JPH04157152A - 同軸型高周波イオン化蒸着装置 - Google Patents
同軸型高周波イオン化蒸着装置Info
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- JPH04157152A JPH04157152A JP28202790A JP28202790A JPH04157152A JP H04157152 A JPH04157152 A JP H04157152A JP 28202790 A JP28202790 A JP 28202790A JP 28202790 A JP28202790 A JP 28202790A JP H04157152 A JPH04157152 A JP H04157152A
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Landscapes
- Physical 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】
現在超硬質膜、特にダイヤモンド膜の合成に於いて低温
で表面の滑らかな薄膜の合成が要求されている。この目
的に対して各種の物理蒸着（ＰＶＤ）法、化学蒸着（Ｃ
ＶＤ）法がそれぞれ試みられている０本発明は、ＰＶＤ
法の内、新しいイオン源を用いたイオン化蒸着に関する
もので、従来使用されていた第１図のような熱電子放出
フィラメントを高周波プラズマ中で加熱することにより
、フィラメントの断線を防止し、高周波プラズマを広い
範囲で動作可能にした高融点、超硬質薄膜合成用イオン
化蒸着装置の開発に関するものである。
で表面の滑らかな薄膜の合成が要求されている。この目
的に対して各種の物理蒸着（ＰＶＤ）法、化学蒸着（Ｃ
ＶＤ）法がそれぞれ試みられている０本発明は、ＰＶＤ
法の内、新しいイオン源を用いたイオン化蒸着に関する
もので、従来使用されていた第１図のような熱電子放出
フィラメントを高周波プラズマ中で加熱することにより
、フィラメントの断線を防止し、高周波プラズマを広い
範囲で動作可能にした高融点、超硬質薄膜合成用イオン
化蒸着装置の開発に関するものである。
一般に、イオンを安定に生成させるため、イオン源には
熱電子放出用フィラメントを使用する場合が多い、しか
し、これを直流加熱し、長時間使用すると寿命がきて断
線するという問題がある。
熱電子放出用フィラメントを使用する場合が多い、しか
し、これを直流加熱し、長時間使用すると寿命がきて断
線するという問題がある。
さらにフィラメントを使用した場合はガス圧の変化に対
して安定な領域があまり大きくとれないこと、また、プ
ラズマ密度にも限度がある。はん発明はこのよう点を改
良したものである。以下本発明を図の装置と共に説明す
る。
して安定な領域があまり大きくとれないこと、また、プ
ラズマ密度にも限度がある。はん発明はこのよう点を改
良したものである。以下本発明を図の装置と共に説明す
る。
図１はダイヤモンド膜合成に使用される従来のイオン化
蒸着装置の１例で、この場合プラズマは熱電子放出用フ
ィラメント（１）と、正に印加した円筒電極（２）の間
で発生し、磁界（３）によってそれが促進される。 （
４）から導入されたガスはこのようにしてプラズマ状に
なり、負にバイアスされた基板に対してイオンのみが加
速され。
蒸着装置の１例で、この場合プラズマは熱電子放出用フ
ィラメント（１）と、正に印加した円筒電極（２）の間
で発生し、磁界（３）によってそれが促進される。 （
４）から導入されたガスはこのようにしてプラズマ状に
なり、負にバイアスされた基板に対してイオンのみが加
速され。
ダイヤモンド膜が形成される。
このような装置では、フィラメントが一部消耗してくる
とその部分の抵抗が大きくなり、同時に熱損失も大きく
なり、発熱して断線に至る。また。
とその部分の抵抗が大きくなり、同時に熱損失も大きく
なり、発熱して断線に至る。また。
フィラメントの形状も、電流を流すためには図のように
ヘアピン状になり、そのために円周方向に−様な放電を
起こさせることができない、即ち、上から見たイオン源
内部のプラズマは円周方向に密度分布を生じ、そのため
−様な厚みの膜が得られないことになる。
ヘアピン状になり、そのために円周方向に−様な放電を
起こさせることができない、即ち、上から見たイオン源
内部のプラズマは円周方向に密度分布を生じ、そのため
−様な厚みの膜が得られないことになる。
図２は上述のような問題を解決すると共に、放電中のプ
ラズマ密度の増大及び動作圧力の範囲の拡大を計ったも
のである。以下その原理について説明を行なう。
ラズマ密度の増大及び動作圧力の範囲の拡大を計ったも
のである。以下その原理について説明を行なう。
まず、本装置は（１）を内導体、 （２）を外導体とす
