JPH0217940A

JPH0217940A - 薄膜形成方法

Info

Publication number: JPH0217940A
Application number: JP63164976A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Yagi; 俊憲八木; Yoshiyuki Goto; 令幸後藤; Haruhiko Nagai; 治彦永井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-07-04
Filing date: 1988-07-04
Publication date: 1990-01-22

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〕この発明は、基板上に硬質炭素膜等の薄膜を形成する薄
膜形成方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の薄膜形成方法としては、例えば光化学気相反応を
利用する方法がある。第２図は、例えば特開昭６０−１
１２６９７号公報に記載された、前記従来方法を実施す
るための装置であシ、図において、紫外光発生装置（１
）で発せられた紫外光は反射鏡（２）Ｋよシ光路を変更
され、光路変更された後の紫外光のエネルギ密度は集光
レンズ（３）により調整される。反応容器（４）Ｋ収容
されて硬質炭素膜が形成される基板（５）は、温度コン
トローラ（７）で制御されるヒータ（６）で加熱される
。

反応容器（４）には、反応ガス供給装置（８）から反応
ガスが供給され、排出装置（９）は容器（４）内から反
応ガスを系外へ排出する。光入射窓（ｌＯ）は基板（５
）の中央部に集光レンズ（３）によシエネルギ密度が調
整された後の紫外光を通過させて容器（４）内へ導入す
る。

かかる装置を用いて基板（６）上にダイヤモンド状の硬
質炭素からなる薄膜（硬質炭素膜）を形成する従来の方
法は、紫外光発生装置（１）から発せられた紫外光（お
よび真空紫外光）、例えばアルゴンフッ素エキシマレー
ザ光が反射鏡（２）で光路変更された後、集光レンズ（
３）および光入射窓（【０）を経由して基板（５）上に
集光される。そして反応容器（４）内へは反応ガス供給
装置（８）によって形成膜の主原料となる反応ガス、例
えば炭化水素ガスが供給されるが、この反応ガスは紫外
光によって光分解されて活性状態の炭素原子が生成し、
これが基板（６）上に堆積するととＫよって硬質炭素膜
が形成される。なお、基板（６）上に形成される硬質炭
素膜の品質は、基板（５）の温度によって大きく左右さ
れるので、適宜ヒータ（６）を用いて基板（６）を最適
温度に加熱する。また、使用後の反応ガスは排気装置（
９）によって排気される。

また、他の従来方法としては、タングステンフィラメン
トを利用する方法がある。第３図は、例えば第２回ダイ
ヤモンドシンポジウム講演要旨集Ｌ６１２に示された前
記方法を実施するための装置であり、図において、基板
（５）は石英管反応容器（ｒｔ）内に収容される。タン
グステンフィラメント（１２）は反応ガスノズル（１６
）から供給される反応ガスを分解する。基板（６）はモ
リブデンホルダ（１３）上に保持され、電気炉（１４）
Ｋよって反応場の雰囲気は加熱されている。熱電対（１
６）は基板温度をモニタするためのものである。

かかる装置を用いて基板（５）上に硬質炭素膜を形成す
るには、反応ガスノズル（１６）から薄膜の主原料とな
る反応ガス、例えばエタノールと水素および酸素の混合
ガスを石英管反応容器（１１）内へ導入する。そして、
タングステンフィラメント（１２）に適当な電流を流し
、タングステンフィラメントを２０００〜２３０υ’Ｇ
　Ｋ加熱することＫよって反応ガスを分解し、基板（６
）上に硬質炭素膜を形成する。この間、反応場の雰囲気
は電気炉（１４）によシ加熱され、熱電対（Ｌ６）によ
って基板温度がモニタされる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のような従来の薄膜形成方法は、第２図により説明
した方法では、炭化水素系ガスに紫外光を照射して基板
上に堆積させるべき炭素原子を遊離させるものであるた
め、所望のダイヤモンド状炭素のみならず、不必要なグ
ラファイト状炭素の析出も同時に起こシ、所望の膜質が
得られないという問題点があった。また、第３図のよシ
説明した方法の場合は、８００〜９００℃の高温が必要
であり、かつ、タングステンフィラメントが反応ガスに
接触しているため、フィラメントの寿命が短く、薄膜の
形成される領域が制限され、大面積化が困難であるとい
う問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するため罠なされ
たもので、低温下で膜形成が可能であシ、堆積速度の高
速化が図れ、しかも、得られる薄膜中に存在する不純物
が低減され、高品質な薄膜形成が可能な薄膜形成方法を
得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る薄膜形成方法は、２種以上の反応ガスの
うち少なくとも１棟は紫外光によって分解され、かつ、
反応性の高い酸素原子あるいを工水素原子を生成するも
のとし、基板上にて前記酸素原子あるいは水素原子と他
の反応ガスとを反応させつつ所望の薄膜を形成する。

