JPH0760665B2 - 表面改質装置 - Google Patents
表面改質装置Info
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- JPH0760665B2 JPH0760665B2 JP57176140A JP17614082A JPH0760665B2 JP H0760665 B2 JPH0760665 B2 JP H0760665B2 JP 57176140 A JP57176140 A JP 57176140A JP 17614082 A JP17614082 A JP 17614082A JP H0760665 B2 JPH0760665 B2 JP H0760665B2
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
- H01J37/3178—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for applying thin layers on objects
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は表面改質装置に係り、特に、試料基板にイオン
打ち込みを行ってその表面の硬さ、耐食性等を改良した
り、或いは基板表面上に別の硬質膜を堆積して基板の表
面改質を行うものに好適な表面改質装置に関する。
打ち込みを行ってその表面の硬さ、耐食性等を改良した
り、或いは基板表面上に別の硬質膜を堆積して基板の表
面改質を行うものに好適な表面改質装置に関する。
従来、材料表面の特性を改善するために、試料にイオン
打込みを行い、その表面層だけを母材の性質より優れた
特性を持つ薄層に改質する手法が使われてきた。また、
プラズマによる化学反応で試料表面上に良質の膜を形成
したり、或いはイオンビームを減速させて膜を堆積させ
ることにより、母材に欠けている表面特性を補う手法が
行なわれてきた。しかしながら、プラズマ法では形成膜
と母材との密着力が悪く、又、不純物が混入しやすく膜
質に再現性が乏しかつた。一方、打込み法やビーム減速
法ではビーム純度が高く、制御性や再現性、密着力が優
れているものの、結晶性等の膜質は悪かつた。
打込みを行い、その表面層だけを母材の性質より優れた
特性を持つ薄層に改質する手法が使われてきた。また、
プラズマによる化学反応で試料表面上に良質の膜を形成
したり、或いはイオンビームを減速させて膜を堆積させ
ることにより、母材に欠けている表面特性を補う手法が
行なわれてきた。しかしながら、プラズマ法では形成膜
と母材との密着力が悪く、又、不純物が混入しやすく膜
質に再現性が乏しかつた。一方、打込み法やビーム減速
法ではビーム純度が高く、制御性や再現性、密着力が優
れているものの、結晶性等の膜質は悪かつた。
以下、本発明に関する従来例を、低速ビーム法によるカ
ーボン膜形成装置で代表させて説明する。
ーボン膜形成装置で代表させて説明する。
第１図は従来の低速イオンビームによる膜形成装置を説
明する図である。即ち、イオン源１から引出されたイオ
ンビーム３′は質量分離器２によつてカーボンイオンビ
ームだけに質量分離される。分折管３はイオン源１及び
試料台上におかれた試料基板６に対し負電圧に保たれて
いる。４は絶縁碍子である。基板６はイオン源１より数
10V低い正電圧に保たれているため、質量分離されたカ
ーボンビームは、減速電極（基板と同電位）５によつて
減速を受け、数10Vのエネルギーを持つて基板６上に堆
積されていた。しかしながら、本従来例では、基板６上
にカーボン膜を形成しても、一般に、その膜質は良好で
なく無定形炭素になる欠点があつた。一方、CVD法の膜
形成実験によれば、高温中でのCmHnとH2ガスの反応で基
板上にダイヤモンド薄膜が形成されることが近年知られ
てきた。この場合、生成される膜が無定形炭素になる
か、或いは結晶性を持つ硬質膜になるかは、膜生成中の
水素ラジカルの有無に依存すると考えられている。
明する図である。即ち、イオン源１から引出されたイオ
ンビーム３′は質量分離器２によつてカーボンイオンビ
ームだけに質量分離される。分折管３はイオン源１及び
試料台上におかれた試料基板６に対し負電圧に保たれて
いる。４は絶縁碍子である。基板６はイオン源１より数
10V低い正電圧に保たれているため、質量分離されたカ
ーボンビームは、減速電極（基板と同電位）５によつて
減速を受け、数10Vのエネルギーを持つて基板６上に堆
積されていた。しかしながら、本従来例では、基板６上
にカーボン膜を形成しても、一般に、その膜質は良好で
