JPH01208470A - 薄膜形成装置 - Google Patents
薄膜形成装置Info
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- JPH01208470A JPH01208470A JP3441788A JP3441788A JPH01208470A JP H01208470 A JPH01208470 A JP H01208470A JP 3441788 A JP3441788 A JP 3441788A JP 3441788 A JP3441788 A JP 3441788A JP H01208470 A JPH01208470 A JP H01208470A
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Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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。
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〕
この発明は、レーザを利用した薄膜形成装置に関し、た
とえば熱伝導性、電気絶縁性をもつ高純度のダイヤモン
ド薄膜、あるいはダイヤモンドライフ薄膜を基板の平均
温度をほぼ室温に維持したまま膜質を制御しながら効率
良く大面積に形成する装置に関する。
とえば熱伝導性、電気絶縁性をもつ高純度のダイヤモン
ド薄膜、あるいはダイヤモンドライフ薄膜を基板の平均
温度をほぼ室温に維持したまま膜質を制御しながら効率
良く大面積に形成する装置に関する。
薄膜形成技術の実用化のためには、熱による基板への悪
影響を避けるために、薄膜形成プロセスの低温化が望ま
れると同時に、製造コストを低減するために高速な薄膜
形成技術が望まれている。
影響を避けるために、薄膜形成プロセスの低温化が望ま
れると同時に、製造コストを低減するために高速な薄膜
形成技術が望まれている。
これに応える新技術として紫外レーザ光のもつ高光子エ
ネルギーにより成膜用ガスを光解離し、薄膜を形成する
いわゆるレーザＣＶＤ技術が従来されてｂる。この技術
では高光子エネルギーのみによってガスを解離できるた
め、低温で高速に反応生成物を基板上に堆積することが
できるとｈう優れた特長を備えているが、光子と成膜用
ガスとの反応による反応生成物組成の制御や、反応生成
物が基板上に薄膜を形成する過程の制御を行なう機構を
持たないため安定して品質の要旨膜を得ることが困難で
あった。
ネルギーにより成膜用ガスを光解離し、薄膜を形成する
いわゆるレーザＣＶＤ技術が従来されてｂる。この技術
では高光子エネルギーのみによってガスを解離できるた
め、低温で高速に反応生成物を基板上に堆積することが
できるとｈう優れた特長を備えているが、光子と成膜用
ガスとの反応による反応生成物組成の制御や、反応生成
物が基板上に薄膜を形成する過程の制御を行なう機構を
持たないため安定して品質の要旨膜を得ることが困難で
あった。
第２図は例えば刊行物（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｏｒｅ 第４３巻第５号第４５４頁〜４５
６頁）に示された、レーザを利用した従来のレーザＣＶ
Ｄ装置を示す断面構成図である。
ｓ Ｌｅｔｔｏｒｅ 第４３巻第５号第４５４頁〜４５
６頁）に示された、レーザを利用した従来のレーザＣＶ
Ｄ装置を示す断面構成図である。
図において、（１）（ま紫外レーザ発振器、（２）は紫
外レーザ元、（３）は紫外レーザ元（２）を成膜用ガス
の解離に必要なエネルギー密度に整形するためのシリン
ドリカルテレスコープ、（４）は成膜用ガス雰囲気と大
気とを遮断しつつ紫外レーザ光（２）を反応チャンバ（
５）に導入するためのウィンド、 （５１）は成膜用ガ
スの供給口、（５２）はその排出口、（６）は基板、（
７）は基板（６）を加熱するためのヒータ付サセプタで
ある０ 紫外レーザ発振器（１）から出射された紫外レーザ光（
２）は、シリンドリカルテレスコープ（３）により成膜
用ガスの解離に適正なエネルギー密度に整形され、ウィ
ンド（４）を通して成膜用ガス雰囲気を形成する反応チ
