JPH0627346B2 - マイクロ波プラズマによる膜形成装置、及びその方法 - Google Patents
マイクロ波プラズマによる膜形成装置、及びその方法Info
- Publication number
- JPH0627346B2 JPH0627346B2 JP1180359A JP18035989A JPH0627346B2 JP H0627346 B2 JPH0627346 B2 JP H0627346B2 JP 1180359 A JP1180359 A JP 1180359A JP 18035989 A JP18035989 A JP 18035989A JP H0627346 B2 JPH0627346 B2 JP H0627346B2
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- microwave
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマイクロ波プラズマによる膜形成装置、及びそ
の方法に係り、特に、試料基板の平均温度を低く保ちつ
つ表面層のみを局部的に加熱し、以つて、基板母材の特
性を劣化させることなくその表面層に硬質カーボン膜形
成を行うのに好適なマイクロ波プラズマによる膜形成装
置、及びその方法に関する。
の方法に係り、特に、試料基板の平均温度を低く保ちつ
つ表面層のみを局部的に加熱し、以つて、基板母材の特
性を劣化させることなくその表面層に硬質カーボン膜形
成を行うのに好適なマイクロ波プラズマによる膜形成装
置、及びその方法に関する。
従来のマイクロ波プラズマを用いた膜形成装置を第２図
に示す。該図において、マグネトロン１から出たマイク
ロ波は導波管２を通り、石英放電管４に導入される。石
英放電管４はソレノイドコイル３の中に置かれ、軸方向
磁界とマイクロ波電界との相互作用で、石英放電管４中
には試料ガスプラズマが発生する。プラズマは、高温炉
５中に置かれた基板６の表面に照射され、例えば、試料
ガスに（Ｈ2＋ＣＨ4）混合ガスを用いた場合には、基板
６の表面に数７００Å／分以上の成長速度でダイヤモン
ド等の硬質カーボン膜が形成される。
に示す。該図において、マグネトロン１から出たマイク
ロ波は導波管２を通り、石英放電管４に導入される。石
英放電管４はソレノイドコイル３の中に置かれ、軸方向
磁界とマイクロ波電界との相互作用で、石英放電管４中
には試料ガスプラズマが発生する。プラズマは、高温炉
５中に置かれた基板６の表面に照射され、例えば、試料
ガスに（Ｈ2＋ＣＨ4）混合ガスを用いた場合には、基板
６の表面に数７００Å／分以上の成長速度でダイヤモン
ド等の硬質カーボン膜が形成される。
ところが、このような従来装置においては、膜形成に行
うにあたり基板１６の温度を８００〜１０００℃に加熱
する必要があつた。このため、基板試料１６としては耐
高温材料しか適用できず、耐高温材料であつても、その
一部に低融点金属やガラス等を内蔵した構成であれば、
耐高温材料表面部分に膜形成を行うことはできなかつ
た。例えば、ＶＴＲ用磁気ヘツドのテープ摺動面に、炭
素イオン照射等により硬質カーボン膜をつけることは、
磁気ヘツドの摩耗性改善に有用であることは公知である
（特公昭53−34898 号公報参照）が、磁気ヘツドには接
着用の銀ロウ材、及びガラス等があるため、これを第２
図に示した従来装置を使い、ヘツド摺動面（耐高温性有
り）に硬質カーボン膜を形成させることは困難であつ
た。また、第２図の従来例で、基板１６全体が加熱され
るため、基板１６全面に膜が形成され、局所的に膜形成
を行うことが出来なかつた。
うにあたり基板１６の温度を８００〜１０００℃に加熱
する必要があつた。このため、基板試料１６としては耐
高温材料しか適用できず、耐高温材料であつても、その
一部に低融点金属やガラス等を内蔵した構成であれば、
耐高温材料表面部分に膜形成を行うことはできなかつ
た。例えば、ＶＴＲ用磁気ヘツドのテープ摺動面に、炭
素イオン照射等により硬質カーボン膜をつけることは、
磁気ヘツドの摩耗性改善に有用であることは公知である
（特公昭53−34898 号公報参照）が、磁気ヘツドには接
着用の銀ロウ材、及びガラス等があるため、これを第２
図に示した従来装置を使い、ヘツド摺動面（耐高温性有
り）に硬質カーボン膜を形成させることは困難であつ
た。また、第２図の従来例で、基板１６全体が加熱され
るため、基板１６全面に膜が形成され、局所的に膜形成
を行うことが出来なかつた。
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とす
るところは、被覆すべき表面が耐熱性があるにもかかわ
らず、その構成の一部に低融点物質を含むため、硬質カ
ーボン膜生成温度まで基板加熱できない試料であつて
