JP3233707B2 - ダイヤモンドの選択形成法 - Google Patents
ダイヤモンドの選択形成法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はダイヤモンドの選択形
成法に関し、更に詳しくは、高性能な半導体デバイスや
光導波路等に好適なダイヤモンドを容易にかつ簡便に、
しかも所望の形状に再現性よく製造することができるダ
イヤモンドの選択形成法に関する。
成法に関し、更に詳しくは、高性能な半導体デバイスや
光導波路等に好適なダイヤモンドを容易にかつ簡便に、
しかも所望の形状に再現性よく製造することができるダ
イヤモンドの選択形成法に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】近時、気
相法によりダイヤモンドを基板の表面に選択的に形成す
る方法が開発されている。この方法によると、切削工具
等の超硬工具のみならず各種の分野に好適である、微細
なパターンのダイヤモンドを得ることができる。かかる
方法としては、例えば、特開平２−３０６９７号公報に
は、基板の表面をダイヤモンド砥粒を用いて傷付け処理
し、前記基板の表面にマスク材によりパターンを形成す
ると共にアルゴンイオンビームによりエッチング処理を
し、前記パターンを溶剤により溶解除去した後、気相法
により前記基板の表面にダイヤモンドを選択的に形成す
る方法が開示されている。
相法によりダイヤモンドを基板の表面に選択的に形成す
る方法が開発されている。この方法によると、切削工具
等の超硬工具のみならず各種の分野に好適である、微細
なパターンのダイヤモンドを得ることができる。かかる
方法としては、例えば、特開平２−３０６９７号公報に
は、基板の表面をダイヤモンド砥粒を用いて傷付け処理
し、前記基板の表面にマスク材によりパターンを形成す
ると共にアルゴンイオンビームによりエッチング処理を
し、前記パターンを溶剤により溶解除去した後、気相法
により前記基板の表面にダイヤモンドを選択的に形成す
る方法が開示されている。
【０００３】しかしながら、前記公報に記載の方法にお
いては、傷付け処理を採用するので再現性が充分でない
という問題がある。
いては、傷付け処理を採用するので再現性が充分でない
という問題がある。
【０００４】この発明は、前記問題を解決し、高性能な
半導体デバイスや光導波路等の電子材料・機器をはじめ
とする広い分野に好適なダイヤモンドを容易にかつ簡便
に、しかも所望の形状に再現性よく製造することができ
る、ダイヤモンドの選択形成法を提供することを目的と
する。
半導体デバイスや光導波路等の電子材料・機器をはじめ
とする広い分野に好適なダイヤモンドを容易にかつ簡便
に、しかも所望の形状に再現性よく製造することができ
る、ダイヤモンドの選択形成法を提供することを目的と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、この発明の
発明者が鋭意研究を重ねた結果、基板の表面におけるダ
イヤモンドを形成すべき部分にダイヤモンド状炭素によ
るパターンを形成し、この基板に特定の熱処理を施した
後、気相法によりダイヤモンド形成を行なうと、半導体
デバイスや光導波路等の高度な性能や品質が要求される
電子材料・機器をはじめとする広い分野で好適に用いる
ことができる微細なパターンのダイヤモンドを容易にか
つ簡便に、しかも所望の形状に再現性よく形成すること
ができることを見出し、到達したものである。
発明者が鋭意研究を重ねた結果、基板の表面におけるダ
イヤモンドを形成すべき部分にダイヤモンド状炭素によ
るパターンを形成し、この基板に特定の熱処理を施した
後、気相法によりダイヤモンド形成を行なうと、半導体
デバイスや光導波路等の高度な性能や品質が要求される
電子材料・機器をはじめとする広い分野で好適に用いる
ことができる微細なパターンのダイヤモンドを容易にか
つ簡便に、しかも所望の形状に再現性よく形成すること
ができることを見出し、到達したものである。
【０００６】即ち、前記課題を解決するための前記請求
項１に記載の発明は、基板の表面におけるダイヤモンド
を形成すべき部分にダイヤモンド状炭素によるパターン
を形成し、前記基板を、圧力が１０−７〜７６０Ｔｏｒ
ｒであり、温度が５０〜１２００℃であり、処理時間が
０．５分間〜１０時間である条件で熱処理した後、気相
法により前記基板の表面にダイヤモンドを形成すること
を特徴とするダイヤモンドの選択形成法である。
項１に記載の発明は、基板の表面におけるダイヤモンド
を形成すべき部分にダイヤモンド状炭素によるパターン
を形成し、前記基板を、圧力が１０−７〜７６０Ｔｏｒ
ｒであり、温度が５０〜１２００℃であり、処理時間が
０．５分間〜１０時間である条件で熱処理した後、気相
法により前記基板の表面にダイヤモンドを形成すること
を特徴とするダイヤモンドの選択形成法である。
【０００７】以下に、この発明に係るダイヤモンドの選
択形成法につき詳細に説明する。
択形成法につき詳細に説明する。
【０００８】この発明の方法は、１）基板の表面におけ