ャンバ（５）に導入される。紫外レーザ光（２）は反応
チャンバ（５）に設置された基板（６）の数ｍｍ上を基
板（６）に平行に通過し、成膜用ガスを解離する。
外レーザ元、（３）は紫外レーザ元（２）を成膜用ガス
の解離に必要なエネルギー密度に整形するためのシリン
ドリカルテレスコープ、（４）は成膜用ガス雰囲気と大
気とを遮断しつつ紫外レーザ光（２）を反応チャンバ（
５）に導入するためのウィンド、 （５１）は成膜用ガ
スの供給口、（５２）はその排出口、（６）は基板、（
７）は基板（６）を加熱するためのヒータ付サセプタで
ある０ 紫外レーザ発振器（１）から出射された紫外レーザ光（
２）は、シリンドリカルテレスコープ（３）により成膜
用ガスの解離に適正なエネルギー密度に整形され、ウィ
ンド（４）を通して成膜用ガス雰囲気を形成する反応チ
ャンバ（５）に導入される。紫外レーザ光（２）は反応
チャンバ（５）に設置された基板（６）の数ｍｍ上を基
板（６）に平行に通過し、成膜用ガスを解離する。
この解離反応によって得られた反応生成物は拡散により
基板（６）上に堆積する。
基板（６）上に堆積する。
ところが、高光子エネルギーによる成膜用ガス解離で生
じ几反応生成物から成る膜は、成膜用ガスの稽類によっ
ては不純物を含んだり、あるｂは結晶性が期待通りにな
らないなどの問題があった。
じ几反応生成物から成る膜は、成膜用ガスの稽類によっ
ては不純物を含んだり、あるｂは結晶性が期待通りにな
らないなどの問題があった。
そのため、第２図に示す従来の装置では基板表面をヒー
タ付サセプタによりセ氏数百度に加熱し、基板上に堆積
する膜の品質を制御する方法をとっていた。
タ付サセプタによりセ氏数百度に加熱し、基板上に堆積
する膜の品質を制御する方法をとっていた。
この従来のレーザ薄膜形成装置は反応生成物を制御する
機構を持たないため期待通りの膜質を得ることが困難で
あった０また、膜の品質を制御するためには基板を数百
度に加熱する方法しか見い出されておらず、低温で膜質
制御が行えなかった。
機構を持たないため期待通りの膜質を得ることが困難で
あった０また、膜の品質を制御するためには基板を数百
度に加熱する方法しか見い出されておらず、低温で膜質
制御が行えなかった。
そこでこの問題を解決する念めに、同一出願人により電
子サイクロトン共鳴（以下１０Ｒと記す）プラズマ発生
装置で発生させたプラズマを用いて膜質を制御するよう
にした薄膜形成装置（特願昭６１−３００３７９号明細
書）が提案されている。この装置を用いて薄膜形成を行
う場合、紫外レーザ光を照射し、レーザ薄膜形成装置と
して使用する間は反応チャンバを数〜数１０ Ｔｏｒｒ
に維持する必要があり、一方、ＥＯＲプラズマ源によっ
て、プラズマを発生させるにはプラズマ生成室を１０−
３〜１０ Ｔｏｒｒの真空状態を維持する必要がある
。
子サイクロトン共鳴（以下１０Ｒと記す）プラズマ発生
装置で発生させたプラズマを用いて膜質を制御するよう
にした薄膜形成装置（特願昭６１−３００３７９号明細
書）が提案されている。この装置を用いて薄膜形成を行
う場合、紫外レーザ光を照射し、レーザ薄膜形成装置と
して使用する間は反応チャンバを数〜数１０ Ｔｏｒｒ
に維持する必要があり、一方、ＥＯＲプラズマ源によっ
て、プラズマを発生させるにはプラズマ生成室を１０−
３〜１０ Ｔｏｒｒの真空状態を維持する必要がある
。
ところが、例えば上記明細書に例示された装置構成にお
りては、プラズマ生成室と反応チャンバとの境界は制限
されておらず、前述したような紫外レーザ光を照射する
と同時ＫＫＯＲプラズマ源によりプラズマを発生させる
ことは不可能で、レーザ照射による成膜とプラズマによ
る膜質制御とを交互に行わねばならない。加えて数１０
Ｔｏｒｒから１０”” Ｔｏｒｒへ真空引きする時間
を要し、これを少しでも解決する念めにメツシュ電極（
２）の上方にゲートパルプを設置しても効果はあまり期
待できなりというような問題点があった。
りては、プラズマ生成室と反応チャンバとの境界は制限
されておらず、前述したような紫外レーザ光を照射する
と同時ＫＫＯＲプラズマ源によりプラズマを発生させる
ことは不可能で、レーザ照射による成膜とプラズマによ
る膜質制御とを交互に行わねばならない。加えて数１０
Ｔｏｒｒから１０”” Ｔｏｒｒへ真空引きする時間
