JPH09315889A - ダイヤモンド薄膜形成装置およびダイヤモンド薄膜形成方法 - Google Patents
ダイヤモンド薄膜形成装置およびダイヤモンド薄膜形成方法Info
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- JPH09315889A JPH09315889A JP13689596A JP13689596A JPH09315889A JP H09315889 A JPH09315889 A JP H09315889A JP 13689596 A JP13689596 A JP 13689596A JP 13689596 A JP13689596 A JP 13689596A JP H09315889 A JPH09315889 A JP H09315889A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高品質で信頼性の高いダイヤモンド薄膜を高
速で形成する。 【解決手段】 本発明の第１の特徴は、電子ビームを発
生する電子ビーム発生手段２１と、前記電子ビーム発生
手段で生成せしめられた電子ビームを、加速し所定のエ
ネルギーの範囲にそろえる加速手段２３、２４と、前記
電子ビームを原料ガスに向けて照射し、前記電子ビーム
で前記原料ガスをプラズマ励起することにより、ダイヤ
モンド前駆体プラズマを生成するプラズマ生成部２０
と、前記ダイヤモンド前駆体プラズマを、被処理基体Ｓ
表面に導き、前記被処理基体にダイヤモンド薄膜を形成
するようにしたことにある。
速で形成する。 【解決手段】 本発明の第１の特徴は、電子ビームを発
生する電子ビーム発生手段２１と、前記電子ビーム発生
手段で生成せしめられた電子ビームを、加速し所定のエ
ネルギーの範囲にそろえる加速手段２３、２４と、前記
電子ビームを原料ガスに向けて照射し、前記電子ビーム
で前記原料ガスをプラズマ励起することにより、ダイヤ
モンド前駆体プラズマを生成するプラズマ生成部２０
と、前記ダイヤモンド前駆体プラズマを、被処理基体Ｓ
表面に導き、前記被処理基体にダイヤモンド薄膜を形成
するようにしたことにある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤモンド薄膜
形成装置およびダイヤモンド薄膜形成方法に関する。
形成装置およびダイヤモンド薄膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来技術】ダイヤモンド薄膜は、高硬度であることを
利用して切削工具を被覆したり、あるいは赤外、紫外領
域での透光性に優れているため光学材料としても注目さ
れている。
利用して切削工具を被覆したり、あるいは赤外、紫外領
域での透光性に優れているため光学材料としても注目さ
れている。
【０００３】従来炭素電極間に水素ガスを吹き付けた状
態で電圧を印加してアーク放電を発生させて、ダイヤモ
ンド前駆体を形成し、下流の被処理基板表面にダイヤモ
ンド薄膜を形成するという方法が提案されている（特開
平２ー１５６０８７）。
態で電圧を印加してアーク放電を発生させて、ダイヤモ
ンド前駆体を形成し、下流の被処理基板表面にダイヤモ
ンド薄膜を形成するという方法が提案されている（特開
平２ー１５６０８７）。
【０００４】このようにアーク放電によりダイヤモンド
前駆体を作成する場合、図４に示すように、プラズマ中
の電子のエネルギー帯域が広く、目的のダイヤモンド前
駆体のみでなく、グラファイト等を生成する他の前駆体
をも生成していた。すなわち、ダイヤモンドの気相合成
メカニズムは図５に表面反応を示すように、ダイヤモン
ド表面に原料ガスをプラズマ化することによって生成さ
れたダイヤモンド前駆体である ＣＨ3ラジカルがぶつか
り水素との結合を切り、ダイヤモンド結合を生成する。
そしてさらに、ＣＨ3ラジカルが結合する・・・ という
ようにして成膜が行われていく。しかしながら、電子の
エネルギー帯域によっては、図６に示すように、ダイヤ
モンド前駆体である中性ラジカルのみならず、グラファ
イト等を生成する他の前駆体例えば、ＣＨ3 +イオンとな