るダイヤモンドを形成すべき部分にダイヤモンド状炭素
（以下、ＤＬＣと称する。）によるパターンを形成する
工程（以下、パターン形成工程と称する。）と、２）前
記基板の表面全体を熱処理する工程（以下、熱処理工程
と称する。）と、３）気相法により前記基板の表面にダ
イヤモンドを形成する工程（以下、ダイヤモンド形成工
程と称する。）との３つの工程を有する。
るダイヤモンドを形成すべき部分にダイヤモンド状炭素
（以下、ＤＬＣと称する。）によるパターンを形成する
工程（以下、パターン形成工程と称する。）と、２）前
記基板の表面全体を熱処理する工程（以下、熱処理工程
と称する。）と、３）気相法により前記基板の表面にダ
イヤモンドを形成する工程（以下、ダイヤモンド形成工
程と称する。）との３つの工程を有する。
【０００９】以下、前記各工程につき順を追って説明す
る。
る。
【００１０】１）パターン形成工程 パターン形成工程においては、以下のレジストパターン
の形成（Ａ）、ＤＬＣの被覆形成（Ｂ）及びレジストの
除去（Ｃ）の３つの操作により、基板の表面に所望の形
状のＤＬＣによるパターンが形成される。
の形成（Ａ）、ＤＬＣの被覆形成（Ｂ）及びレジストの
除去（Ｃ）の３つの操作により、基板の表面に所望の形
状のＤＬＣによるパターンが形成される。
【００１１】パターンを形成するには、リソグラフィー
の技術を用いることができる。
の技術を用いることができる。
【００１２】前記基板としては、その材質等につき特に
制限はないが、例えばＳｉ、ガリウム−ヒ素、ＳｉＣ、
ＳｉＯ2 、セラミックス、サファイヤ、超硬合金等を挙
げることができる。これらの中でもＳｉが好ましい。こ
の発明においては、前記基板としてシリコンウエハーを
好ましく用いることができる。
制限はないが、例えばＳｉ、ガリウム−ヒ素、ＳｉＣ、
ＳｉＯ2 、セラミックス、サファイヤ、超硬合金等を挙
げることができる。これらの中でもＳｉが好ましい。こ
の発明においては、前記基板としてシリコンウエハーを
好ましく用いることができる。
【００１３】また、前記基板は、Ｐ型あるいはＮ型の半
導体であってもよい。前記基板の比抵抗としては、通常
１０-6〜１０3 Ω・ｃｍである。
導体であってもよい。前記基板の比抵抗としては、通常
１０-6〜１０3 Ω・ｃｍである。
【００１４】Ａ．レジストパターンの形成 ここでは、例えば、フォトレジスト等のレジスト剤を含
有するレジストパターン形成用塗布液を基板の表面に塗
布・乾燥してレジスト層を形成する。次に、所望の形状
のパターンと同じパターンのフォトマスクを介して、紫
外線等の光を前記レジスト層に照射して露光する。その
後、露光部分を溶剤等で除去することにより、所望の形
状のレジストパターンを基板の表面に形成する。
有するレジストパターン形成用塗布液を基板の表面に塗
布・乾燥してレジスト層を形成する。次に、所望の形状
のパターンと同じパターンのフォトマスクを介して、紫
外線等の光を前記レジスト層に照射して露光する。その
後、露光部分を溶剤等で除去することにより、所望の形
状のレジストパターンを基板の表面に形成する。
【００１５】あるいは、図５に示すように、前記レジス
トパターン形成用塗布液を基板１の表面に塗布・乾燥し
てレジスト層４を形成する。次に、例えば図７に示すよ
うな、所望のパターンと逆のパターンであるフォトマス
ク６を介して、図６に示すように、紫外線等の光を前記
レジスト層５に照射して露光する。なお、図７に示すフ
ォトマスク６は、着色された合成樹脂やクロム等で構成
される遮光部６ｂとアクリル樹脂やガラス等の透明な板
からなる光透過部６ａとを有する。その後、未露光部分
を溶剤により除去して図５に示すような所望のレジスト
パターン４を基板１の表面に形成する。
トパターン形成用塗布液を基板１の表面に塗布・乾燥し
てレジスト層４を形成する。次に、例えば図７に示すよ
うな、所望のパターンと逆のパターンであるフォトマス
ク６を介して、図６に示すように、紫外線等の光を前記
レジスト層５に照射して露光する。なお、図７に示すフ
ォトマスク６は、着色された合成樹脂やクロム等で構成
される遮光部６ｂとアクリル樹脂やガラス等の透明な板
からなる光透過部６ａとを有する。その後、未露光部分
を溶剤により除去して図５に示すような所望のレジスト
パターン４を基板１の表面に形成する。
【００１６】前記レジスト剤としては、フォトレジスト
の他、電子線やＸ線用のレジストを挙げることができ
る。
の他、電子線やＸ線用のレジストを挙げることができ
る。
【００１７】前記フォトレジストしては、ネガ型フォト
レジスト又はポジ型フォトレジストを挙げることができ
る。これらのレジストは一般に用いられているもののほ
か、各種公知の樹脂系やゴム系のフォトレジストを用い
ることができる。
レジスト又はポジ型フォトレジストを挙げることができ
る。これらのレジストは一般に用いられているもののほ
か、各種公知の樹脂系やゴム系のフォトレジストを用い
ることができる。
【００１８】前記ネガ型フォトレジストの市販品として
は、例えば、富士薬品工業（株）製のＬＭＲ−３３や東