を要し、これを少しでも解決する念めにメツシュ電極（
２）の上方にゲートパルプを設置しても効果はあまり期
待できなりというような問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、高光子エネルギーによる成膜用ガス解離を利
用して低温でしかも薄膜形成を行う際に、同時にプラズ
マ発生装置でプラズマを発生させ、成膜過程の制御を行
い、期待通りの成膜品質を効率良く得ることのできる薄
膜形成装置を提供することを目的としている。
たもので、高光子エネルギーによる成膜用ガス解離を利
用して低温でしかも薄膜形成を行う際に、同時にプラズ
マ発生装置でプラズマを発生させ、成膜過程の制御を行
い、期待通りの成膜品質を効率良く得ることのできる薄
膜形成装置を提供することを目的としている。
この発明の薄膜形成装置は、基板が収容され成膜用ガス
が充填された反応チャンバ、上記成膜用ガスを解離し上
記基板に薄膜を形成する紫外レーザ光を発唱する紫外レ
ーザ発振器、及び上記基板表面における成膜過程を制御
するプラズマを発生する有磁場マイクロ波数−ボ装置を
備えたものである０ 〔作 用〕 この発明における有磁場マイクロ波放電装置では、１０
〜数１０ ＴＯｒｒの広−圧力範囲で放電が可能なの
で、紫外レーザ光による成膜とプラズマによる成膜制御
を同時に行える。また大面積広範囲の放電が可能になり
、大面積に均一な成膜が行える０ 〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を、ダイヤモンド薄膜形成を
対象として図に従って説明する。第１図はこの発明の一
実施例による薄膜形成装置を示す断面構成図である。図
において、（１）は紫外レーザ発振器、（２）は紫外レ
ーザ光、（３）はシリンドリカルテレスコープ、（４）
はウィンド、（５）は反応チャンバ、（６）は基板、（
７）は基板（６）を保持するサセプタ、（８）は有磁場
マイクロ波放電装置のプラズマ生成室、（９）はその磁
場発生用空心コイル、αＱは数ユＯＯＭＨｚ〜数１０３
ＨＥのマイクロ波、有磁場マイクロ波放電装置はプラズ
マ生成室（８）、空心コイル（９）マイクロ波αＱを発
生するマイクロ波源（面示せず）により構成すれる。（
６）は水素プラズマ、（２）はイオン加速用メツシュ電
極、（５１）は成膜用ガス０Ｔ１４を供給する供給口、
（５２）は真空ポンプ側の排出口、 （５３）は有磁
場マイクロ波放電プラズマ源ガスＨ２を導入する供給口
である。
が充填された反応チャンバ、上記成膜用ガスを解離し上
記基板に薄膜を形成する紫外レーザ光を発唱する紫外レ
ーザ発振器、及び上記基板表面における成膜過程を制御
するプラズマを発生する有磁場マイクロ波数−ボ装置を
備えたものである０ 〔作 用〕 この発明における有磁場マイクロ波放電装置では、１０
〜数１０ ＴＯｒｒの広−圧力範囲で放電が可能なの
で、紫外レーザ光による成膜とプラズマによる成膜制御
を同時に行える。また大面積広範囲の放電が可能になり
、大面積に均一な成膜が行える０ 〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を、ダイヤモンド薄膜形成を
対象として図に従って説明する。第１図はこの発明の一
実施例による薄膜形成装置を示す断面構成図である。図
において、（１）は紫外レーザ発振器、（２）は紫外レ
ーザ光、（３）はシリンドリカルテレスコープ、（４）
はウィンド、（５）は反応チャンバ、（６）は基板、（
７）は基板（６）を保持するサセプタ、（８）は有磁場
マイクロ波放電装置のプラズマ生成室、（９）はその磁
場発生用空心コイル、αＱは数ユＯＯＭＨｚ〜数１０３
ＨＥのマイクロ波、有磁場マイクロ波放電装置はプラズ
マ生成室（８）、空心コイル（９）マイクロ波αＱを発
生するマイクロ波源（面示せず）により構成すれる。（
６）は水素プラズマ、（２）はイオン加速用メツシュ電
極、（５１）は成膜用ガス０Ｔ１４を供給する供給口、
（５２）は真空ポンプ側の排出口、 （５３）は有磁
場マイクロ波放電プラズマ源ガスＨ２を導入する供給口
である。
次に動作につｂて説明する。供給口（５１）より供給さ
れた反応チャンバ（５）内のメタン（ＣＩＨ４）の成膜
用ガス（１０Ｔｏｒｒ〜数１０ ＴＯｒｒ ）はシリン