ることもある。ＣＨ3 +イオンは吸熱反応によってダイヤ
モンドを生成するため、通常の条件ではダイヤモンド薄
膜の成膜に寄与することなく、エネルギー的に安定なグ
ラファイトを生成するという問題がある。
前駆体を作成する場合、図４に示すように、プラズマ中
の電子のエネルギー帯域が広く、目的のダイヤモンド前
駆体のみでなく、グラファイト等を生成する他の前駆体
をも生成していた。すなわち、ダイヤモンドの気相合成
メカニズムは図５に表面反応を示すように、ダイヤモン
ド表面に原料ガスをプラズマ化することによって生成さ
れたダイヤモンド前駆体である ＣＨ3ラジカルがぶつか
り水素との結合を切り、ダイヤモンド結合を生成する。
そしてさらに、ＣＨ3ラジカルが結合する・・・ という
ようにして成膜が行われていく。しかしながら、電子の
エネルギー帯域によっては、図６に示すように、ダイヤ
モンド前駆体である中性ラジカルのみならず、グラファ
イト等を生成する他の前駆体例えば、ＣＨ3 +イオンとな
ることもある。ＣＨ3 +イオンは吸熱反応によってダイヤ
モンドを生成するため、通常の条件ではダイヤモンド薄
膜の成膜に寄与することなく、エネルギー的に安定なグ
ラファイトを生成するという問題がある。
【０００５】このように、従来の方法によれば、グラフ
ァイトが多く混入するため、ダイヤモンド薄膜の品質が
良くないという問題があった。また品質を向上するため
に、成膜工程において、水素プラズマを添加し、グラフ
ァイト成分を水素プラズマによって除去する必要があ
り、成膜速度が低下するという問題があった。
ァイトが多く混入するため、ダイヤモンド薄膜の品質が
良くないという問題があった。また品質を向上するため
に、成膜工程において、水素プラズマを添加し、グラフ
ァイト成分を水素プラズマによって除去する必要があ
り、成膜速度が低下するという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の方法
によれば、プラズマ中の電子のエネルギー帯域が広く、
ダイヤモンドだけでなくグラファイトも混じって形成さ
れるなど、膜質が良くないという問題があった。
によれば、プラズマ中の電子のエネルギー帯域が広く、
ダイヤモンドだけでなくグラファイトも混じって形成さ
れるなど、膜質が良くないという問題があった。
【０００７】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、高品質で信頼性の高いダイヤモンド薄膜を高速で形
成することを目的とする。
で、高品質で信頼性の高いダイヤモンド薄膜を高速で形
成することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そこで本発明の第１の特
徴は、電子ビームを発生する電子ビーム発生手段と、前
記電子ビーム発生手段で生成せしめられた電子ビーム
を、所定のエネルギーの範囲にそろえるように加速する
加速手段と、前記電子ビームを原料ガスに向けて照射
し、前記電子ビームで前記原料ガスをプラズマ励起する
ことにより、ダイヤモンド前駆体プラズマを生成するプ
ラズマ生成部と、前記ダイヤモンド前駆体プラズマを、
被処理基体表面に導き、前記被処理基体表面にダイヤモ
ンド薄膜を形成するようにしたことにある。
徴は、電子ビームを発生する電子ビーム発生手段と、前
記電子ビーム発生手段で生成せしめられた電子ビーム
を、所定のエネルギーの範囲にそろえるように加速する
加速手段と、前記電子ビームを原料ガスに向けて照射
し、前記電子ビームで前記原料ガスをプラズマ励起する
ことにより、ダイヤモンド前駆体プラズマを生成するプ
ラズマ生成部と、前記ダイヤモンド前駆体プラズマを、
被処理基体表面に導き、前記被処理基体表面にダイヤモ
ンド薄膜を形成するようにしたことにある。
【０００９】また本発明の第２の特徴は、内部を通過し
たガスを一端から噴射するように構成されたノズルと、
前記ノズルの流路内または流路の外で、通過する原料ガ
スを、プラズマ励起しガスプラズマを生成するプラズマ
生成部とを具備し、前記ノズルの噴射口近傍に配設され
た被処理基体に前記ガスプラズマを噴射することにより
前記被処理基体にダイヤモンド薄膜を形成するダイヤモ