る同軸状イオン源で、高周波（ＲＦ）を力は同軸コネク
ター（４）、 （５）より供給される。
る同軸状イオン源で、高周波（ＲＦ）を力は同軸コネク
ター（４）、 （５）より供給される。
プラズマ発生に必要なガスは絶縁物（３）の一部にあけ
たガス導入口より導入される。ここで、（８）はプラズ
マ密度を上げるために必要なマグネット、 （７）は水
冷パイプである。 （９）は基板で、負電圧が印加され
ているので、プラズマ中のガスイオンのみが加速され膜
が形成される。
たガス導入口より導入される。ここで、（８）はプラズ
マ密度を上げるために必要なマグネット、 （７）は水
冷パイプである。 （９）は基板で、負電圧が印加され
ているので、プラズマ中のガスイオンのみが加速され膜
が形成される。
次に、イオン化蒸着に必要な高密度プラズマの発生機構
につき述べる。まず、同軸の中心導体の半径をｒ、外形
をＲ１印加電圧をＶとすると同軸内の最大電界強度 Ｅ
−は Ｅｍ−Ｖ／（ｒｌｏａ（Ｒ／ｒ））
（Ｖ／ｍ）で与えられる。したがって、■が与えられれ
ばｒが小さいほど電界強度が強くなり、プラズマ発生が
容易になる。ここでは Ｒ−１２ｌ■、ｒ−０，４−一
に設定されている。
につき述べる。まず、同軸の中心導体の半径をｒ、外形
をＲ１印加電圧をＶとすると同軸内の最大電界強度 Ｅ
−は Ｅｍ−Ｖ／（ｒｌｏａ（Ｒ／ｒ））
（Ｖ／ｍ）で与えられる。したがって、■が与えられれ
ばｒが小さいほど電界強度が強くなり、プラズマ発生が
容易になる。ここでは Ｒ−１２ｌ■、ｒ−０，４−一
に設定されている。
一方、プラズマ中の電子は外部磁界により螺旋運動をし
ながらガスと衝突電離を繰り返すのでプラズマの発生は
さらに増加する。
ながらガスと衝突電離を繰り返すのでプラズマの発生は
さらに増加する。
この状態で入力電力を増加していくと、内導体の損失が
増加し、発熱により温度が上昇し、ついに表面から熱電
子放出が始まる。即ち、電流入力端子が一つで直流によ
るフィラメント加熱と全く同じ効果が実現する。この領
域では、放出された熱電子は放電を持続させると共に、
プラズマの発生を急増させる作用が生じる０本発明はこ
の点にある。上述の関係を図３に示す、ｐｑ図で、入力
電力に対してプラズマが急増し始める点が熱電子放射の
始まる点である。この場合、圧力は０．Ｉ Ｔｏｒｒと
し、ガスはメタンガスを使用した。このようなイオン源
に対しては下記のような特長が生じてくる。
増加し、発熱により温度が上昇し、ついに表面から熱電
子放出が始まる。即ち、電流入力端子が一つで直流によ
るフィラメント加熱と全く同じ効果が実現する。この領
域では、放出された熱電子は放電を持続させると共に、
プラズマの発生を急増させる作用が生じる０本発明はこ
の点にある。上述の関係を図３に示す、ｐｑ図で、入力
電力に対してプラズマが急増し始める点が熱電子放射の
始まる点である。この場合、圧力は０．Ｉ Ｔｏｒｒと
し、ガスはメタンガスを使用した。このようなイオン源
に対しては下記のような特長が生じてくる。
まず、本発明の第１の特長は上述の如く安定した高密度
イオン源が可能になり、放電の持続する範囲が大幅に拡
大される。第２はプラズマがイオン源から放射状に放出
されているので、基板上に−様な厚さの膜形成が可能で
ある。即ち、第１図に示した従来のイオン源ではこのよ
うな対称性のよいイオンビームは得られない、第３は、
第２図に示すように、電流の供給端子が１つだけである
。
イオン源が可能になり、放電の持続する範囲が大幅に拡
大される。第２はプラズマがイオン源から放射状に放出
されているので、基板上に−様な厚さの膜形成が可能で
ある。即ち、第１図に示した従来のイオン源ではこのよ
うな対称性のよいイオンビームは得られない、第３は、
第２図に示すように、電流の供給端子が１つだけである
。
したがって、フィラメントが途中で断線し、成膜不能に
なるような心配は全くない、第４は、入力電力の大部分
がイオン源内部で効率よく消費されるので、漏洩電力は
少なく、この電力による装置内での放電はほとんど生じ
ない、第５は、内輪導体を蒸発源物質に選ぶことにより
、タングステン、モリブデン、タンタル等の高融点物質
のイオン化蒸着が可能になる。さらに、ダイヤモンド合
成の場合は、内導体に炭素棒を使用することにより、不
純物の少ないダイヤモンド膜の低温合成が可能になる。
なるような心配は全くない、第４は、入力電力の大部分
がイオン源内部で効率よく消費されるので、漏洩電力は
少なく、この電力による装置内での放電はほとんど生じ
ない、第５は、内輪導体を蒸発源物質に選ぶことにより
、タングステン、モリブデン、タンタル等の高融点物質
のイオン化蒸着が可能になる。さらに、ダイヤモンド合
成の場合は、内導体に炭素棒を使用することにより、不
純物の少ないダイヤモンド膜の低温合成が可能になる。