も、目的とする基板表面に膜形成を可能ならしめるマイ
クロ波プラズマによる膜形成装置、及びその方法を提供
するにある。
るところは、被覆すべき表面が耐熱性があるにもかかわ
らず、その構成の一部に低融点物質を含むため、硬質カ
ーボン膜生成温度まで基板加熱できない試料であつて
も、目的とする基板表面に膜形成を可能ならしめるマイ
クロ波プラズマによる膜形成装置、及びその方法を提供
するにある。
本発明はマイクロ波を伝播させる導波管内部に置かれた
高融点絶縁物製の円筒内に試料基板を設置すると共に、
該円筒の上記マイクロ波導入側端部を上記磁界発生手段
の略中央部に位置させ、この磁界発生手段の略中央部に
位置する上記円筒の端面に、前記試料基板上に照射する
レーザー光を導入する光学材料から成る窓を設けた膜形
成装置、及び基板が置かれる石英管の磁界発生手段の略
中央部に位置するマイクロ波導入側端面に設けられた光
学材料から成る窓を通してレーザー光を導入し、このレ
ーザー光を基板表面に照射して加熱せしめる膜形成方法
を特徴とする。
高融点絶縁物製の円筒内に試料基板を設置すると共に、
該円筒の上記マイクロ波導入側端部を上記磁界発生手段
の略中央部に位置させ、この磁界発生手段の略中央部に
位置する上記円筒の端面に、前記試料基板上に照射する
レーザー光を導入する光学材料から成る窓を設けた膜形
成装置、及び基板が置かれる石英管の磁界発生手段の略
中央部に位置するマイクロ波導入側端面に設けられた光
学材料から成る窓を通してレーザー光を導入し、このレ
ーザー光を基板表面に照射して加熱せしめる膜形成方法
を特徴とする。
即ち、本発明は、基板を５００〜６００℃まで高温炉で
加熱しておき、目的とする表面（耐高温性材料表面）に
レーザー光をあて膜形成を行なうものである。つまり、
半導体試料のレーザーアニール技術によれば、レーザー
照射時の表面温度上昇θは次式で与えられる。（Ｊ.Ａ.
Ｐ.，５１，No.１，２７４（１９８０）参照） 第１式でＰはレーザーパワー（Ｗ）、Ｒは反射率、Ｋは
基板の熱伝導率（Ｗ／cm・deg）、ｒx はレーザー光半
径（cm）である。
加熱しておき、目的とする表面（耐高温性材料表面）に
レーザー光をあて膜形成を行なうものである。つまり、
半導体試料のレーザーアニール技術によれば、レーザー
照射時の表面温度上昇θは次式で与えられる。（Ｊ.Ａ.
Ｐ.，５１，No.１，２７４（１９８０）参照） 第１式でＰはレーザーパワー（Ｗ）、Ｒは反射率、Ｋは
基板の熱伝導率（Ｗ／cm・deg）、ｒx はレーザー光半
径（cm）である。
基板に、磁性材料である金属の鉄をとると、鉄の反射率
は６０００Å以下の波長の光に対して０．５６程度の値
である（東京天文台発行、理科年表、昭５６年版参
照）。一方、通常のＡｒレーザーを使つた場合、レーザ
ー光の波長は高々5145Åである。レーザー光の口径を５
０μｍ程度とすると、第(1) 式から、表面温度３００℃
に上げるに要するレーザーパワーは約７．５Ｗであり、
この値は通常、容易に取得できるレーザー出力である。
この場合、基板の深さ方向の温度分布は、数μｍの深さ
のところで、すでに基板平均温度になるため、表面のみ
を硬質カーボン膜生成温度まで加熱可能である。また、
レーザー光を光学的に走査することにより、表面の任意
の部分のみに膜形成を行うことも可能である。本実施例
は、このような考え方に基づき、従来のマイクロ波プラ
ズマ膜形成装置に対し、レーザー導入法を備えた膜形成
装置を見出したものである。
は６０００Å以下の波長の光に対して０．５６程度の値
である（東京天文台発行、理科年表、昭５６年版参
照）。一方、通常のＡｒレーザーを使つた場合、レーザ
ー光の波長は高々5145Åである。レーザー光の口径を５
０μｍ程度とすると、第(1) 式から、表面温度３００℃
に上げるに要するレーザーパワーは約７．５Ｗであり、
この値は通常、容易に取得できるレーザー出力である。
この場合、基板の深さ方向の温度分布は、数μｍの深さ
のところで、すでに基板平均温度になるため、表面のみ
を硬質カーボン膜生成温度まで加熱可能である。また、
レーザー光を光学的に走査することにより、表面の任意
の部分のみに膜形成を行うことも可能である。本実施例
は、このような考え方に基づき、従来のマイクロ波プラ
ズマ膜形成装置に対し、レーザー導入法を備えた膜形成
装置を見出したものである。
以下、本発明の膜形成装置の一実施例を第１図により説
明する。尚、符号は従来と同一のものは同符号を使用す
る。
明する。尚、符号は従来と同一のものは同符号を使用す
る。
該図に示す本実施例では、レーザー光の導入法として、
ソレノイドコイル３の略中央部に位置する石英放電管４
のマイクロ波伝播側端面に、導入レーザー光に対し透過
率の高い材質からなる窓１４（ここでは石英窓とした）
を使つた。又、マイクロ波立体回路である導波管２に小