京応化工業（株）製のＯＭＲ−８３、ＯＭＲ−８５等を
挙げることができる。また、前記ポジ型フォトレジスト
の市販品としては、東京応化工業（株）製のＯＦＰＲ−
２やＯＦＰＲ−８００等を挙げることができる。
は、例えば、富士薬品工業（株）製のＬＭＲ−３３や東
京応化工業（株）製のＯＭＲ−８３、ＯＭＲ−８５等を
挙げることができる。また、前記ポジ型フォトレジスト
の市販品としては、東京応化工業（株）製のＯＦＰＲ−
２やＯＦＰＲ−８００等を挙げることができる。
【００１９】前記レジストパターン形成用塗布液の調製
方法としては、特に制限はなく、公知の種々の方法を採
用することができる。
方法としては、特に制限はなく、公知の種々の方法を採
用することができる。
【００２０】前記レジストパターン形成用塗布液の塗布
方法としては、スプレー、スピンナー、デイップ等を用
いる方法などを挙げることができ、これらの中で好まし
いのはスピンナーを用いる方法である。
方法としては、スプレー、スピンナー、デイップ等を用
いる方法などを挙げることができ、これらの中で好まし
いのはスピンナーを用いる方法である。
【００２１】レジストパターン形成用塗布液を塗布した
後、通常の場合は乾燥することにより、レジスト層を得
る。このレジスト層の乾燥時の厚みとしては、特に制限
はないが、通常０．５〜３μｍ程度である。
後、通常の場合は乾燥することにより、レジスト層を得
る。このレジスト層の乾燥時の厚みとしては、特に制限
はないが、通常０．５〜３μｍ程度である。
【００２２】前記レジストパターンは、フォトマスクを
介してレジスト層に紫外線などの光を照射して露光した
後、現像及びリンスすることにより、形成することがで
きる。
介してレジスト層に紫外線などの光を照射して露光した
後、現像及びリンスすることにより、形成することがで
きる。
【００２３】前記紫外線などの光を照射することによる
露光の方法としては、例えば、コンタクト露光方式、プ
ロキシミティー露光方式、プロジェクション露光方式等
を挙げることができ、目的に応じて種々の方法を適宜に
選択して用いることができる。
露光の方法としては、例えば、コンタクト露光方式、プ
ロキシミティー露光方式、プロジェクション露光方式等
を挙げることができ、目的に応じて種々の方法を適宜に
選択して用いることができる。
【００２４】以上のようにして、例えば図５に示すよう
に、基板１の表面にレジストパターン４が形成される。
に、基板１の表面にレジストパターン４が形成される。
【００２５】Ｂ．ＤＬＣの被覆形成 ここでは、前記レジストパターンを形成した基板の表面
全体にＤＬＣを被覆形成する。
全体にＤＬＣを被覆形成する。
【００２６】前記ＤＬＣの被覆形成を行なう方法として
は、特に制限はなく、例えばＰＶＤ法、ＲＦプラズマＣ
ＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、イオン化蒸着法、イ
オンプレーディング法、スパッタリング法、プラズマＣ
ＶＤ法等の従来法を用いることができる。これらの中で
は、ＲＦプラズマＣＶＤ法、イオン化蒸着法、スパッタ
リング法、プラズマＣＶＤ法が好ましい。
は、特に制限はなく、例えばＰＶＤ法、ＲＦプラズマＣ
ＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、イオン化蒸着法、イ
オンプレーディング法、スパッタリング法、プラズマＣ
ＶＤ法等の従来法を用いることができる。これらの中で
は、ＲＦプラズマＣＶＤ法、イオン化蒸着法、スパッタ
リング法、プラズマＣＶＤ法が好ましい。
【００２７】前記ＤＬＣの被覆形成を行なう条件として
は、目的に応じて種々の励起方法、原料ガス、反応圧
力、反応温度、成長時間等を適宜選択することができ
る。
は、目的に応じて種々の励起方法、原料ガス、反応圧
力、反応温度、成長時間等を適宜選択することができ
る。
【００２８】前記励起方法としては、ＤＣ、ＡＣ、ＲＦ
（１３．５６ＭＨｚ）、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）
などによる放電励起が好ましい。これらの中でもＲＦが
好ましい。
（１３．５６ＭＨｚ）、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）
などによる放電励起が好ましい。これらの中でもＲＦが
好ましい。
【００２９】前記原料ガスとしては、メタン、エタン、
一酸化炭素などが好ましく、特に好ましいのは、メタ
ン、メタン／水素の混合ガス、メタン／アルゴン等の希
ガスの混合ガスである。混合ガス中のメタンの含有率は
１〜１００ｖｏｌ．％が好ましく、特に好ましいのは、
１０〜１００ｖｏｌ．％である。
一酸化炭素などが好ましく、特に好ましいのは、メタ
ン、メタン／水素の混合ガス、メタン／アルゴン等の希
ガスの混合ガスである。混合ガス中のメタンの含有率は
１〜１００ｖｏｌ．％が好ましく、特に好ましいのは、
１０〜１００ｖｏｌ．％である。
【００３０】前記反応圧力（Ｐｒ）としては、合成法に
よって異なるので一概には規定できないが、例えばＲＦ