第４図はイオン源の動作ガス圧力とプラズマ密度の関係
を示す実施例である。この場合、ガスはメタンガスで、
高周波電力を３００Ｗとし、内導体はＯ１８φのタング
ステン線使用し、Ｒ／ ｒ ＝ ３０とした。
を示す実施例である。この場合、ガスはメタンガスで、
高周波電力を３００Ｗとし、内導体はＯ１８φのタング
ステン線使用し、Ｒ／ ｒ ＝ ３０とした。
第５図は本装置によるダイヤモンド膜合成の実施例を示
す０合成条件は、まずメタンガスを使用し、真空槽内の
圧力を０． Ｉ Ｔｏｒｒに保ち、シリコン基板に一
４００ｖ電圧を印加し、イオン源には４００Ｗの高周波
電力を加えて得た膜である。同図は得られた膜のビッカ
ース硬度の電圧依存酸で、硬度はシリコンが８００〜１
０００程度であるのに対し、膜は最高７０００程度で、
すでにダイヤモンドの領域にある。なお、このような膜
の抵抗率は１０’〜１０−Ωｃｍで、膜の構造は電子線
回折のｉ果から、結晶粒が数１０人〜数１００人の微結
晶で構成されているダイヤモンド構造の膜であることが
確認されている。
す０合成条件は、まずメタンガスを使用し、真空槽内の
圧力を０． Ｉ Ｔｏｒｒに保ち、シリコン基板に一
４００ｖ電圧を印加し、イオン源には４００Ｗの高周波
電力を加えて得た膜である。同図は得られた膜のビッカ
ース硬度の電圧依存酸で、硬度はシリコンが８００〜１
０００程度であるのに対し、膜は最高７０００程度で、
すでにダイヤモンドの領域にある。なお、このような膜
の抵抗率は１０’〜１０−Ωｃｍで、膜の構造は電子線
回折のｉ果から、結晶粒が数１０人〜数１００人の微結
晶で構成されているダイヤモンド構造の膜であることが
確認されている。
４、図の説明
第１図は従来のイオン化蒸着装置 第２図は本発明によ
る同軸型イオン化蒸着装置、第３図は。 プラズマ密度の入力電力依存性、第４図はガス圧に対す
るイオン源の動作領域、第５図は、ダイヤモンド薄膜の
ビッカース硬度の１例でである。 斌２Ｑ 高周波電力（Ｗ） ガス圧力（Ｔｏｒｒ） 基板電圧（Ｖ）
る同軸型イオン化蒸着装置、第３図は。 プラズマ密度の入力電力依存性、第４図はガス圧に対す
るイオン源の動作領域、第５図は、ダイヤモンド薄膜の
ビッカース硬度の１例でである。 斌２Ｑ 高周波電力（Ｗ） ガス圧力（Ｔｏｒｒ） 基板電圧（Ｖ）
Claims (1)
- 本発明は、同軸型の高周波イオン源を内蔵するイオン
化蒸着法に於いて、イオン源の内導体を高周波入力で熱
電子放出領域まで加熱することにより、高密度プラズマ
を発生させ、かつ、幅広いガス圧領域で高融点金属膜、
超硬質膜、特にダイヤモンド膜合成を可能にすることを
特長とする装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28202790A JPH04157152A (ja) | 1990-10-22 | 1990-10-22 | 同軸型高周波イオン化蒸着装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28202790A JPH04157152A (ja) | 1990-10-22 | 1990-10-22 | 同軸型高周波イオン化蒸着装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04157152A true JPH04157152A (ja) | 1992-05-29 |
Family
ID=17647217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28202790A Pending JPH04157152A (ja) | 1990-10-22 | 1990-10-22 | 同軸型高周波イオン化蒸着装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04157152A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007035623A (ja) * | 2005-07-22 | 2007-02-08 | Sandvik Intellectual Property Ab | プラズマ活性を向上させる装置 |
-
1990
- 1990-10-22 JP JP28202790A patent/JPH04157152A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007035623A (ja) * | 2005-07-22 | 2007-02-08 | Sandvik Intellectual Property Ab | プラズマ活性を向上させる装置 |
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