ンド薄膜形成装置において、前記プラズマ生成部が、電
子ビームを発生する電子ビーム発生手段と、前記電子ビ
ーム発生手段で生成せしめられた電子ビームを、所定の
エネルギー範囲にそろえるように加速する加速手段とを
具備し、前記ノズルの流路内または流路の外で、前記原
料ガスに前記電子ビームを照射することにより、ダイヤ
モンド前駆体プラズマを生成するようにしたことにあ
る。
たガスを一端から噴射するように構成されたノズルと、
前記ノズルの流路内または流路の外で、通過する原料ガ
スを、プラズマ励起しガスプラズマを生成するプラズマ
生成部とを具備し、前記ノズルの噴射口近傍に配設され
た被処理基体に前記ガスプラズマを噴射することにより
前記被処理基体にダイヤモンド薄膜を形成するダイヤモ
ンド薄膜形成装置において、前記プラズマ生成部が、電
子ビームを発生する電子ビーム発生手段と、前記電子ビ
ーム発生手段で生成せしめられた電子ビームを、所定の
エネルギー範囲にそろえるように加速する加速手段とを
具備し、前記ノズルの流路内または流路の外で、前記原
料ガスに前記電子ビームを照射することにより、ダイヤ
モンド前駆体プラズマを生成するようにしたことにあ
る。
【００１０】望ましくは、前記原料ガスは、前記ノズル
の噴射口近傍で前記電子ビームを照射するように構成さ
れていることを特徴とする。
の噴射口近傍で前記電子ビームを照射するように構成さ
れていることを特徴とする。
【００１１】本発明の第３の特徴は、断面積が徐々に小
さくなるように構成されたガス導入部と、ガス導入部に
接続され、ノズル全体で最小の断面積をもつように構成
されたスロート部と、該スロート部に接続され、所定の
広がり角をもって断面積が徐々に拡大せしめられ、最大
断面積をとるように構成されたガス噴射部とからなり、
該ノズル内を通過する原料ガスが断熱膨張せしめられて
ガス噴射部から音速よりも大きい流速で噴射されるよう
に加速するガス流路を構成する超音速ノズルと、前記超
音速ノズルの前記スロート部に配設せしめられノズル内
を通過する原料ガスをプラズマ励起するプラズマ生成手
段とを具備し、被処理基体の表面にガスプラズマを噴射
することにより前記被処理基体にダイヤモンド薄膜を形
成するダイヤモンド薄膜形成装置において、前記プラズ
マ生成手段が、電子ビームを発生する電子ビーム発生手
段と、前記電子ビーム発生手段で生成せしめられた電子
ビームを、所定のエネルギーの範囲にそろえるように加
速する加速手段とを具備し、前記スロート部内の流路を
流れる前記原料ガスに前記電子ビームを供給し、ダイヤ
モンド前駆体プラズマを生成するようにしたことにあ
る。
さくなるように構成されたガス導入部と、ガス導入部に
接続され、ノズル全体で最小の断面積をもつように構成
されたスロート部と、該スロート部に接続され、所定の
広がり角をもって断面積が徐々に拡大せしめられ、最大
断面積をとるように構成されたガス噴射部とからなり、
該ノズル内を通過する原料ガスが断熱膨張せしめられて
ガス噴射部から音速よりも大きい流速で噴射されるよう
に加速するガス流路を構成する超音速ノズルと、前記超
音速ノズルの前記スロート部に配設せしめられノズル内
を通過する原料ガスをプラズマ励起するプラズマ生成手
段とを具備し、被処理基体の表面にガスプラズマを噴射
することにより前記被処理基体にダイヤモンド薄膜を形
成するダイヤモンド薄膜形成装置において、前記プラズ
マ生成手段が、電子ビームを発生する電子ビーム発生手
段と、前記電子ビーム発生手段で生成せしめられた電子
ビームを、所定のエネルギーの範囲にそろえるように加
速する加速手段とを具備し、前記スロート部内の流路を
流れる前記原料ガスに前記電子ビームを供給し、ダイヤ
モンド前駆体プラズマを生成するようにしたことにあ
る。
【００１２】本発明の第４の特徴は、原料ガスを、プラ
ズマ励起してガスプラズマを生成するプラズマ生成工程
と、前記ガスプラズマを、被処理基体の表面に導き、被
処理基体の表面にダイヤモンド薄膜を形成するダイヤモ
ンド薄膜形成工程とを備えたダイヤモンド薄膜形成方法
において、前記プラズマ生成工程が、電子ビームを発生
し、前記電子ビームを所定のエネルギーの範囲にそろえ