なく無定形炭素になる欠点があつた。一方、CVD法の膜
形成実験によれば、高温中でのCmHnとH2ガスの反応で基
板上にダイヤモンド薄膜が形成されることが近年知られ
てきた。この場合、生成される膜が無定形炭素になる
か、或いは結晶性を持つ硬質膜になるかは、膜生成中の
水素ラジカルの有無に依存すると考えられている。
低速イオンビーム法による膜形成は、CVD法に比べビー
ム純度が極めて良いため再現性のある膜ができる特徴が
ある。また、ビーム電流の測定により、基板に照射され
るカーボンイオン数を直接測定できるから、膜生成速度
を始めとして各種制御性に優れる利点があつた。
ム純度が極めて良いため再現性のある膜ができる特徴が
ある。また、ビーム電流の測定により、基板に照射され
るカーボンイオン数を直接測定できるから、膜生成速度
を始めとして各種制御性に優れる利点があつた。
なお第１図において、減速電極系を除去し、基板６を分
析管３の電位に保てば、打込みによる従来の表面改質装
置になる。
析管３の電位に保てば、打込みによる従来の表面改質装
置になる。
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、制御性や再現性に優れた良質の硬質膜を高
速に形成できる表面改質装置を提供するにある。
るところは、制御性や再現性に優れた良質の硬質膜を高
速に形成できる表面改質装置を提供するにある。
上記目的を達成するために本発明においては、イオンビ
ームを使つた表面改質装置において、試料台と質量分離
器との間にプラズマ室を設け、試料基板をプラズマ雰囲
気中におくことにより、制御性、再現性に優れた良質の
硬質膜を高速に形成させるようにしたことを特徴として
いる。
ームを使つた表面改質装置において、試料台と質量分離
器との間にプラズマ室を設け、試料基板をプラズマ雰囲
気中におくことにより、制御性、再現性に優れた良質の
硬質膜を高速に形成させるようにしたことを特徴として
いる。
即ち、最近のCVD法による膜実験から、イオンビームを
使つた薄膜形成や表面層改質ではラジカルの存在が極め
て重要な働きをすることが明らかになつている。本発明
はこの様な観点から、イオンビームによる改質装置に対
し、ラジカル供給源としてラジカル濃度が高く、ビーム
系に影響を及ぼさない、いわゆるプラズマを利用し、膜
質や表面層の特性改善を行うものである。以下、低速ビ
ーム法による硬質膜形成について、上記効果を詳細に述
べる。
使つた薄膜形成や表面層改質ではラジカルの存在が極め
て重要な働きをすることが明らかになつている。本発明
はこの様な観点から、イオンビームによる改質装置に対
し、ラジカル供給源としてラジカル濃度が高く、ビーム
系に影響を及ぼさない、いわゆるプラズマを利用し、膜
質や表面層の特性改善を行うものである。以下、低速ビ
ーム法による硬質膜形成について、上記効果を詳細に述
べる。
従来のCVD法によるダイヤモンド膜形成速度は100A/分前
後に抑えられていた。これは、CVD法では熱フイラメン
ト等の加熱による水素ラジカル発生を行つているため、
水素ラジカル濃度が低いからである。ところで、この堆
積速度に見合うカーボン原子フラツクスをイオンビーム
で得る場合、その電流密度は1mA/cm2の桁で十分であ
る。最近、大電流ビームが得られるマイクロ波イオン源
の開発により、1mA/cm2以上の低速ビームを得ることは
極めて容易である。従つて、低速ビーム法では、CVD法
より高い堆積速度を持つダイヤモンド膜形成が十分に可
能である。しかし、この場合、CVD法に比べ十分な濃度
を持つ水素ラジカル供給源が必要な事は明らかである。
そこで本発明は、この供給源にプラズマを使い、制御性
や再現性の良い、良質のダイヤモンド膜を高速に形成さ
せようとするものである。
後に抑えられていた。これは、CVD法では熱フイラメン
ト等の加熱による水素ラジカル発生を行つているため、
水素ラジカル濃度が低いからである。ところで、この堆
積速度に見合うカーボン原子フラツクスをイオンビーム
で得る場合、その電流密度は1mA/cm2の桁で十分であ
る。最近、大電流ビームが得られるマイクロ波イオン源
の開発により、1mA/cm2以上の低速ビームを得ることは
極めて容易である。従つて、低速ビーム法では、CVD法
より高い堆積速度を持つダイヤモンド膜形成が十分に可
能である。しかし、この場合、CVD法に比べ十分な濃度
を持つ水素ラジカル供給源が必要な事は明らかである。
そこで本発明は、この供給源にプラズマを使い、制御性
や再現性の良い、良質のダイヤモンド膜を高速に形成さ
せようとするものである。
上記発明の場合、減速されたイオンビームとプラズマの
