JP2623923B2 - 薄膜合成装置 - Google Patents

薄膜合成装置

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はプラズマ中のイオンを用いて薄膜を合成する
薄膜合成装置に関するものである。
従来の技術 ダイヤモンド状薄膜の合成装置は、様々な方式のもの
が公示されている。以下に従来のダイヤモンド状薄膜の
合成装置として、第2図に示す直流プラズマCVD装置を
例に挙げて説明する(例えばThin Solid Films 第35
巻(1976年)第255頁参照)。
第2図において、ダイヤモンド状薄膜を合成する基体
16は負電極17上に設置され、真空容器13にメタンガスが
ガス供給源12から所定の圧力となるように供給する。し
かる後に負電極17と正電極14との間に直流電源19の調整
で所望の電圧を印加すると、ダイヤモンド状薄膜の構成
元素である炭素を含むメタンガスのプラズマ15が発生
し、基体16上にダイヤモンド状薄膜が合成される。
発明が解決しようとする課題 ところが前記従来の技術では、基体上に合成されたダ
イヤモンド状薄膜に硬さ等の膜質のムラ、および膜厚の
ムラが発生し問題となった。従来の薄膜合成装置では、
基体、電極、真空容器などによってガスの流動状態、ガ
ス圧力、さらにはプラズマ状態にムラが生じてしまうた
めであった。
また、例えば直流電圧を増加した場合等、合成条件に
よっては第2図に示す負電極、正電極と真空容器との間
でアーク放電等の異常放電が発生しやすくなり、ダイヤ
モンド状薄膜を安定して合成することが困難であった。
これは、真空容器のガス圧力が膜の合成部である前記電
極近傍の圧力にほぼ等しく、さらには真空容器が接地さ
れているため、真空容器と負電極もしくは正電極との間
で電位差が生じ、第2図に示すように真空容器の全体に
おいてもプラズマが発生してしまうからであった。
本発明はかかる問題点に鑑みて考案されたものであ
る。
課題を解決するための手段 上記従来の課題を解決するために本願発明は、薄膜の
構成元素を含む原料ガスの流入部と流出部を備えて前記
原料ガスをプラズマ化する第1の真空容器と、前記第1
の真空容器に設置した正電極と、前記ガス流出部からの
ガスを流動可能として前記第1の容器を形成するべく前
記正電極と対向して設置される基体と、前記第1の真空
容器のうち少なくとも前記ガス流出部と前記基体とを囲
んで設置される第2の真空容器と、前記正電極と前記基
体との間に接続された直流電源とを具備し、前記第1の
真空容器の圧力を前記第2の真空容器の圧力よりも高く
設定し、かつ、前記原料ガスのプラズマ化は前記直流電
源と前記正電極と前記基体によってのみ行われる構成を
有したものである。
作 用 上記の構成によれば、薄膜の合成部におけるガスの流
動状態、ガス圧力、さらにはプラズマ状態の均一化が図
られるため、膜質、および膜厚が均一となる。さらに、
第1の真空容器の圧力が第2の真空容器の圧力よりも高
くすることにより、プラズマは第1の真空容器で発生し
やすく、第2の真空容器でのプラズマの発生、およびア
ーク放電等の異常放電は抑制される。以上のようにして
本発明では前記従来の技術にあった課題が解決されるの
である。
実施例 第1図は本発明に基づく薄膜合成装置の実施例であ
る。基体1としてSiウエハーをステンレス鋼製の基体保
持部材2に設置し、ガス流出部4の間隔を2mmに調整し
た後、第1の真空容器5と第2の真空容器10とを真空ポ
ンプ11にて真空排気し、第2の真空容器10を2×10-5To
rrとする。
次に、第1の真空容器5内にメタンガス6をガス流入
部8から導入し、0.1Torrとする。さらに直流電源3か
ら正電極7と基体1との間に直流電圧を0.7kV印加する
と、第1の真空容器5内において基体1と、正電極7と
の間でプラズマ9が発生した。このとき、第2の真空容
器10の圧力は8×10-4Torrであり、プラズマはこの真空
容器10で発生しなかった。この状態で薄膜を基板1上に
10分間合成した。合成した膜は、ヌープ硬さが3000であ
り、また、膜厚は5600Åと均一な良質のダイヤモンド状
薄膜であつた。
また、前記直流電圧を増加するとダイヤモンド状薄膜
の合成速度が増加し、生産上の点で有利となる。本実施
例では約1.7kVにおいてもプラズマ、アーク放電等の異
常放電は第2の真空容器10では発生せず、4000Å/minの
高速度で安定した合成が可能であった。
また、本発明では以上の実施例以外の合成条件でもダ
イヤモンド状薄膜は合成可能である。
例えば原料ガスもエチレン、メタン、など各種の炭化
水素ガスを用いることができ、またArガス等の補助ガス
を添加してもよい。あるいは更にその他の合成条件であ
ってもよい。
さらに、本発明はダイヤモンド状薄膜以外の薄膜の合
成にも適応可能である。
発明の効果 以上の実施例からも明かなように、本発明の薄膜合成
装置は良質のダイヤモンド状薄膜を膜厚、膜質とも均一
に安定して合成することが可能であり、ダイヤモンド状
薄膜の各種電子デバイス、光学部品等の表面保護膜等へ
の応用が拡大でき、産業上の効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の薄膜合成装置の一実施例の要部断面
図、第2図は従来の薄膜合成装置の要部断面図である。 1……基体、3……直流電源、4……ガス流動部、5…
…第1の真空容器、6……プラズマ、7……正電極、10
……第2の真空容器。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】薄膜の構成元素を含む原料ガスの流入部と
    流出部を備えて前記原料ガスをプラズマ化する第1の真
    空容器と、前記第1の真空容器に設置した正電極と、前
    記ガス流出部からのガスを流動可能として前記第1の容
    器を形成するべく前記正電極と対向して設置される基体
    と、前記第1の真空容器のうち少なくとも前記ガス流出
    部と前記基体とを囲んで設置される第2の真空容器と、
    前記正電極と前記基体との間に接続された直流電源とを
    具備し、前記第1の真空容器の圧力を前記第2の真空容
    器の圧力よりも高く設定し、かつ、前記原料ガスのプラ
    ズマ化は前記直流電源と前記正電極と前記基体によって
    のみ行われることを特徴とした薄膜合成装置。
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