るように加速した後、前記原料ガスに前記電子ビームを
照射することにより、ダイヤモンド前駆体プラズマを生
成する工程であることにある。
ズマ励起してガスプラズマを生成するプラズマ生成工程
と、前記ガスプラズマを、被処理基体の表面に導き、被
処理基体の表面にダイヤモンド薄膜を形成するダイヤモ
ンド薄膜形成工程とを備えたダイヤモンド薄膜形成方法
において、前記プラズマ生成工程が、電子ビームを発生
し、前記電子ビームを所定のエネルギーの範囲にそろえ
るように加速した後、前記原料ガスに前記電子ビームを
照射することにより、ダイヤモンド前駆体プラズマを生
成する工程であることにある。
【００１３】望ましくは、前記ダイヤモンド薄膜形成工
程は、前記ダイヤモンド前駆体プラズマを、音速よりも
大きい流速となるように加速して、被処理基体の表面に
導く工程であることを特徴とする。
程は、前記ダイヤモンド前駆体プラズマを、音速よりも
大きい流速となるように加速して、被処理基体の表面に
導く工程であることを特徴とする。
【００１４】なお、本発明の方法および装置において、
厳密には「断熱」状態は作り得ないが、熱の出入りを極
めて少なくした状態という意味で「断熱」という語を用
いている。
厳密には「断熱」状態は作り得ないが、熱の出入りを極
めて少なくした状態という意味で「断熱」という語を用
いている。
【００１５】この本発明では、電子ビーム発生部におい
て発生した電子ビームに電界を印加し、ダイヤモンド前
駆体を形成するエネルギーレベルとなるように、電子の
エネルギー帯域を狭い範囲に揃えダイヤモンド前駆体の
みを形成するようにしているため、高品質のダイヤモン
ド薄膜を効率よく形成することが可能となる。
て発生した電子ビームに電界を印加し、ダイヤモンド前
駆体を形成するエネルギーレベルとなるように、電子の
エネルギー帯域を狭い範囲に揃えダイヤモンド前駆体の
みを形成するようにしているため、高品質のダイヤモン
ド薄膜を効率よく形成することが可能となる。
【００１６】また、本発明の第２によれば、プラズマを
加速するノズルの流路内または流路の外で、電子のエネ
ルギー帯域を狭い範囲に揃えた電子ビームを原料ガスに
照射することにより、より効率良くダイヤモンド前駆体
を形成することができ、より高品質のダイヤモンド薄膜
を形成することが可能となる。
加速するノズルの流路内または流路の外で、電子のエネ
ルギー帯域を狭い範囲に揃えた電子ビームを原料ガスに
照射することにより、より効率良くダイヤモンド前駆体
を形成することができ、より高品質のダイヤモンド薄膜
を形成することが可能となる。
【００１７】さらにまた、本発明の第３によれば、ラバ
ールノズルのスロート部で、電子のエネルギー帯域を狭
い範囲に揃えた電子ビームを原料ガスに照射するように
しているため、より効率良くダイヤモンド前駆体を形成
することができる。さらにまたこのようにして形成され
たガスプラズマを断熱膨張させて超音速で被処理基体表
面に導くようにしているため、より高品質のダイヤモン
ド薄膜を形成することが可能となる。なお、加速されエ
ネルギーレベルが所定の領域内に揃えられた電子ビーム
はガス導入部に導入された原料ガスに衝突する。そして
ラバールノズルを通過することによりそのスロート部で
の衝突確率が高くなり、従ってエネルギーを高効率で使
用することができる。
ールノズルのスロート部で、電子のエネルギー帯域を狭
い範囲に揃えた電子ビームを原料ガスに照射するように
しているため、より効率良くダイヤモンド前駆体を形成
することができる。さらにまたこのようにして形成され
たガスプラズマを断熱膨張させて超音速で被処理基体表
面に導くようにしているため、より高品質のダイヤモン
ド薄膜を形成することが可能となる。なお、加速されエ
ネルギーレベルが所定の領域内に揃えられた電子ビーム
はガス導入部に導入された原料ガスに衝突する。そして
ラバールノズルを通過することによりそのスロート部で
の衝突確率が高くなり、従ってエネルギーを高効率で使
用することができる。
【００１８】本発明の第４の方法においても、電子のエ
ネルギー帯域を狭い範囲に揃えダイヤモンド前駆体のみ
を形成するようにしているため、高品質のダイヤモンド
薄膜を形成することが可能となる。