プラズマ法においては、１０-6〜１０Ｔｏｒｒが好まし
く、特に好ましくは１０-4〜１Ｔｏｒｒである。
よって異なるので一概には規定できないが、例えばＲＦ
プラズマ法においては、１０-6〜１０Ｔｏｒｒが好まし
く、特に好ましくは１０-4〜１Ｔｏｒｒである。
【００３１】前記反応温度としては、７７Ｋ〜１１００
℃が好ましく、特に好ましくは室温〜５００℃である。
℃が好ましく、特に好ましくは室温〜５００℃である。
【００３２】基板の表面に被覆形成されるＤＬＣの被覆
膜の厚みとしては、通常１００Å〜１０μｍであり、好
ましくは５００Å〜１μｍである。前記厚みが、１００
Åよりも薄いと、充分な核発生密度でダイヤモンドが合
成されないことがあり、一方、１０μｍよりも大きい
と、ＤＬＣの合成に時間がかかりそれに見合う効果がな
いことがある。
膜の厚みとしては、通常１００Å〜１０μｍであり、好
ましくは５００Å〜１μｍである。前記厚みが、１００
Åよりも薄いと、充分な核発生密度でダイヤモンドが合
成されないことがあり、一方、１０μｍよりも大きい
と、ＤＬＣの合成に時間がかかりそれに見合う効果がな
いことがある。
【００３３】以上により、例えば図４に示すように、前
記レジストパターン４を形成した基板１の表面全体にＤ
ＬＣ３が被覆形成される。
記レジストパターン４を形成した基板１の表面全体にＤ
ＬＣ３が被覆形成される。
【００３４】Ｃ．レジストの除去 ここでは、形成したレジストパターン及びその表面に被
覆形成したＤＬＣを基板の表面から除去する。
覆形成したＤＬＣを基板の表面から除去する。
【００３５】前記レジストパターンの除去は、レジスト
が可溶な溶剤を用いて溶解除去することにより行なうこ
とができる。
が可溶な溶剤を用いて溶解除去することにより行なうこ
とができる。
【００３６】前記溶剤としては、例えば、アセトン、ジ
メチルホルムアミド、硫酸と過酸化水素との２：１の混
合液などを挙げることができる。前記溶剤は、レジスト
の種類に応じて適宜選択することができ、例えばレジス
ト専用の市販の剥離液を使用することもできる前記溶剤
を使用すると前記レジストパターンが容易に溶解する。
すると、基板の表面に被覆形成されたＤＬＣの中で前記
溶解したレジストパターンの表面に被覆形成されたＤＬ
Ｃは、基板との間に空隙が存在する非常に不安定な状態
になるので容易に除去される。一方、基板の表面におけ
るレジストパターンが形成されていない部分に、直接、
被覆形成されたＤＬＣは、基板と密着しているので前記
溶剤で処理しても除去されない。
メチルホルムアミド、硫酸と過酸化水素との２：１の混
合液などを挙げることができる。前記溶剤は、レジスト
の種類に応じて適宜選択することができ、例えばレジス
ト専用の市販の剥離液を使用することもできる前記溶剤
を使用すると前記レジストパターンが容易に溶解する。
すると、基板の表面に被覆形成されたＤＬＣの中で前記
溶解したレジストパターンの表面に被覆形成されたＤＬ
Ｃは、基板との間に空隙が存在する非常に不安定な状態
になるので容易に除去される。一方、基板の表面におけ
るレジストパターンが形成されていない部分に、直接、
被覆形成されたＤＬＣは、基板と密着しているので前記
溶剤で処理しても除去されない。
【００３７】以上により、例えば図３に示すように、基
板１の表面におけるレジストパターンが形成されなかっ
た部分に、ＤＬＣによるパターン３ａが形成される。
板１の表面におけるレジストパターンが形成されなかっ
た部分に、ＤＬＣによるパターン３ａが形成される。
【００３８】２）熱処理工程 熱処理工程では、一定の条件下で基板を処理することに
より、基板の表面におけるＤＬＣによるパターンをダイ
ヤモンド析出のための初期核に変化させる。
より、基板の表面におけるＤＬＣによるパターンをダイ
ヤモンド析出のための初期核に変化させる。
【００３９】前記熱処理を行なう方法としては、特に制
限はないが、例えば、電気炉を用いる方法、赤外線ゴー
ルド・イメージ炉等を用いる方法を挙げることができ
る。これらの中でも、熱処理雰囲気を抑制することがで
きるような炉を用いる方法が好ましい。
限はないが、例えば、電気炉を用いる方法、赤外線ゴー
ルド・イメージ炉等を用いる方法を挙げることができ
る。これらの中でも、熱処理雰囲気を抑制することがで
きるような炉を用いる方法が好ましい。
【００４０】前記熱処理は、圧力、温度、時間、雰囲気
等の条件を適宜選択することにより行なうことができ
る。
等の条件を適宜選択することにより行なうことができ
る。
【００４１】前記圧力としては、通常１０-7〜７６０Ｔ
ｏｒｒであり、好ましくは１０-4〜７６０Ｔｏｒｒが好
ましい。前記圧力が７６０Ｔｏｒｒよりも高いと、加圧
式の炉を必要とし、装置が大がかりになる。一方、１０
-7Ｔｏｒｒよりも低くするためには、真空排気装置が大
がかりになる。いずれにしても、それに見合う効果は得
られない。
ｏｒｒであり、好ましくは１０-4〜７６０Ｔｏｒｒが好
ましい。前記圧力が７６０Ｔｏｒｒよりも高いと、加圧
式の炉を必要とし、装置が大がかりになる。一方、１０