ドリカルテレスコープ（３）により適正なエネルギー密
度で整形され＆ＡｒＦエキシマレーザ等の紫外レーザ光
（２）（尖頭出力１０）ｔＶ′ａｍ ）の２光子吸収
によって光解離される。一方、同時にプラズマ生成室（
８）中の水素プラズマ、すなわち水素イオンはイオン加
速用メツシュ電極（至）によって適度の速度を与えられ
てチャンバ内基板（６）表面に至る。成膜の初期の過程
ではこの水素イオンは基板表面に衝突して結晶歪みを形
成し、ダイヤそンド結晶成長の核形成を容易にする。水
素イオンは数１００＠Ｖのエネルギーを与えられる。ま
た、核形成後の過程では、この水素イオンとプラズマ中
で発生した原子状水素イオンがダイヤモンド結晶成長と
同時におこる黒鉛結晶成長を抑制する働きをする。これ
は、黒鉛との反応速度がダイヤモンドとの反応速度より
桁違いに速いことに起因してｈる。従ってダイヤモンド
の純度を制御することが可能になり、期待通りの膜質の
ものが得られる。
れた反応チャンバ（５）内のメタン（ＣＩＨ４）の成膜
用ガス（１０Ｔｏｒｒ〜数１０ ＴＯｒｒ ）はシリン
ドリカルテレスコープ（３）により適正なエネルギー密
度で整形され＆ＡｒＦエキシマレーザ等の紫外レーザ光
（２）（尖頭出力１０）ｔＶ′ａｍ ）の２光子吸収
によって光解離される。一方、同時にプラズマ生成室（
８）中の水素プラズマ、すなわち水素イオンはイオン加
速用メツシュ電極（至）によって適度の速度を与えられ
てチャンバ内基板（６）表面に至る。成膜の初期の過程
ではこの水素イオンは基板表面に衝突して結晶歪みを形
成し、ダイヤそンド結晶成長の核形成を容易にする。水
素イオンは数１００＠Ｖのエネルギーを与えられる。ま
た、核形成後の過程では、この水素イオンとプラズマ中
で発生した原子状水素イオンがダイヤモンド結晶成長と
同時におこる黒鉛結晶成長を抑制する働きをする。これ
は、黒鉛との反応速度がダイヤモンドとの反応速度より
桁違いに速いことに起因してｈる。従ってダイヤモンド
の純度を制御することが可能になり、期待通りの膜質の
ものが得られる。
有磁場マイクロ波放電を用いると水素プラズマは圧力が
ｌＯ〜数１０ ’ｒｏｒｒ と広い圧力範囲で発生さ
せることができるので、膜形成速度は遅いものの、均一
膜質が得られる低圧条件（ユＯＴＯｒｒ）から高速な成
膜速度の得られる高圧条件（数１０Ｔｏｒｒ）まで、目
的にあわせて制御することが可能となる。また成膜時の
成膜用ガス雰囲気（数〜数１０ Ｔｏｒｒ ）と同じ真
空度で水素プラズマを発生させることが可能となるので
、成膜と同時に成膜膜質の制御が可能となり、作業性及
び効率が向上する。実用上好ましｈ圧力範囲は数ＴＯｒ
ａ〜数１ＯＴｏｒｒ で、例えば１０ ＴＯｒｒで実施
する。
ｌＯ〜数１０ ’ｒｏｒｒ と広い圧力範囲で発生さ
せることができるので、膜形成速度は遅いものの、均一
膜質が得られる低圧条件（ユＯＴＯｒｒ）から高速な成
膜速度の得られる高圧条件（数１０Ｔｏｒｒ）まで、目
的にあわせて制御することが可能となる。また成膜時の
成膜用ガス雰囲気（数〜数１０ Ｔｏｒｒ ）と同じ真
空度で水素プラズマを発生させることが可能となるので
、成膜と同時に成膜膜質の制御が可能となり、作業性及
び効率が向上する。実用上好ましｈ圧力範囲は数ＴＯｒ
ａ〜数１ＯＴｏｒｒ で、例えば１０ ＴＯｒｒで実施
する。
さらに有磁場マイクロ波放電を用いると大面積（広範囲
）の放電が可能となり、大面積（広範囲）に水素プラズ
マを発生でき、大面積（広範囲）に均一な成膜が可能と
なる。
）の放電が可能となり、大面積（広範囲）に水素プラズ
マを発生でき、大面積（広範囲）に均一な成膜が可能と
なる。
以上のように、この発明によれば、基板が収容され成膜
用ガスが充填された反応チャンバ、上記成膜用ガスを解
離し上記基板に薄膜を形成する紫外レーザ光を発振する
紫外レーザ発振器、及び上記基板表面における成膜過程
を制御するプラズマを発生する有磁場マイクロ波放電装
置を備えたものにすることにより、同時に所望の結晶核
の成長及び好ましくなＡ結晶核の抑制を制御できるので
、膜質の制御を容易に行なうことができ、基板をほぼ室
温に維持したまま、しかも効率良く優れた膜質の成膜が
可能となる薄膜形成装置が得られる効果がある。さらに
圧力条件によっては高速に行える０