相互作用により、イオンビームがさらに減速を受け、方
向が変つたり、エネルギーがさらに低くなることが予想
されるが、通常の定常プラズマ（ne1011ケ/cm3,Te1
0eV）を使う限り、これらの効果は極めて小さい（Plama
Physics,Vo1.14,pp367,1972,参照）。従つて、エネル
ギー値をそろえてビーム蒸着を行うという低速ビーム法
の特徴は何ら損なわれることはない。
相互作用により、イオンビームがさらに減速を受け、方
向が変つたり、エネルギーがさらに低くなることが予想
されるが、通常の定常プラズマ（ne1011ケ/cm3,Te1
0eV）を使う限り、これらの効果は極めて小さい（Plama
Physics,Vo1.14,pp367,1972,参照）。従つて、エネル
ギー値をそろえてビーム蒸着を行うという低速ビーム法
の特徴は何ら損なわれることはない。
以下、本発明の一実施例をまず、低速ビームによる薄膜
形成について、第２図により説明する。第２図で分るよ
うに、本発明では減速電極５と基板６との間にプラズマ
生成室12を設け、ここに、コツク８を通してガスを矢印
方向から導入する。R.F.（Radio Fregueney）コイル７
に高周波電源９からの高周波パワーを供給することによ
り、試料台上に載置されている基板６の前方にプラズマ
13を作り、基板６がプラズマ13にさらされる様にした。
高周波として周波数13.45MHzのものを使い、イオンビー
ム３′にカーボンイオンを使い、数10eV前後のエネルギ
ーで堆積を行い、CVD法と同等な良質の硬質膜を、CVD法
より高い堆積速度で形成できた。本実施例ではプラズマ
13の発生方法として、いわゆるR.F.プラズマ発生手段を
使つているが、プラズマ源が分析管３より高い電位にあ
るため、プラズマ13中のイオンが分析管３側に引出され
る現象があつた。しかし、この量は数mAの桁であり、引
出されたイオンも分析管３の内壁にあたるだけで、本来
のビームの減速機能には何ら支障はなかつた。また、基
板６の後方に加熱ヒーター（図示せず）を取付けて同様
な膜形成を行つたところ、結晶性に著しい改善が見られ
た。また、供給ガスを水素ガスから、CnHmを含む水素ガ
スに変えたところ、膜堆積速度が上昇するなどの改善が
見られた。この他、基板６をプラズマ室12に対し、電気
的に絶縁し、かつ、プラズマ13に対し負の電圧を印加し
て、プラズマ13中のC+,H+イオンが基板６にあたる様に
した実験でも、膜質の改善が見られた。
形成について、第２図により説明する。第２図で分るよ
うに、本発明では減速電極５と基板６との間にプラズマ
生成室12を設け、ここに、コツク８を通してガスを矢印
方向から導入する。R.F.（Radio Fregueney）コイル７
に高周波電源９からの高周波パワーを供給することによ
り、試料台上に載置されている基板６の前方にプラズマ
13を作り、基板６がプラズマ13にさらされる様にした。
高周波として周波数13.45MHzのものを使い、イオンビー
ム３′にカーボンイオンを使い、数10eV前後のエネルギ
ーで堆積を行い、CVD法と同等な良質の硬質膜を、CVD法
より高い堆積速度で形成できた。本実施例ではプラズマ
13の発生方法として、いわゆるR.F.プラズマ発生手段を
使つているが、プラズマ源が分析管３より高い電位にあ
るため、プラズマ13中のイオンが分析管３側に引出され
る現象があつた。しかし、この量は数mAの桁であり、引
出されたイオンも分析管３の内壁にあたるだけで、本来
のビームの減速機能には何ら支障はなかつた。また、基
板６の後方に加熱ヒーター（図示せず）を取付けて同様
な膜形成を行つたところ、結晶性に著しい改善が見られ
た。また、供給ガスを水素ガスから、CnHmを含む水素ガ
スに変えたところ、膜堆積速度が上昇するなどの改善が
見られた。この他、基板６をプラズマ室12に対し、電気
的に絶縁し、かつ、プラズマ13に対し負の電圧を印加し
て、プラズマ13中のC+,H+イオンが基板６にあたる様に
した実験でも、膜質の改善が見られた。
第３図は本発明に基づく別の実施例を説明する図であ
る。本発明ではR.F.プラズマ発生手段の代りに、低いガ
ス圧でプラズマ発生の行えるマイクロ波放電プラズマ発
生手段を利用したものである。つまり、プラズマ室12に
導波管14を通してマイクロ波を導き、同時にコイル10に
よる磁場を形成させて行なう。この場合、動作圧が低い
のでガスの利用率が良く、分析部の圧力劣化が少ないの
で、イオン源、分析部の安定動作が行える利点がある。
る。本発明ではR.F.プラズマ発生手段の代りに、低いガ
ス圧でプラズマ発生の行えるマイクロ波放電プラズマ発