-7Ｔｏｒｒよりも低くするためには、真空排気装置が大
がかりになる。いずれにしても、それに見合う効果は得
られない。
【００４２】前記温度としては、通常５０〜１２００℃
であり、好ましくは８０〜１０００℃である。前記温度
が１２００℃よりも高いとＤＬＣがグラファイト化する
ことがあり、一方、５０℃よりも低いと熱処理の効果が
充分でないことがある。
であり、好ましくは８０〜１０００℃である。前記温度
が１２００℃よりも高いとＤＬＣがグラファイト化する
ことがあり、一方、５０℃よりも低いと熱処理の効果が
充分でないことがある。
【００４３】前記時間としては、通常３０秒〜１０時間
であり、好ましくは１分〜１０時間である。前記時間が
３０秒よりも短いと、ＤＬＣがダイヤモンドの核に充分
になりえないことがあり、一方、１０時間よりも長くし
ても、それに見合う効果はない。
であり、好ましくは１分〜１０時間である。前記時間が
３０秒よりも短いと、ＤＬＣがダイヤモンドの核に充分
になりえないことがあり、一方、１０時間よりも長くし
ても、それに見合う効果はない。
【００４４】前記雰囲気としては、不活性ガス、水素等
の還元雰囲気あるいは真空が好ましい。
の還元雰囲気あるいは真空が好ましい。
【００４５】以上により、前記基板の表面に形成したＤ
ＬＣによるパターンがダイヤモンド析出のための初期核
に変化する。
ＬＣによるパターンがダイヤモンド析出のための初期核
に変化する。
【００４６】３）ダイヤモンド形成工程 ダイヤモンド形成工程においては、基板の表面にダイヤ
モンドを選択的に形成する。
モンドを選択的に形成する。
【００４７】ダイヤモンドの形成法としては、それ自体
公知である各種のダイヤモンド気相合成法を用いること
ができる。具体的には、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、ＰＣＶＤ
法又はこれらを組合せた方法等を用いることができる。
これらの中でも、通常ＥＡＣＶＤ法を含めた各種の熱フ
ィラメント法、熱プラズマ法を含めた各種の直流プラズ
マＣＶＤ法、熱プラズマ法を含めたマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法等を好適に用いることができる。
公知である各種のダイヤモンド気相合成法を用いること
ができる。具体的には、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、ＰＣＶＤ
法又はこれらを組合せた方法等を用いることができる。
これらの中でも、通常ＥＡＣＶＤ法を含めた各種の熱フ
ィラメント法、熱プラズマ法を含めた各種の直流プラズ
マＣＶＤ法、熱プラズマ法を含めたマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法等を好適に用いることができる。
【００４８】これらのダイヤモンド形成法に用いる炭素
源ガスとしては、例えば、メタン、エタン、プロパン、
ブタン等のパラフィン系炭化水素；エチレン、プロピレ
ン、ブチレン等のオレフィン系炭化水素；アセチレン、
アリレン等のアセチレン系炭化水素；ブタジエン、アレ
ン等のジオレフィン系炭化水素；シクロプロパン、シク
ロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂環式
炭化水素；シクロブタジエン、ベンゼン、トルエン、キ
シレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素；アセトン、ジ
エチルケトン、ベンゾフェノン等のケトン類；メタノー
ル、エタノール等のアルコール類；このほかの含酸素炭
化水素；トリメチルアミン、トリエチルアミン等のアミ
ン類；このほかの含窒素炭化水素；炭酸ガス、一酸化炭
素、過酸化炭素などを挙げることができる。
源ガスとしては、例えば、メタン、エタン、プロパン、
ブタン等のパラフィン系炭化水素；エチレン、プロピレ
ン、ブチレン等のオレフィン系炭化水素；アセチレン、
アリレン等のアセチレン系炭化水素；ブタジエン、アレ
ン等のジオレフィン系炭化水素；シクロプロパン、シク
ロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂環式
炭化水素；シクロブタジエン、ベンゼン、トルエン、キ
シレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素；アセトン、ジ
エチルケトン、ベンゾフェノン等のケトン類；メタノー
ル、エタノール等のアルコール類；このほかの含酸素炭
化水素；トリメチルアミン、トリエチルアミン等のアミ
ン類；このほかの含窒素炭化水素；炭酸ガス、一酸化炭
素、過酸化炭素などを挙げることができる。
【００４９】これらの中でも、メタン、エタン、プロパ
ン等のパラフィン系炭化水素、エタノール、メタノール
等のアルコール類、アセトン、ベンゾフェノン等のケト
ン類、トリメチルアミン、トリエチルアミン等のアミン
類、炭酸ガス、一酸化炭素が好ましく、特に一酸化炭素
が好ましい。