ネルギー帯域を狭い範囲に揃えダイヤモンド前駆体のみ
を形成するようにしているため、高品質のダイヤモンド
薄膜を形成することが可能となる。
【００１９】なお、この発明はダイヤモンド薄膜の形成
のみならずダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）の形成にも適
用可能である。ＤＬＣ前駆体としては、ＣＨ3 + 、ＣＨ2
、 ＣＨ 、Ｃ等がある。 ＤＬＣ膜を形成する場合、基
板温度を低くした方が膜質がよいため、ＤＬＣの前駆体
としては、Ｃを生成するエネルギーレベルに設定する様
にするとよい。Ｈを含む前駆体の場合基板温度を高くし
ないとＨを除くことができないためである。
のみならずダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）の形成にも適
用可能である。ＤＬＣ前駆体としては、ＣＨ3 + 、ＣＨ2
、 ＣＨ 、Ｃ等がある。 ＤＬＣ膜を形成する場合、基
板温度を低くした方が膜質がよいため、ＤＬＣの前駆体
としては、Ｃを生成するエネルギーレベルに設定する様
にするとよい。Ｈを含む前駆体の場合基板温度を高くし
ないとＨを除くことができないためである。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を参照しつつ詳細に説明する。
面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】本発明実施例のダイヤモンド薄膜形成装置
は、図１に示すように、被処理基体Ｓとしてのシリコン
基板表面にダイヤモンド薄膜の成膜をおこなうに際し、
成膜チャンバー１に、電子ビームＥＢを発生してこれを
加速し４．５〜５．０ｅＶのエネルギーの範囲にそろえ
る電子ビーム生成部２０を配設し、この狭い帯域内に入
るようにエネルギーレベルを揃えた電子ビームを、ＣＨ
4とＨ2との混合ガスからなる原料ガスに照射し、ダイヤ
モンド前駆体である ＣＨ3ラジカルを生成し、これを被
処理基体表面に導くことにより、ダイヤモンド薄膜を形
成するものである。
は、図１に示すように、被処理基体Ｓとしてのシリコン
基板表面にダイヤモンド薄膜の成膜をおこなうに際し、
成膜チャンバー１に、電子ビームＥＢを発生してこれを
加速し４．５〜５．０ｅＶのエネルギーの範囲にそろえ
る電子ビーム生成部２０を配設し、この狭い帯域内に入
るようにエネルギーレベルを揃えた電子ビームを、ＣＨ
4とＨ2との混合ガスからなる原料ガスに照射し、ダイヤ
モンド前駆体である ＣＨ3ラジカルを生成し、これを被
処理基体表面に導くことにより、ダイヤモンド薄膜を形
成するものである。
【００２２】この成膜チャンバー１は、ヒータＨを備え
た基板支持台７と、この近傍にガス供給ノズルを備えた
ガス供給部１６とを具備し、排気系５によって所望の圧
力となるように真空排気され、電子ビーム生成部２０か
ら導かれた電子ビームを原料ガスに照射することによ
り、ダイヤモンド前駆体である ＣＨ3ラジカルを生成す
る。またこの基板支持台７には熱電対８が取り付けら
れ、この熱電対８の検知温度に応じてヒータＨの駆動電
源１０を制御する制御回路９が接続されている。一方電
子ビーム生成部２０はカソード２１と、カソード２１を
加熱して電子ビームを放出させるためのカソード加熱用
電源２２と、電子ビームを加速するための第１および第
２のアノード２３、２４と、これら第１および第２のア
ノードを駆動する加速用電源２５と、電子ビームの方向
制御のための磁場を発生する磁場発生用コイル２６とを
具備している。ここで５は排気系であり、メカニカルブ
ースターポンプとロータリーポンプとからなる真空ポン
プによって成膜室１内が所望の圧力となるように真空排
気される。
た基板支持台７と、この近傍にガス供給ノズルを備えた
ガス供給部１６とを具備し、排気系５によって所望の圧
力となるように真空排気され、電子ビーム生成部２０か
ら導かれた電子ビームを原料ガスに照射することによ
り、ダイヤモンド前駆体である ＣＨ3ラジカルを生成す
る。またこの基板支持台７には熱電対８が取り付けら
れ、この熱電対８の検知温度に応じてヒータＨの駆動電