孔９を設け、この孔９を通し外部からレーザー光８を通
した。この場合、小孔径は高々数cmであり、使用したマ
イクロ波は２．４５ＧＨＺ、波長１２cmのものである。
この場合、小孔径は、カツトオフを与える口径より充分
小さいため、洩れるマイクロ波パワーは極めて少なく、
実用上何ら問題はない。基板６にＳｉ，Ｆｅ等を使い、
ガスにメタンと水素との混合ガスを導入した。高温炉５
を使い、基板６を６００℃に加熱し、これに出力数Ｗ〜
数１０ＷのＡｒレーザーを導入し、基板６上に硬質カー
ボン膜を数１００Å／分以上の成長速度で堆積できた。
この時、マイクロ波パワーは数１００Ｗ、試料ガス圧は
０．０１〜１０Ｐａである。また膜の結晶性評価からは
ダイヤモンド構造のカーボン粒子の成長があることも分
つた。なお、本実施例では１μｍ以下のレーザー光を利
用したが、１μｍ以上の赤外光については、基板６の反
射係数が９０％以上になり、加熱効率が低下すること、
これに応じてレーザーパワーを極端に大きくする必要が
あること、窓１４の材料としてＮａＣｌ，ＫＢｒ等の潮
解性のあるものを利用しなければならず、実用上の取扱
いが困難なこと等のため、長波長光の使用は困難であつ
た。
ソレノイドコイル３の略中央部に位置する石英放電管４
のマイクロ波伝播側端面に、導入レーザー光に対し透過
率の高い材質からなる窓１４（ここでは石英窓とした）
を使つた。又、マイクロ波立体回路である導波管２に小
孔９を設け、この孔９を通し外部からレーザー光８を通
した。この場合、小孔径は高々数cmであり、使用したマ
イクロ波は２．４５ＧＨＺ、波長１２cmのものである。
この場合、小孔径は、カツトオフを与える口径より充分
小さいため、洩れるマイクロ波パワーは極めて少なく、
実用上何ら問題はない。基板６にＳｉ，Ｆｅ等を使い、
ガスにメタンと水素との混合ガスを導入した。高温炉５
を使い、基板６を６００℃に加熱し、これに出力数Ｗ〜
数１０ＷのＡｒレーザーを導入し、基板６上に硬質カー
ボン膜を数１００Å／分以上の成長速度で堆積できた。
この時、マイクロ波パワーは数１００Ｗ、試料ガス圧は
０．０１〜１０Ｐａである。また膜の結晶性評価からは
ダイヤモンド構造のカーボン粒子の成長があることも分
つた。なお、本実施例では１μｍ以下のレーザー光を利
用したが、１μｍ以上の赤外光については、基板６の反
射係数が９０％以上になり、加熱効率が低下すること、
これに応じてレーザーパワーを極端に大きくする必要が
あること、窓１４の材料としてＮａＣｌ，ＫＢｒ等の潮
解性のあるものを利用しなければならず、実用上の取扱
いが困難なこと等のため、長波長光の使用は困難であつ
た。
更に、レーザー光８を鏡等を使い走査することにより、
基板６の任意の位置に硬質カーボン膜を成長させること
もできる。
基板６の任意の位置に硬質カーボン膜を成長させること
もできる。
本実施例によれば、マイクロ波プラズマ膜形成装置の動
作条件を変えることなく、有効にレーザー光を基板を導
入でき、従つて、低融点材料をその一部に含んでいる種
々の実用素子表面に膜形成が可能となるので、実用に供
しその効果は著しく大である。
作条件を変えることなく、有効にレーザー光を基板を導
入でき、従つて、低融点材料をその一部に含んでいる種
々の実用素子表面に膜形成が可能となるので、実用に供
しその効果は著しく大である。
以上説明した本発明によれば、被覆すべき表面が耐熱性
があるにもかかわらず、その構成の一部に低融点物質を
含むため、硬質カーボン膜生成温度まで基板加熱できな
い試料であつても、目的とする基板表面に膜形成が可能
となるので、此種膜形成には非常に有効である。
があるにもかかわらず、その構成の一部に低融点物質を
含むため、硬質カーボン膜生成温度まで基板加熱できな
い試料であつても、目的とする基板表面に膜形成が可能
となるので、此種膜形成には非常に有効である。
第１図は本発明のマイクロ波プラズマによる膜形成装置
の一実施例を示す構成図、第２図は従来例を示す構成図
である。 １……マグネトロン、２……導波管、３……ソレノイド
コイル、４……石英放電管、５……高温炉、６……基
板、７……真空排気装置、８……レーザー光、９……小
孔、１４……窓。
の一実施例を示す構成図、第２図は従来例を示す構成図
である。 １……マグネトロン、２……導波管、３……ソレノイド
コイル、４……石英放電管、５……高温炉、６……基
板、７……真空排気装置、８……レーザー光、９……小
孔、１４……窓。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二宮 健 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−38464（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−9545（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (4)