ン等のパラフィン系炭化水素、エタノール、メタノール
等のアルコール類、アセトン、ベンゾフェノン等のケト
ン類、トリメチルアミン、トリエチルアミン等のアミン
類、炭酸ガス、一酸化炭素が好ましく、特に一酸化炭素
が好ましい。
【００５０】なお、これらは一種単独で用いてもよく、
二種以上を混合ガス等として併用してもよい。
二種以上を混合ガス等として併用してもよい。
【００５１】また、これらは水素等の活性ガスやヘリウ
ム、アルゴン、ネオン、キセノン、窒素等の不活性ガス
と混合して用いてもよい。
ム、アルゴン、ネオン、キセノン、窒素等の不活性ガス
と混合して用いてもよい。
【００５２】ダイヤモンドの形成条件としては、特に制
限はないが、例えば反応圧力としては、通常１０-6〜１
０3 Ｔｏｒｒであり、好ましくは１〜７６０Ｔｏｒｒで
ある。前記反応圧力が１０-6Ｔｏｒｒよりも低い場合に
は、ダイヤモンドの形成速度が遅くなることがある。一
方、１０3 Ｔｏｒｒより高い場合には、１０3 Ｔｏｒｒ
のときに得られる効果に比べて、それ以上の効果がない
こともある。
限はないが、例えば反応圧力としては、通常１０-6〜１
０3 Ｔｏｒｒであり、好ましくは１〜７６０Ｔｏｒｒで
ある。前記反応圧力が１０-6Ｔｏｒｒよりも低い場合に
は、ダイヤモンドの形成速度が遅くなることがある。一
方、１０3 Ｔｏｒｒより高い場合には、１０3 Ｔｏｒｒ
のときに得られる効果に比べて、それ以上の効果がない
こともある。
【００５３】基板の表面温度としては、前記炭素源ガス
の活性化手段等により異なるので、一概に規定すること
はできないが、通常は室温〜１，２００℃、好ましくは
室温〜１，１００℃である。前記基板の温度が室温より
も低い場合には、結晶性のダイヤモンドの形成が不十分
になることがある。一方、１，２００℃を超える場合に
は、パターン形成したＤＬＣが消失したり、形成された
ダイヤモンドのエッチングが生じ易くなったりする。
の活性化手段等により異なるので、一概に規定すること
はできないが、通常は室温〜１，２００℃、好ましくは
室温〜１，１００℃である。前記基板の温度が室温より
も低い場合には、結晶性のダイヤモンドの形成が不十分
になることがある。一方、１，２００℃を超える場合に
は、パターン形成したＤＬＣが消失したり、形成された
ダイヤモンドのエッチングが生じ易くなったりする。
【００５４】反応時間としては、特に限定はなく、ダイ
ヤモンドが所望の厚みとなるように、ダイヤモンドの形
成速度に応じて適宜に設定するのが好ましい。
ヤモンドが所望の厚みとなるように、ダイヤモンドの形
成速度に応じて適宜に設定するのが好ましい。
【００５５】形成するダイヤモンドの厚みとしては、使
用目的等に応じて適宜選択すればよく、この意味で特に
制限はないが、通常１〜１００μｍである。前記厚みが
あまり薄すぎると、被覆部材としたときにダイヤモンド
による被覆効果が十分に得られないことがある。一方、
あまり厚すぎるとその使用条件によってはダイヤモンド
の剥離等を生じることがある。なお、得られたダイヤモ
ンドを切削工具等の過酷な条件で使用する場合には、こ
の厚みを５〜１００μｍに選定するのが好ましい。
用目的等に応じて適宜選択すればよく、この意味で特に
制限はないが、通常１〜１００μｍである。前記厚みが
あまり薄すぎると、被覆部材としたときにダイヤモンド
による被覆効果が十分に得られないことがある。一方、
あまり厚すぎるとその使用条件によってはダイヤモンド
の剥離等を生じることがある。なお、得られたダイヤモ
ンドを切削工具等の過酷な条件で使用する場合には、こ
の厚みを５〜１００μｍに選定するのが好ましい。
【００５６】以上より、図１及び図２に示すように、基
板１の表面に形成したＤＬＣによるパターンの部分に所
望の形状及び大きさを有するダイヤモンド２が、寸法精
度よく選択的に形成される。なお、このとき前記ＤＬＣ
によるパターンの一部はエッチングされ、残りはダイヤ
モンドに変換するので、かかるダイヤモンド形成工程の
後は、ＤＬＣは基板上に存在することはない。
板１の表面に形成したＤＬＣによるパターンの部分に所
望の形状及び大きさを有するダイヤモンド２が、寸法精
度よく選択的に形成される。なお、このとき前記ＤＬＣ
によるパターンの一部はエッチングされ、残りはダイヤ
モンドに変換するので、かかるダイヤモンド形成工程の
後は、ＤＬＣは基板上に存在することはない。
【００５７】この発明の方法によると、微細なパターン
のダイヤモンドを容易にかつ簡便に、任意の形状に再現
性よく形成することができる。そして、得られるダイヤ
モンドは、例えば半導体デバイス等の各種電子材料をは
じめとする広い分野において好適に用いることができ
る。
のダイヤモンドを容易にかつ簡便に、任意の形状に再現
性よく形成することができる。そして、得られるダイヤ
モンドは、例えば半導体デバイス等の各種電子材料をは
じめとする広い分野において好適に用いることができ
る。
【００５８】
（実施例１） １）パターン形成工程 Ａ．レジストパターンの形成 図６に示すように、シリコンウエハー基板１の表面に、