源１０を制御する制御回路９が接続されている。一方電
子ビーム生成部２０はカソード２１と、カソード２１を
加熱して電子ビームを放出させるためのカソード加熱用
電源２２と、電子ビームを加速するための第１および第
２のアノード２３、２４と、これら第１および第２のア
ノードを駆動する加速用電源２５と、電子ビームの方向
制御のための磁場を発生する磁場発生用コイル２６とを
具備している。ここで５は排気系であり、メカニカルブ
ースターポンプとロータリーポンプとからなる真空ポン
プによって成膜室１内が所望の圧力となるように真空排
気される。
【００２３】次にこのダイヤモンド薄膜成膜装置を用い
た成膜方法について説明する。
た成膜方法について説明する。
【００２４】まず、被処理基体Ｓとしてシリコン基板を
成膜チャンバー１内の基板支持台１７に設置し、制御回
路９の設定温度を８５０℃とし、熱電対８によって温度
を検出しながら、駆動電源１０を駆動することによりヒ
ータＨを加熱し、基板温度が８５０℃に維持されるよう
にする。
成膜チャンバー１内の基板支持台１７に設置し、制御回
路９の設定温度を８５０℃とし、熱電対８によって温度
を検出しながら、駆動電源１０を駆動することによりヒ
ータＨを加熱し、基板温度が８５０℃に維持されるよう
にする。
【００２５】そして、ガス供給部１６から、ＣＨ4５０
ｓｃｃｍとＨ2２０００ｓｃｃｍとの混合ガスからなる
原料ガスを供給する。
ｓｃｃｍとＨ2２０００ｓｃｃｍとの混合ガスからなる
原料ガスを供給する。
【００２６】一方、電子ビーム生成部２０のガス圧は１
ｍＴｏｒｒとなるように排気系５によって排気される。
また、カソード２１の近傍にアルゴンガスを供給しなが
らカソード加熱用電源２２を駆動し、カソード２１を加
熱することにより、カソード２１から電子ビームＥＢを
発生せしめる。そして加速用電源２５に１３０Ｖの電圧
を印加し、この電子ビームＥＢを加速して成膜チャンバ
ー１内に導き、被処理基体Ｓの近傍に噴射せしめられて
いる原料ガス６に照射する。このとき、この加速され所
望の帯域にエネルギー制御のなされた電子ビームＥＢ
は、効率良く、ダイヤモンド前駆体である ＣＨ3ラジカ
ルを生成し、これはシリコン基板との表面反応で良好な
ダイヤモンド薄膜として成長する。この時の成膜速度は
約１００μｍ／ｈｒであった。なお、ガス供給部１６で
供給される混合ガスの組成をＣＨ4２０ｓｃｃｍとＨ2２
０００ｓｃｃｍとした時、成膜速度は約５０μｍ／ｈｒ
であった。 また、ＣＨ4１０ｓｃｃｍとＨ2２０００ｓ
ｃｃｍとした時、成膜速度は約２０μｍ／ｈｒであっ
た。このようにして得られたダイヤモンド薄膜は１３３
２ｃｍー1に鋭いラマンピークを呈するスペクトルをも
つ。またこのときアモルファスカーボンのブロードなス
ペクトルは見られなかった。このことから本発明によれ
ば極めて高純度のダイヤモンド薄膜が形成されているこ
とがわかる。さらにまた、熱伝導率は１５〜２０Ｗ／ｃ
ｍｋであり、透光性の高いものであった。
ｍＴｏｒｒとなるように排気系５によって排気される。
また、カソード２１の近傍にアルゴンガスを供給しなが
らカソード加熱用電源２２を駆動し、カソード２１を加
熱することにより、カソード２１から電子ビームＥＢを
発生せしめる。そして加速用電源２５に１３０Ｖの電圧
を印加し、この電子ビームＥＢを加速して成膜チャンバ
ー１内に導き、被処理基体Ｓの近傍に噴射せしめられて
いる原料ガス６に照射する。このとき、この加速され所
望の帯域にエネルギー制御のなされた電子ビームＥＢ
は、効率良く、ダイヤモンド前駆体である ＣＨ3ラジカ
ルを生成し、これはシリコン基板との表面反応で良好な
ダイヤモンド薄膜として成長する。この時の成膜速度は
約１００μｍ／ｈｒであった。なお、ガス供給部１６で
供給される混合ガスの組成をＣＨ4２０ｓｃｃｍとＨ2２
０００ｓｃｃｍとした時、成膜速度は約５０μｍ／ｈｒ
であった。 また、ＣＨ4１０ｓｃｃｍとＨ2２０００ｓ
ｃｃｍとした時、成膜速度は約２０μｍ／ｈｒであっ
た。このようにして得られたダイヤモンド薄膜は１３３
２ｃｍー1に鋭いラマンピークを呈するスペクトルをも
つ。またこのときアモルファスカーボンのブロードなス