〔作用〕

この発明においては、生成された酸素原子あるいは水素
原子と他の反応ガスが基板上で効果的に反応し、基板上
への薄膜形成が高速で行われるようになる。また、酸素
原子あるいは水素原子は薄膜中の不純物と効率よ（反応
して不純成分が除去される結果、基板上には不純成分の
少ない高品質の薄膜が形成される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図を参照して説明する
。図において、光入射窓（１０）よシ反応容器（４）内
へ導入された紫外光は、反応生成物の光入射窓（１０）
方向への拡散を防止するためのスリン）　（２３）を経
由した後、反応容器（４）の光入射窓（１０）の設置位
置と対向する位置に設けられたダンパ（１Ｂ）Ｋよシ処
理される。

第１の反応ガス供給装置（１９）は、薄膜を形成する反
応ガスのうち、主に薄膜の原料となるガス（以下、第１
の反応ガスという）を供給するものであシ、第１の反応
ガスとしては種々のガスを用いることができるが、硬質
炭素膜を形成する場合には炭化水素系ガスなどが用いら
れる。第２の反応ガス供給装置（２１）は薄膜を形成さ
せる反応ガスのうち、紫外光による分解が容易で、かつ
、反応性の高い酸素原子あるいは水素原子を生成できる
反応ガス（以下、第２の反応ガスという）を供給するも
ので、第１の反応ガスおよび第２の反応ガスはそれぞれ
流量コントローラ（２υ）、（２２）によシ所定の流量
に調整された後、混合され、反応ガス供給ノズル（１７
）から基板（５）上に供給される。

パージガス供給装置（２４）は、光入射窓（１υ）内面
に反応生成物が付着するのを防止するためＫ、パージガ
スを反応容器（４）内へ供給するもので、供給されるパ
ージガスは流量コントローラ（２６）で流′Ｉｋ調整さ
れた後、反応容器（４）内へ、詳しくはスリン）　（２
３）の流側へ供給される。排気装置（９）により反応容
器（４）内から排気された反応ガスは、排ガス処理装置
（２６）で適宜処理が施された後、系外へ排出される。

その他、第２図、第３図におけると同一符号は同一部分
である。

かかる装置を用いて反応容器（４）内の基板（５）上に
ダイヤモンド状の硬質炭素からなる薄膜を形成するには
、紫外光発生装置（１）から発せられた紫外光（および
真空紫外光）、例えば、アルゴンフッ素エキシマレーザ
が集光レンズ（３）で集光された後、光入射窓（ｌＯ）
を経て反応容器（４）内の基板（６）上に集光照射され
る。そして、基板（６）上には、第１の反応ガス供給装
置（１９）よシ供給される薄膜の主原料となる第１の反
応ガス、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、
エチレン、アセチレン、アセトン、メチルアルコール、
エチルアルコ−／Ｌ；１およびベンゼン等の炭化水素系
ガス、またはそれらの混合ガスが流量コントローラ（２
０）で一定流量にｖＩ４整され、一方、第２の反応ガス
供給装置（２１）よシ紫外光によって分解して反応性の
高い活性な酸素原子を生成し得る第２の反応ガス、例え
ば−酸化二窒素、酸素、オゾンのうちのいずれかのガス
またはそれらの混合ガスが流量コントローラ（２２）に
よシ一定流量に調整され、第１の反応ガスと混合された
後、反応ガス供給ノズル（１７）よシ基板（６）上に供
給される。

基板（６）上では、集光照射された紫外光によって第１
の反応ガスからは活性状態の炭素原子が生成する一方、
第２の反応ガスからは反応性の高い活性状態の酸素原子
が生成される。

このようにして基板（６）上では紫外光によって生成さ
れた活性状態の炭素原子と酸素原子が存在す、ることと
な夛、両者が活発に反応して基板（６）上にダイヤモン
ド状の硬質炭素からなる薄膜が高速度で形成される。ま
た、同時に、基板（６）上に析出するダラファイト状の
炭素は酸素原子と反応してガス化し、薄膜から除去され
る結果、得られる薄膜は極めて高品質なものとなる。