用ガスが充填された反応チャンバ、上記成膜用ガスを解
離し上記基板に薄膜を形成する紫外レーザ光を発振する
紫外レーザ発振器、及び上記基板表面における成膜過程
を制御するプラズマを発生する有磁場マイクロ波放電装
置を備えたものにすることにより、同時に所望の結晶核
の成長及び好ましくなＡ結晶核の抑制を制御できるので
、膜質の制御を容易に行なうことができ、基板をほぼ室
温に維持したまま、しかも効率良く優れた膜質の成膜が
可能となる薄膜形成装置が得られる効果がある。さらに
圧力条件によっては高速に行える０
第１図はこの発明の一実施例による薄膜形成装置を示す
断面構成図、第２図は従来のレーザ薄膜形成装置を示す
断面構成図である。 図において、（１）は紫外レーザ発振器、（２）は紫外
レーザ光、（５）は反応チャンバ、（５ユ）は成膜用ガ
ス供給口、（６）は基板、（８）はプラズマ生成室、（
９）は空心コイル、αＯはマイクロ波である。 この場合、有磁場マイクロ波放電装置はプラズマ生成室
（８）、空心コイル（９）及びｉイクロ波αΩ源で構成
されている。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示すＯ
断面構成図、第２図は従来のレーザ薄膜形成装置を示す
断面構成図である。 図において、（１）は紫外レーザ発振器、（２）は紫外
レーザ光、（５）は反応チャンバ、（５ユ）は成膜用ガ
ス供給口、（６）は基板、（８）はプラズマ生成室、（
９）は空心コイル、αＯはマイクロ波である。 この場合、有磁場マイクロ波放電装置はプラズマ生成室
（８）、空心コイル（９）及びｉイクロ波αΩ源で構成
されている。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示すＯ
Claims (1)
- 基板が収容され成膜用ガスが充填された反応チャンバ、
上記成膜用ガスを解離し上記基板に薄膜を形成する紫外
レーザ光を発振する紫外レーザ発振器、及び上記基板表
面における成膜過程を制御するプラズマを発生する有磁
場マイクロ波放電装置を備えた薄膜形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3441788A JPH01208470A (ja) | 1988-02-16 | 1988-02-16 | 薄膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3441788A JPH01208470A (ja) | 1988-02-16 | 1988-02-16 | 薄膜形成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01208470A true JPH01208470A (ja) | 1989-08-22 |
Family
ID=12413623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3441788A Pending JPH01208470A (ja) | 1988-02-16 | 1988-02-16 | 薄膜形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01208470A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009280871A (ja) * | 2008-05-23 | 2009-12-03 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | プラズマ−光複合ｃｖｄ成膜方法 |
-
1988
- 1988-02-16 JP JP3441788A patent/JPH01208470A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009280871A (ja) * | 2008-05-23 | 2009-12-03 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | プラズマ−光複合ｃｖｄ成膜方法 |
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