JPH0375297A - ダイヤモンド薄膜合成法 - 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】 ダイヤモンド薄膜の合或は物理蒸着（ＰＶＤ）及び化学
蒸着（ＣＶＤ）を用い種々な方法で行われている１本発
明はＰＶＤ法の内、とくにイオン化蒸着法に基づき、大
量生産を目的とした大面積のダイヤモンド薄膜合成法に
関するものである。

イオン化蒸着法は、薄膜合成時の基板温度が低いため、
微結晶ダイヤで構成された表面の極めて滑らかな膜の形
成が可能であり、また、温度による基板の制限も（ＣＶ
Ｄ）法よりはるかに少ないと言う特長を有し、実用面か
ら計り知れない用途が期待されている。しかし、膜の生
産性と言う立場から装置を眺めると、まだ解決すべき問
題が幾つか残されている０例えば、大面積のダイヤ薄膜
の合成、量産性、装置の安定性等の問題がある。

以下、これらの問題につき具体的な説明を行う。

まず、第１図は従来のイオン化蒸着装置である。

動作は、加熱したフィラメント１と円筒電極２の間に、
炭化水素ガスを３より導入し、加熱、熱分解すると共に
イオン化し、これを負に印加した基板６で加速すると共
に、グリッド５を通して薄膜合成を行うものである。た
だ問題は、この様な装置ではフィラメントを使用してい
るため、ここに当然寿命があり、その都度フィラメント
交換をしなければならないと言う不便さがある。また、
基板６に合成された膜の膜厚分布についても、膜は装置
の構造上、中心から周辺に行くに従って薄くなり、均一
な厚さの膜を要求する場合は基板６の大きさに制限が加
わり、従って、この様な方法で均一な膜の大面積化は極
めて難しい。

第２図は上述のようなフィラメントの寿命、および大面
積化の問題を解決したものである。まず、フィラメント
についてはイオンの発生源に高周波及び直流電力を加え
ることでこれを除去した。

具体的な構造は、高密度イオン源を実現するため図のよ
うな形状になっている。同図で、１は円筒のサマリュウ
ムーコバルト系の磁石で、キュウリ−点は７００℃近に
くある。２は磁性ステンレス鋼で磁気回路を構成してい
る。３は円盤状の放電電極で、高周波ｉｌｔ源７より直
流を重畳した高周波電圧が内導体６を通して印加されて
いる。

薄膜合成用の炭化水素ガスは８より供給され、６の内側
を通り、電極３の上下の隙間より放射状に放出される。

このとき、強力なプラズマが電極３と磁極Ｎ、　　Ｓの
間で発生し、正の炭化水素イオンのみが負に印加した基
板９に向けて加速され、基板に高速で債突し、ダイヤ薄
膜が合成される。

なお、グリッド１０は基板電位を均一に保つと共に膜の
表面とイオン源の間で起こる放電を防止するために設け
である。

つぎに、膜の量産性であるが、第２図で基板９はｖｌＩ
Ｗｉの基板６を横にし、電極３を中心とした同軸状の配
置になっている。したがって、膜の大面積化の問題もこ
こで解決されている。即ち、イオン源に対、基板をこの
様な配置にすることにより、膜は第１図の膜の約６倍の
面積に拡大することが可能になっている。

第図３は本装置のＲＦ入力電力と蒸着速度の関係を示す
、蒸着速度は入力電力以外に真空槽内のガス圧、基板温
度、基板電圧等によっても大きな影響をうける。ガス圧
については放電の動作領域があり、良好な動作領域は１
−０．０１　　Ｔｏｒｒである。基板温度は２ｏｏ〜３
００’Ｃで、３５０’Ｃ以上になると膜の表面にススが
発生する。同図は基板温度２５０℃の場合である。また
、基板電圧にも良好な範囲があり、３００Ｖ以上負電圧
を加えて行くと、膜の一部がスパッタされ、したがって
、蒸着速度が減少してくる。同図は基板電圧を３゜Ｏ■
に設定した場合の特性である。

第図４は合成された膜の膜厚の変動を示す。ここで、横
軸は電！１３を軸として基板を回転した角度である。膜
厚は０．５〜５μまで変化して調べたが、角度方向（膜
の長さ方向）に対する膜厚の変動は殆ど検出できない程
度である。

第図５は膜の硬度をビッカース硬度で表したものである
１図のように、硬度は基板電圧、や温度で変化するが、
硬度６０００以上の部分はダイヤモンドの領域に入って
いることがわかる。

なお、本装置で合成した膜の抵抗率、熱伝導率等もダイ
ヤモンドの値と同じ値を示しており、また電子線回折に
よる構造解析の結果からも膜はダイヤモンド微結晶で構
成されていることが゛確認されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のイオン化蒸着装置、Ｉ！２図はフィラメ
ントを除去した大面積イオン化蒸着装置、１１３図はダ
イヤモンド膜の蒸着速度とＲＦ電力の関係、第４図は膜
の縦方向の膜厚の変動、第５図は基板電圧とビッカース
硬度の関係を示す。 メＩＩ密 懸 墓ら 第２Ｊヨ Ｏ ００ ００ 消／［（／１） ００ ００ Ｆ？Ｆ電７’７　（Ｗ） １０■ ２００　　　　　　４００ 基級電丘Ｅｓ（Ｖ） 手続補正書 （自発） （ 円） 平成元年０８月２５日 平成１年８月２（ｉ口差出 ２゜ 発明の名称 ダイヤモンド薄膜合成法 氏 名 ナンＡ″］シカフ 難波義捷 喋・ 印 ５＃ 補正命令の日付 平成元年８月２４日 ６゜ 補正により増加する発明の数 なし ７゜ 補正の対象 明細書添付図面の第５図 ８゜ 補正の内容 第５図を同封の図面と差し替える。 第ζ図 薔釈室斤Ｅり（Ｖ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高周波に磁界を加えた高密度のイオン源を用いて
   炭化水素ガスをイオン化し、これを放射状に放出させ、
   電界で加速して基板と衝突させることによりダイヤモン
   ド膜の合成を行うことを特長とする方式
2. （２）イオン源を中心軸とし、軸から等距離に基板を配
   置することにより、膜厚の一様な大面積の薄膜合成を行
   うことを特長とする方式