生手段を利用したものである。つまり、プラズマ室12に
導波管14を通してマイクロ波を導き、同時にコイル10に
よる磁場を形成させて行なう。この場合、動作圧が低い
のでガスの利用率が良く、分析部の圧力劣化が少ないの
で、イオン源、分析部の安定動作が行える利点がある。
なお、第２図、第３図において、プラズマ13を点火し、
減速電極系５および基板６を分析管３と同電位にし、ま
ず、基板６に高エネルギーのC+イオンの打込みをした
後、本発明による膜形成を行つた。この場合、イオン打
込みにより、形成された膜と基板６との機械的密着力が
飛躍的に改善された。
減速電極系５および基板６を分析管３と同電位にし、ま
ず、基板６に高エネルギーのC+イオンの打込みをした
後、本発明による膜形成を行つた。この場合、イオン打
込みにより、形成された膜と基板６との機械的密着力が
飛躍的に改善された。
第４図は本発明に基づく別の実施例を説明する図であ
る。図では、減速電極を取去り、質量分離された、ビー
ムはイオン源１で加速されたエネルギーのままで基板６
に打込まれる。11はアーススリツトである。基板６の前
方のプラズマ室12にはR.F.コイル７によるプラズマ13が
生成され、基板６はプラズマ13にさらされながらイオン
打込みされる。基板６に鉄を使い、イオンビームに10〜
40KeVのＮイオンを使い、又、基板６の前方のプラズマ
室12にN2ガスのプラズマ13を作つて膜形成を行つたとこ
ろ、表面層の硬い窒化膜が作成できた。
る。図では、減速電極を取去り、質量分離された、ビー
ムはイオン源１で加速されたエネルギーのままで基板６
に打込まれる。11はアーススリツトである。基板６の前
方のプラズマ室12にはR.F.コイル７によるプラズマ13が
生成され、基板６はプラズマ13にさらされながらイオン
打込みされる。基板６に鉄を使い、イオンビームに10〜
40KeVのＮイオンを使い、又、基板６の前方のプラズマ
室12にN2ガスのプラズマ13を作つて膜形成を行つたとこ
ろ、表面層の硬い窒化膜が作成できた。
以上説明した本発明の表面改質装置によれば、試料台と
質量分離器との間にプラズマ室を設け、少なくとも前記
試料にイオンビームを照射するときには、該試料がプラ
ズマ雰囲気中におかれているものであるから、制御性や
再現性に優れた良質の硬質膜を高速に形成できるので、
ダイヤモンド薄膜を始めとして各種の任意な組成の良質
膜が形成でき、実用に供し、その効果は著しく大であ
る。
質量分離器との間にプラズマ室を設け、少なくとも前記
試料にイオンビームを照射するときには、該試料がプラ
ズマ雰囲気中におかれているものであるから、制御性や
再現性に優れた良質の硬質膜を高速に形成できるので、
ダイヤモンド薄膜を始めとして各種の任意な組成の良質
膜が形成でき、実用に供し、その効果は著しく大であ
る。
第１図は従来の低速イオンビームによる膜形成装置を説
明する平面図、第２図は本発明に基づく実施例の平面
図、第３図は本発明に基づく別の実施例の平面図、第４
図は本発明に基づくさらに別の実施例を説明する平面図
である。 １……イオン源、２……質量分離器、３……分析管、
３′……イオンビーム、４……絶縁碍子、５……減速電
極、６……基板、７……R.F.コイル、８……ガスコツ
ク、９……R.F.電源、10……空心コイル、11……アース
スリツト、12……プラズマ室、13……プラズマ、14……
導波管。
明する平面図、第２図は本発明に基づく実施例の平面
図、第３図は本発明に基づく別の実施例の平面図、第４
図は本発明に基づくさらに別の実施例を説明する平面図
である。 １……イオン源、２……質量分離器、３……分析管、
３′……イオンビーム、４……絶縁碍子、５……減速電
極、６……基板、７……R.F.コイル、８……ガスコツ
ク、９……R.F.電源、10……空心コイル、11……アース
スリツト、12……プラズマ室、13……プラズマ、14……
導波管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 修身 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47−37279（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】イオンを発生させ、このイオンを加速して
イオンビームとする手段と、前記イオンビームを質量分
離する質量分離器と、該質量分離器で質量分離されたイ
オンビームを打ち込むための試料を載置する試料台とを
備えた表面改質装置において、 前記試料台と質量分離器との間にプラズマ室を設け、少
なくとも前記試料に前記イオンビームを照射するときに