ペクトルは見られなかった。このことから本発明によれ
ば極めて高純度のダイヤモンド薄膜が形成されているこ
とがわかる。さらにまた、熱伝導率は１５〜２０Ｗ／ｃ
ｍｋであり、透光性の高いものであった。
【００２７】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。
る。
【００２８】この例では、図２に示すように、ラバール
ノズルと呼ばれている末広ノズルを用いて原料ガス６を
供給することにより被処理基体Ｓまで音速ａよりも大き
い流速ｕで、ガスを噴射するようにしたことを特徴とす
るものである。 ここで電子ビーム生成部２０の構造は
前記第１の実施例で説明したものとまったく同様であ
り、基板支持台１７を９０度回転して配置し、これに垂
直方向に高速ガス流を噴射し、この噴射領域においてガ
ス噴射方向に直交するようにエネルギー制御のなされた
電子ビームＥＢを照射するようにしたことを特徴とする
ものである。ここで同一要素には同一符号を付し、説明
を省略する。
ノズルと呼ばれている末広ノズルを用いて原料ガス６を
供給することにより被処理基体Ｓまで音速ａよりも大き
い流速ｕで、ガスを噴射するようにしたことを特徴とす
るものである。 ここで電子ビーム生成部２０の構造は
前記第１の実施例で説明したものとまったく同様であ
り、基板支持台１７を９０度回転して配置し、これに垂
直方向に高速ガス流を噴射し、この噴射領域においてガ
ス噴射方向に直交するようにエネルギー制御のなされた
電子ビームＥＢを照射するようにしたことを特徴とする
ものである。ここで同一要素には同一符号を付し、説明
を省略する。
【００２９】ラバールノズルは、中細のノズルであり、
被処理基体Ｓの表面に噴射すべき原料ガス６（ＣＨ4と
Ｈ2の混合ガス）がガス導入口２ａ（５０ｍｍΦ）から
導入され、ガス進行に伴い断面積が徐々に小さくなるよ
うに構成されたガス導入管２と、ノズル全体で最小の断
面積Ａ1（直径ｄ1：１６ｍｍΦ）をなすスロート部（喉
部）３ と 一定の広がり角をもって断面積が徐々に拡大
し、 最大断面積Ａ2（直径ｄ2 ：４０ｍｍΦ）のガス噴
射口４ａから高速ガス流が噴射されるガス噴射管４とか
ら構成されている。
被処理基体Ｓの表面に噴射すべき原料ガス６（ＣＨ4と
Ｈ2の混合ガス）がガス導入口２ａ（５０ｍｍΦ）から
導入され、ガス進行に伴い断面積が徐々に小さくなるよ
うに構成されたガス導入管２と、ノズル全体で最小の断
面積Ａ1（直径ｄ1：１６ｍｍΦ）をなすスロート部（喉
部）３ と 一定の広がり角をもって断面積が徐々に拡大
し、 最大断面積Ａ2（直径ｄ2 ：４０ｍｍΦ）のガス噴
射口４ａから高速ガス流が噴射されるガス噴射管４とか
ら構成されている。
【００３０】そして、前記第１の実施例と同様に、電子
ビーム生成部２０で、生起され加速されて４．５〜５．
０ｅＶのエネルギー範囲にそろえられた電子ビームＥＢ
が、このラバールノズル１の噴射口４ａから噴射される
ガス流に照射され、ダイヤモンド前駆体である ＣＨ3ラ
ジカルを生成する。
ビーム生成部２０で、生起され加速されて４．５〜５．
０ｅＶのエネルギー範囲にそろえられた電子ビームＥＢ
が、このラバールノズル１の噴射口４ａから噴射される
ガス流に照射され、ダイヤモンド前駆体である ＣＨ3ラ
ジカルを生成する。
【００３１】このようにして生成された ＣＨ3ラジカル
は、超音速を維持した状態で被処理基体Ｓ表面に到達す
る。ここで被処理基体も前記第１の実施例と同様に、制
御回路９で高精度に温度制御のなされた基板支持台７に
載置され、８５０℃に維持されている。
は、超音速を維持した状態で被処理基体Ｓ表面に到達す
る。ここで被処理基体も前記第１の実施例と同様に、制
御回路９で高精度に温度制御のなされた基板支持台７に
載置され、８５０℃に維持されている。
【００３２】この ＣＨ3ラジカルは、極めて寿命の短い
ラジカルであるが、この装置では、原料ガスを高速で噴
射し、この噴射領域でラジカルを形成し、高速を維持し
たまま被処理基体Ｓに導くようにしているため、高品質
のダイヤモンド薄膜を効率良く形成することができる。
ラジカルであるが、この装置では、原料ガスを高速で噴
射し、この噴射領域でラジカルを形成し、高速を維持し
