase synthesis; and the light used in the hydrogen desorption method according to claim 1 on the film formed with a predetermined thickness. And a step of irradiating the hydrogen desorption method. 気相合成により基板上に膜を成長させる機構と、前記膜に請求項1から7のいずれかに記載の水素脱離方法に用いられる光を照射する機構と、を含む、水素脱離装置。   A hydrogen desorption apparatus comprising: a mechanism for growing a film on a substrate by vapor phase synthesis; and a mechanism for irradiating the film with light used in the hydrogen desorption method according to claim 1.
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