ポジ型フォトレジスト（東京応化工業（株）製：ＯＦＰ
Ｒ−８００）からなるレジスト層形成用塗布液を、スピ
ナーを用いて３×１０3 ｒｐｍの速さで厚みが約１μｍ
になるように塗布することによりレジスト層５を形成し
た。塗布後、前記レジスト層５を８５℃で３０分間かけ
てプリベークした。次に、透明なガラス板の表面に幅２
μｍのライン状の光透過部６ａが８μｍの間隔で配列す
るように遮光部６ｂを設けてなる、図７に示すフォトマ
スク６を、前記レジスト層５の上に配置すると共に、マ
スクアライナー（キャノン販売（株）製：ＰＬＡ−５０
１ＦＡ）で９０秒間露光（１３ｍＷ／ｃｍ2 ）した。露
光後、同社製の現像液ＮＭＤ−３で６０秒間現像し、純
水によりリンスし、その後１００℃で３０分かけて加熱
し、図５に示すように、レジストパターン４を基板１の
表面に形成した。
ポジ型フォトレジスト（東京応化工業（株）製：ＯＦＰ
Ｒ−８００）からなるレジスト層形成用塗布液を、スピ
ナーを用いて３×１０3 ｒｐｍの速さで厚みが約１μｍ
になるように塗布することによりレジスト層５を形成し
た。塗布後、前記レジスト層５を８５℃で３０分間かけ
てプリベークした。次に、透明なガラス板の表面に幅２
μｍのライン状の光透過部６ａが８μｍの間隔で配列す
るように遮光部６ｂを設けてなる、図７に示すフォトマ
スク６を、前記レジスト層５の上に配置すると共に、マ
スクアライナー（キャノン販売（株）製：ＰＬＡ−５０
１ＦＡ）で９０秒間露光（１３ｍＷ／ｃｍ2 ）した。露
光後、同社製の現像液ＮＭＤ−３で６０秒間現像し、純
水によりリンスし、その後１００℃で３０分かけて加熱
し、図５に示すように、レジストパターン４を基板１の
表面に形成した。
【００５９】Ｂ．ＤＬＣの被覆形成 ＲＦ平行平板型のプラズマＣＶＤ装置（１３．５６ＭＨ
ｚ）を用い、メタンガス供給量が５０ｓｃｃＭ、圧力が
１０-1Ｔｏｒｒ、ＲＦ出力が１５０Ｗ、室温の条件に
て、１５分間反応させることにより、図４に示すよう
に、厚みが約５０００ÅのＤＬＣを前記基板１の表面に
被覆形成した。
ｚ）を用い、メタンガス供給量が５０ｓｃｃＭ、圧力が
１０-1Ｔｏｒｒ、ＲＦ出力が１５０Ｗ、室温の条件に
て、１５分間反応させることにより、図４に示すよう
に、厚みが約５０００ÅのＤＬＣを前記基板１の表面に
被覆形成した。
【００６０】Ｃ．レジストの除去 前記基板１を専用の剥離液で洗浄し、基板１の表面に被
覆形成されたレジストパターン４を溶解除去することに
より、前記レジストパターン４の表面に被覆形成された
ＤＬＣ３も同時に除去して、図３に示すように、基板１
の表面にＤＬＣによるパターン３ａを形成した。
覆形成されたレジストパターン４を溶解除去することに
より、前記レジストパターン４の表面に被覆形成された
ＤＬＣ３も同時に除去して、図３に示すように、基板１
の表面にＤＬＣによるパターン３ａを形成した。
【００６１】２）熱処理工程 赤外線ゴールドイメージ炉を用い、アルゴンを処理ガス
として１０ｓｃｃｍの流量で、圧力が１０Ｔｏｒｒ、温
度が３００℃、処理時間が１時間の条件下で基板に接触
させて、熱処理を行なった。
として１０ｓｃｃｍの流量で、圧力が１０Ｔｏｒｒ、温
度が３００℃、処理時間が１時間の条件下で基板に接触
させて、熱処理を行なった。
【００６２】３）ダイヤモンド形成工程 マイクロ波プラズマＣＶＤ法（２．４５ＧＨｚ）によ
り、ＣＯ／Ｈ2 混合ガスを原料ガスとして１０／９０ｓ
ｃｃｍの流量で使用し、反応圧力が４０Ｔｏｒｒ、基板
温度が９００℃、反応時間が１時間である条件下で反応
させることにより、図１及び図２に示すように、厚みが
約１μｍである膜状のダイヤモンドを基板１の表面に形
成した。
り、ＣＯ／Ｈ2 混合ガスを原料ガスとして１０／９０ｓ
ｃｃｍの流量で使用し、反応圧力が４０Ｔｏｒｒ、基板
温度が９００℃、反応時間が１時間である条件下で反応
させることにより、図１及び図２に示すように、厚みが
約１μｍである膜状のダイヤモンドを基板１の表面に形
成した。
【００６３】結果としては、ＤＬＣによるパターンが形
成されていた部分には、１０8 個／ｃｍ2 程度の密度
で、一方前記パターンが形成されていなかった部分に
は、１０4 個／ｃｍ2 程度の密度でダイヤモンドが形成
された。即ち、２μｍのライン状にダイヤモンドが得ら
れ、選択形成が達成された。
成されていた部分には、１０8 個／ｃｍ2 程度の密度
で、一方前記パターンが形成されていなかった部分に
は、１０4 個／ｃｍ2 程度の密度でダイヤモンドが形成
された。即ち、２μｍのライン状にダイヤモンドが得ら
れ、選択形成が達成された。
【００６４】
【発明の効果】この発明に係るダイヤモンドの選択形成
法によると、高性能な半導体デバイスや光導波路等の電
子材料・機器をはじめとする広い分野に好適である、微
細なパターンのダイヤモンドを容易にかつ簡便に、しか
も所望の形状に再現性よく製造することができる。
法によると、高性能な半導体デバイスや光導波路等の電
子材料・機器をはじめとする広い分野に好適である、微
細なパターンのダイヤモンドを容易にかつ簡便に、しか
も所望の形状に再現性よく製造することができる。
