JPH01104777A - 堆積膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エレクトロンサイクロトロン共鳴法を利用し
た堆積膜の形成方法に関し、ダイヤモンド状炭素膜など
の形成に好適な堆積膜の形成方法に関する。

［従来の技術］ 以下、本発明に関連する技術について、ダイヤモンド係
積膜を一例として説明する。

従来より、ダイヤモンド薄膜などを生成する方法として
は、プラズマＣＶＤ法による方法が知られている。

中でも、例えば特公昭６１−３３２０号公報には、マイ
クロ波の導入によるプラズマの生成を利用した方法が開
示されている。この方法においては、第２図に示すよう
な構成の装置が用いられ、結晶性の高いダイヤモンドの
多結晶膜が得られている。

また、特開昭６１−３６２００号公報には、第３図に示
すような構成の装置を用いて、マイクロ波あるいは高周
波プラズマの空間に更に磁界を印加して堆積膜を形成す
る方法が開示されており、この方法によれば、５０〜１
００Ｔｏｒｒの高圧力で安定なプラズマを生成すること
ができるので、ダイヤモンド多結晶膜を高効率で生成で
きる。

一方、大面積で均一にダイヤモンド膜が生成できる方法
として、第４図に示すような装置による空調共振器型の
ＥＣＲ−プラズマＣＶＤ法を用いた方法が、例えばＨｌ
にａｗａｒａｄａ　ｅｔ　ａｌ、、　Ｊ、Ｊ、八、Ｐ、
。

翻、１０３２（１９８７）により知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来のダイヤモンド膜等の堆積方法にお
いては、解決すべき問題点が種々残されているのが現状
である。

例えば、上記の３つの従来方法では、１０Ｔｏｒｒ以上
の圧力範囲で、良質のダイヤモンド膜を生成しているが
、以下のような問題点を有している。

第２図の装置を用いたマイクロ波ＣＶＤ法では、その放
電体積は小さく、圧力が数十Ｔｏｒｒと高くなるに従っ
て更に放電体積が減少する傾向にある。そのため、ダイ
ヤモンド生成領域が狭く、プラズマ密度の均一性も低い
ため、膜の生成速度が不均一であるという欠点があった
。また、放電可能な圧力範囲も狭く、圧力が高い領域で
放電が不安定になるという欠点もあり、安定した堆積膜
の形成ができないという問題を有していた。

一方、第３図に示したような装置を用いる方法のように
、プラズマ発生室内に磁場を配することにより、５０〜
１ｏＯＴｏｒｒで放電の安定を得ることができるが、装
置の構成上、堆積膜の大面積化や均一化には問題がある
。

他方、第４図に示した装置を用いる方法は、磁場を印加
し、装置の配置を空胴共振器型とすることによって、放
電可能な圧力範囲を広げることができ、安定、かつ放電
体積の大きなプラズマが得られ、ダイヤモンド生成領域
を広げることができる点で優れている。

しかしながら、矩形導波管４と円形空胴共振器３は急激
な接合であり、更に圧力が１０Ｔｏｒｒで衝突周波数が
高いために所望の位置までマイクロ波が伝搬して有効な
プラズマを生成する前に、不必要なマイクロ波導入窓７
付近での放電が起きてしまうどう欠点があった。この窓
７付近での放電が強い場合には、導入窓７に炭素膜が析
出してしまい、その析出炭素膜はその析出量に比例して
マイクロ波を吸収遮断するため、経時的に安定なマイク
ロ波パワーが導入できず、装置メンテナンスの上からも
望ましくない。更に、窓７付近の放電でマイクロ波パワ
ーが浪費されるために磁場で制御した所望の位置でのプ
ラズマ密度が低下してしまい、堆積膜中にダイヤモンド
構造が生成しなくなったり、その生成速度が低下するな
どの問題点があった。