は、該試料がプラズマ雰囲気に曝されていることを特徴
とする表面改質装置。 - 【請求項２】前記プラズマ室は、高周波放電、或いは磁
場中のマイクロ波放電によりプラズマを発生するもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面
改質装置。 - 【請求項３】前記高周波放電、或いはマイクロ波放電用
のコイルが、前記イオンビームの進行方向を取り囲むよ
うに配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第
２項記載の表面改質装置。 - 【請求項４】前記プラズマ室と質量分離器との間に、質
量分離されたイオンビームを減速するための減速電極を
配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
表面改質装置。 - 【請求項５】前記イオンビームがカーボンイオンからな
り、かつ、前記プラズマが水素プラズマ、或いはCnHmガ
スを含む水素ガスのプラズマからなることを特徴とする
特許請求の範囲第４項記載の表面改質装置。 - 【請求項６】前記試料を加熱するための加熱ヒーターを
設けたことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の表
面改質装置。 - 【請求項７】前記試料を電気的に絶縁状態にすると共
に、前記プラズマに対して負の電圧を印加せしめてなる
特徴とする特許請求の範囲第４項記載の表面改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57176140A JPH0760665B2 (ja) | 1982-10-08 | 1982-10-08 | 表面改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57176140A JPH0760665B2 (ja) | 1982-10-08 | 1982-10-08 | 表面改質装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5966045A JPS5966045A (ja) | 1984-04-14 |
| JPH0760665B2 true JPH0760665B2 (ja) | 1995-06-28 |
Family
ID=16008357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57176140A Expired - Lifetime JPH0760665B2 (ja) | 1982-10-08 | 1982-10-08 | 表面改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0760665B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0724209B2 (ja) * | 1985-03-08 | 1995-03-15 | 日新電機株式会社 | イオン注入装置 |
| GB9224697D0 (en) * | 1992-11-25 | 1993-01-13 | Amaratunga Gehan A J | Doping of highly tetrahedral diamond-like amorphous carbon |
| JP4290292B2 (ja) * | 1999-10-29 | 2009-07-01 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | イオン注入装置及びイオン注入方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5249774A (en) * | 1975-10-20 | 1977-04-21 | Hitachi Ltd | Ion implanting device |
| JPS55134930A (en) * | 1979-04-09 | 1980-10-21 | Fujitsu Ltd | Ion implantation |
-
1982
- 1982-10-08 JP JP57176140A patent/JPH0760665B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5966045A (ja) | 1984-04-14 |
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