- 【請求項１】マイクロ波を伝播させる導波管内部に置か
れた高融点絶縁物製の円筒と、該円筒に試料ガスを導入
するためのガス導入機構と、上記円筒を真空引きするた
めの排気装置と、上記マイクロ波の伝播方向と平行な方
向に磁界を印加するための磁界発生手段と、該磁界発生
手段の磁界とマイクロ波電界との相互作用により発生す
るプラズマが照射されて膜が形成される試料基板と、該
試料基板を加熱するための加熱手段とを備えたマイクロ
波プラズマによる膜形成装置において、 上記円筒内に試料基板を設置すると共に、該円筒の上記
マイクロ波導入側端部を上記磁界発生手段の略中央部に
位置させ、この磁界発生手段の略中央部に位置する上記
円筒の端面に、前記試料基板上に照射するレーザー光を
導入する光学材料から成る窓を設けたことを特徴とする
マイクロ波プラズマによる膜形成装置。 - 【請求項２】試料ガスを磁場中のマイクロ波放電により
プラズマ化し、このプラズマを高温炉中に置かれた基板
に照射して基板表面に膜を形成させるマイクロ波プラズ
マによる膜形成方法において、 上記基板が置かれる石英管の磁界発生手段の略中央部に
位置するマイクロ波導入側端面に設けられた光学材料か
ら成る窓を通してレーザー光を導入し、このレーザー光
を基板表面に照射して加熱せしめることを特徴とするマ
イクロ波プラズマによる膜形成方法。 - 【請求項３】上記レーザー光として波長１μｍ以下のも
のを利用して基板表面層の加熱を行うことを特徴とする
特許請求の範囲第２項記載のマイクロ波プラズマによる
膜形成方法。 - 【請求項４】上記レーザー光を絞り、これを導波管外か
ら鏡を使って基板表面上で走査し任意の領域のみに膜を
生成させることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
のマイクロ波プラズマによる膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1180359A JPH0627346B2 (ja) | 1989-07-14 | 1989-07-14 | マイクロ波プラズマによる膜形成装置、及びその方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1180359A JPH0627346B2 (ja) | 1989-07-14 | 1989-07-14 | マイクロ波プラズマによる膜形成装置、及びその方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP872983A Division JPH0686663B2 (ja) | 1983-01-24 | 1983-01-24 | マイクロ波プラズマによる膜形成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02138477A JPH02138477A (ja) | 1990-05-28 |
| JPH0627346B2 true JPH0627346B2 (ja) | 1994-04-13 |
Family
ID=16081869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1180359A Expired - Lifetime JPH0627346B2 (ja) | 1989-07-14 | 1989-07-14 | マイクロ波プラズマによる膜形成装置、及びその方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0627346B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019039533A1 (ja) * | 2017-08-25 | 2019-02-28 | セントラル硝子株式会社 | ダイヤモンド基板の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5335779B2 (ja) * | 1973-05-31 | 1978-09-28 | ||
| JPS593540B2 (ja) * | 1979-09-03 | 1984-01-24 | 三菱電機株式会社 | 窒化膜形成法 |
-
1989
- 1989-07-14 JP JP1180359A patent/JPH0627346B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02138477A (ja) | 1990-05-28 |
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