本発明の目的は、上記の従来技術における問題点を解決
し、放電体積が広く、均一で、かつ堆積膜の生成に必要
な原料が充分分解されるパワーの投入された放電を、マ
イクロ波導入窓から離れた所望の領域に生成することに
より、均質な堆積膜を高効率で生成できる方法を提供す
ることにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成する本発明の堆積膜の形成方法は、エレ
クトロンサイクロトロン共鳴法を利用して堆積室内の基
イ杢上に堆積膜を形成させる堆積膜の形成方法において
、前記共鳴を生起するために没入されるマイクロ波を、
右円偏波モードに変換して前記堆積室内に導入すること
を特徴とする。

以下、図面を用いて本発明の方法のダイヤモンド膜、す
なわちダイヤモンド構造を含む膜の形成での例について
説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、
種々の堆積膜の形成に好適に適用できる。

第１図は、本発明の方法に用いることのできる装置の概
略図である。

この装置において、マイクロ波電源から矩形導波管４で
伝送されるモードは、Ｔ　Ｅ　Ｉｏモードであり、円形
の空胴共振器型の反応室３のＴＥ、、モードへ、急激な
モード変換を行なうと、接合部である導入窓７付近では
多数モードが混在するため、導入窓付近で放電し易くな
る。従って、導波管を円形Ｔ　Ｅ　ｒ　＋モードに変換
するなどして、反応室と導波管の接合部のマツチングを
整えてやることが重要である。ところが、所望の位置で
エレクトロサイクロトロン共鳴によって有効な放電を行
なわせるために有効なマイクロ波の成分は、電子のサイ
クロトロン運動の旋回方向が電場ベクトルの回転方向と
一致する右まわりの円偏波成分であり、左円偏波成分は
不必要である。

そこで、本発明の方法においては、マイクロ波を右円偏
波モードに変換した後、反応室内に導入してやることに
よって、窓付近での不必要な波動エネルギーの消費によ
る集中的な放電を生じさせず、所望の位置まで波動を伝
搬させることができ、反応室内にダイヤモンド構造の形
成に有効なパワーの投入された放電を得ることができる
。

右円偏波変換器の断面図を第５図に示す。

この変換器では、９０°位相差板１１が入射電界に対し
４５°の方向に位置するように円形導波管内に挿入され
ている。１２はマイクロ波の進行方向を示し、１３は磁
場の方向を示す。しかし、右円偏波変換器は、本発明に
用いるこれに限定されるものではなく、導波管伝送系で
使用される右円偏波モード変換器ならばどのようなもの
でも使用できる。

第１図の装置を用いて例えば以下のようにして堆積膜を
形成できる。

まず、反応室３内に所定の磁場を印加し、ガス導入系１
から原料ガスを導入し、排気系１０により反応室３内を
所定の真空度に調節する。次に、マイクロ波発信器２か
ら、矩形導波管４および右円偏波変換器５を介して右円
偏波モードに変換だマイクロ波を反応室３内に導入し、
プラズマを生成し、成膜を行なう。

なお、基イ４温度、基イ奎の配置、装置内の真空度、磁
場の印加条件、原料ガスの導入条件、マイクロ波の導入
条件等の各操作条件は、形成しようとする所望の堆積膜
に応じて適宜選択して採用すれば良い。

［実施例コ 以下、実施例及び比較例により本発明を更に詳細に説明
する。

実施例１ 第１図に示したような構成の装置を用い、以下のように
して堆積膜の形成を行なった。

まず、最大１８００　Ｇの磁場を反応室３内に印加し、
そこにガス導入系１からメタン／水素かｌＯ／９０の混
合比の原料ガスを導入し、該反応室内の圧力を排気系１
０によりＩ　Ｔｏｒｒに調節した。