なお、形成される薄膜の品質は基板（６）の温度によっ
ても大きく左右されるので、基板（６）を保持するホル
ダ（１３Ｎｃ設置された熱電対（１６）ｋよシ常時基板
温度をモニタしながら、ヒータ（６）を温度コントロー
ラ（７）で制御して所定の温度に保持することが望まし
い。また、反応容器（４）内の反応生成物が光入射窓（
ｌＯ）に付着すると、入射窓（１０）Ｋおける紫外光の
透過率が低下するため、反応生成物の光入射窓（ｌＯ）
への付着を防止すべく、パージガス供給装置（２４）か
ら供給されるパージガスが、流量コントローラ（２５）
で一定流量に調整されつつ反応容器（０内へ導入され、
光入射窓（ｌＯ）の内面に吹きつけられる。なお、スリ
ン）　（２３）は反応容器（４）内の反応生成物が光入
射窓（１０）内面方向へ拡散するのを低減する。

また上述の工程において反応容器（４）から出る紫外光
は、ダンパー（１８）によって処理される。

さらＫ、使用後に排気装置（９）によって排気される反
応ガスが排気ガス処理装置（２６）によって処理される
等の安全対策が施される。

なお、上記実施例では第２の反応ガスとして紫外光によ
って分解し活性状態の酸素原子を生成するガスについて
示したが、水素原子を生成するガス、例えば水素、アン
モニアのうちのいずれかのガス又はそれらの混合ガスで
あってもよい。

また、反応ガスを分解するのに用いる紫外光の光源とし
ては、前記アルゴンフッ素エキシマレーザ以外にも、例
えばクリプトンフッ素エキシマレーザ、フッ素エキシマ
レーザ、アルゴンエキシマレーザ、クリプトンエキシマ
レーザ等のレーザな用いることかでき、高出力ＹＡＧレ
ーザの高調波または色素レーザの高調波、ガラスレーザ
の高調波などを用いることもできる。さらＫ、軟Ｘ線、
シンクロトロン放射光の遠紫外光を用いてもよい。

さらＫ、第１の反応ガスは、前記炭化水素系ガス以外に
、例えば四塩化炭素、塩化メチル、クロロホルム、塩化
ビニル、クロロメタン等の塩素系炭化物のガスもしくは
それらの混合ガス、またはメチルアミン、ジメチルアミ
ン、トリメチルアミン等のアミン系炭化物のガスもしく
は、それらの混合ガス等も用いることができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、基板を収容した反応
容器に少なくとも２種類の反応ガスな送給するとともに
、送給された反応ガスを分解して基板上に薄膜を形成す
る方法において、前記反応ガスのうち少なくとも１種は
紫外光によって分解され反応性の扁い活性な酸素原子あ
るいは灰層原子を生成し、他の反応ガスと反応させつつ
上記基板上に薄膜を形成することによシ、基板上への薄
膜形成が高速に行われ、基板上には不純成分の少ない高
品質の薄膜が形成されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に使用する装置の概略立面
図、第２図、第３図はそれぞれ従来の薄膜形成方法に使
用する装置の要部概略立面図である。（１）・・紫外光発生装置、（４）・・反応容器、（５
）・・基板、（１９）・・第１の反応ガス供給装置、（
２１）・・第２の反応ガス供給装置。なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。代理人　　曾　　我　　道　　照　　、°−？１１：雫
外斃墨／ｊ：表１４；反烏客ネ５；基板１９：帛１の反Ｅ：ｆｔス伏給装置

Claims

【特許請求の範囲】

基板を収容した反応容器に少なくとも２種以上の反応ガ
スを送給するとともに、送給された前記反応ガスを分解
して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法において
、前記反応ガスのうち少なくとも１種は紫外光によつて
分解されて反応性の高い活性な酸素原子および水素原子
のいずれかを生成するガスとし、他の前記反応ガスのう
ち少なくとも１種は炭素化合物を含むガスとし、これら
反応ガスに紫外光を照射することにより、前記反応ガス
を分解して活性な前記酸素原子および前記水素原子のい
ずれかと前記炭素化合物を含む反応ガスとを反応させつ
つ前記基板上に薄膜を形成することを特徴とする薄膜形
成方法。