【図１】図１は、基板の表面にダイヤモンドが形成され
た状態を示す概略説明図である。
た状態を示す概略説明図である。
【図２】図２は、基板の表面にダイヤモンドが形成され
た状態を示す断面概略説明図である。
た状態を示す断面概略説明図である。
【図３】図３は、基板の表面にＤＬＣによるパターンが
形成された状態を示す断面概略説明図である。
形成された状態を示す断面概略説明図である。
【図４】図４は、レジストパターンが形成された基板の
全表面にＤＬＣが被覆形成された状態を示す断面概略説
明図である。
全表面にＤＬＣが被覆形成された状態を示す断面概略説
明図である。
【図５】図５は、基板の表面にレジストパターンが形成
された状態を示す断面概略説明図である。
された状態を示す断面概略説明図である。
【図６】図６は、基板の表面に塗布したレジスト層に露
光を行なっている状態を示す概略説明図である。
光を行なっている状態を示す概略説明図である。
【図７】図７は、フォトマスクの一例を示す概略説明図
である。
である。
１ 基板 ２ ダイヤモンド ３ ＤＬＣ ３ａ ＤＬＣによるパターン ４ レジストパターン ５ レジスト層 ６ フォトマスク ６ａ 光透過部 ６ｂ 遮光部
Claims (1)
- 【請求項１】 基板の表面におけるダイヤモンドを形成
すべき部分にダイヤモンド状炭素によるパターンを形成
し、前記基板を、圧力が１０−７〜７６０Ｔｏｒｒであ
り、温度が５０〜１２００℃であり、処理時間が０．５
分間〜１０時間である条件で熱処理した後、気相法によ
り前記基板の表面にダイヤモンドを形成することを特徴
とするダイヤモンドの選択形成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34720192A JP3233707B2 (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | ダイヤモンドの選択形成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34720192A JP3233707B2 (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | ダイヤモンドの選択形成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06191992A JPH06191992A (ja) | 1994-07-12 |
| JP3233707B2 true JP3233707B2 (ja) | 2001-11-26 |
Family
ID=18388610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34720192A Expired - Fee Related JP3233707B2 (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | ダイヤモンドの選択形成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3233707B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9618635D0 (en) * | 1996-09-06 | 1996-10-16 | Thermo Fast Uk Ltd | Improvements in or relating to sensors |
| US7122837B2 (en) * | 2005-01-11 | 2006-10-17 | Apollo Diamond, Inc | Structures formed in diamond |
| JP5418802B2 (ja) * | 2008-06-25 | 2014-02-19 | 日立化成株式会社 | セグメント形態の無機材料膜を有する部材及びセグメント形態の無機材料膜の製造法 |
| JP2012169316A (ja) * | 2011-02-10 | 2012-09-06 | Think Laboratory Co Ltd | エッチングマスク付基材及びその製造方法 |
| US20190051495A1 (en) * | 2017-08-10 | 2019-02-14 | Qiwei Liang | Microwave Reactor For Deposition or Treatment of Carbon Compounds |
-
1992
- 1992-12-25 JP JP34720192A patent/JP3233707B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06191992A (ja) | 1994-07-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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