次に、マイクロ波発振器２から２−４５ＧＨｚのマイク
ロ波を右円偏波モードに変換して反応室３内に導入し、
プラズマを生成し、基板上への堆積膜の形成を行なった
。

基板８は導入窓７から２０ｃｍの位置に基板ホルダー９
を介して配置し、その温度は６００℃に保った。

得られた堆積膜に電子線回折によりダイヤモンドが検出
され、その表面粗さはＲＭＳ１００Ｏ人であった。また
、この堆積膜の成膜速度は、５μｍ／ｈｒであった。

なお、成膜終了後に、マイクロ波導入窓７を調べたとこ
ろ、そこに析出物の発生は認められなかった。

比較例１ 右円偏波変換器５の代りに通常の円形導波管を装置にセ
ットする以外は実施例１と同様にして堆積膜の形成を実
施した。

得られた堆積膜から電子線回折によりダイヤモンドが検
出されたが、その成膜速度は０．５μｍ／ｈｒであった
。

また、成膜終了後にマイクロ波導入窓７を調べたところ
、そこに茶色の炭素膜の付着が観察され、放電の発光強
度が該炭素膜の析出・成長によって経時的に減少してい
たことが傍証された。

実施例２ 以下の条件を用いる以外は実施例１と同様にして堆積膜
の形成を実施した。

原料ガス混合比：メタン／水素＝　２７９８反応室内圧
カニ　１５Ｔｏｒｒ 基板温度ニア５０℃ マイクロ波導入窓−基板間距離：　１５ｃｍ得られた堆
積膜には電子線回折によりダイヤモンドが検出され、ま
たそのＳＥＭ写真にダイヤモンドの自形面が観察された
。この堆積膜の成膜速度は、３μｍ／ｈｒで、２０ｍｍ
φ内の膜厚分布は±ｌＯｔ程度であった。

比較例２ マイクロ波を右円偏波モードに変換しない以外は、実施
例２と同様にして堆積膜の形成を実施した。

得られた堆積膜から電子線回折によりダイヤモンドが検
出されたが、その成膜速度は１μｍ／ｈｒであり、また
、この堆積膜の２０ｍｍφ内の膜厚分布は±６０を程度
であった。

実施例３ 反応室３内の圧力を６０Ｔｏｒｒとする以外は実施例２
と同様にして堆積膜の形成を実施した。

得られた堆積膜から電子線回折によりダイヤモンドが検
出され、その成膜速度は、１μｍ／ｈｒであった。

比較例３ マイクロ波を右円偏波モードに変換しない以外は、実施
例３と同様にして堆積膜の形成を実施した。

基板設置位置での放電は著しく弱く、基板上には何も析
出しなかった。

以上、本発明をダイヤモンド構造を含む堆積膜の形成を
一例として説明したが、先に述べたように本発明はこれ
に限定されるものではなく、各種堆積膜の形成に用いる
ことができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、エレクトロンサイクロトロン共鳴法を
利用した堆積膜の形成法におけるマイクロ波を右円偏波
モードに変換して空胴共振器型反応室内へ導入すること
により、膜厚の均一なダイヤモンド膜等の堆積膜を形成
することができる。

更に、マイクロ波導入窓付近での放電を防止あるいは大
きく抑えることができるので、成膜中の炭素膜の析出な
どによる語意のよごれによるマイクロ波の遮断を防ぐこ
とができ、放電の安定性が確保され、マイクロ波導入窓
の交換などのメンテナンスが軽減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に用いることができる装置の一例
の概略図、第２図〜第４図は従来の堆積膜形成法に用い
られていた装置の概略図、第５図は本発明で用いる右円
偏波変換器の断面図である。 １：原料ガス供給系　２：マイクロ波源３：反応室また
は空胴共振室 ４：矩形導波管　　　５：右円偏波変換器６：電磁石　
　　　　７：マイクロ波導入窓８：ｇｚ板（Ｌ棒）　　
　９：基板ホルダー１吐排気系　　　　　１１：９０°
位相差板１２：マイクロ波の進行方向 １３：磁場の方向

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）エレクトロンサイクロトロン共鳴法を利用して堆積
   室内の基体上に堆積膜を形成させる堆積膜の形成方法に
   おいて、前記共鳴を生起するために投入されるマイクロ
   波を、右円偏波モードに変換して前記堆積室内に導入す
   ることを特徴とする堆積膜の形成方法。