たまま被処理基体Ｓに導くようにしているため、高品質
のダイヤモンド薄膜を効率良く形成することができる。
【００３３】なお、前記第２の実施例では、ラバールノ
ズルによって原料ガスを加速し、噴射させた領域で、電
子ビームを照射するようにしたが、電子ビーム照射領域
はこれに限定されるものではない。
ズルによって原料ガスを加速し、噴射させた領域で、電
子ビームを照射するようにしたが、電子ビーム照射領域
はこれに限定されるものではない。
【００３４】次に、本発明の第３の実施例として、図３
に示すように、電子ビーム照射領域をラバールノズルの
ガス導入口からスロート部３にしてもよい。すなわち、
ラバールノズルのガス導入口からスロート部３を通過す
る原料ガスに電子ビームを照射し、 ＣＨ3ラジカルを形
成し、これを噴射管４で断熱膨張させて、被処理基体Ｓ
に向けて噴射するようにしてもよい。この他の装置構造
については前記第２の実施例とまったく同様に形成され
ている。ここで、同一要素には同一符号を付し、説明を
省略する。
に示すように、電子ビーム照射領域をラバールノズルの
ガス導入口からスロート部３にしてもよい。すなわち、
ラバールノズルのガス導入口からスロート部３を通過す
る原料ガスに電子ビームを照射し、 ＣＨ3ラジカルを形
成し、これを噴射管４で断熱膨張させて、被処理基体Ｓ
に向けて噴射するようにしてもよい。この他の装置構造
については前記第２の実施例とまったく同様に形成され
ている。ここで、同一要素には同一符号を付し、説明を
省略する。
【００３５】この装置では、原料ガス６（ＣＨ4とＨ2の
混合ガス）が、断面積が徐々に縮小されるガス導入管に
設置されたガス導入口から導入され、断面積が徐々に縮
小されるガス導入管２で圧縮され高密度化され、最小の
断面積Ａ1をもつスロート部３ で、高密度のガス流とし
て安定化される。ここで、前記実施例と同様に狭帯域に
エネルギーレベルを揃えて前述の電子ビーム生成部２０
から導かれてくる電子ビームを、原料ガス６が導入され
たガス導入口からスロート部３にかけての流路を流れる
高密度のガス流に照射し、ここで ＣＨ3ラジカルを形成
し、これをガス噴射管４で断熱膨張させて、被処理基体
Ｓに向けて、噴射するように構成されている。なお、こ
こで電子の運動方向（電子生成部中心軸）とラバールノ
ズル中心軸はほぼ平行になるように配置されている。
混合ガス）が、断面積が徐々に縮小されるガス導入管に
設置されたガス導入口から導入され、断面積が徐々に縮
小されるガス導入管２で圧縮され高密度化され、最小の
断面積Ａ1をもつスロート部３ で、高密度のガス流とし
て安定化される。ここで、前記実施例と同様に狭帯域に
エネルギーレベルを揃えて前述の電子ビーム生成部２０
から導かれてくる電子ビームを、原料ガス６が導入され
たガス導入口からスロート部３にかけての流路を流れる
高密度のガス流に照射し、ここで ＣＨ3ラジカルを形成
し、これをガス噴射管４で断熱膨張させて、被処理基体
Ｓに向けて、噴射するように構成されている。なお、こ
こで電子の運動方向（電子生成部中心軸）とラバールノ
ズル中心軸はほぼ平行になるように配置されている。
【００３６】この装置ではさらに極めて効率良く高密度
かつ高純度で安定したダイヤモンド前駆体である ＣＨ3
ラジカルが形成される。そして、不純物が少なく反応性
の高いＣＨ3 ラジカルが生成され、ガス噴射管４におけ
る断熱膨張によりこの温度が被処理基体に到達するまで
に、所望の温度に低下せしめられ、かつ、超音速、短時
間でこのＣＨ3 ラジカルを被処理基体に到達させること
ができるため、十分な反応性を維持したまま短時間に成
膜処理を終了させることが可能となる。この結果、膜質
が大幅に向上するとともに、作業効率が飛躍的に向上す
る。
かつ高純度で安定したダイヤモンド前駆体である ＣＨ3
ラジカルが形成される。そして、不純物が少なく反応性
の高いＣＨ3 ラジカルが生成され、ガス噴射管４におけ
る断熱膨張によりこの温度が被処理基体に到達するまで
に、所望の温度に低下せしめられ、かつ、超音速、短時
間でこのＣＨ3 ラジカルを被処理基体に到達させること
ができるため、十分な反応性を維持したまま短時間に成
膜処理を終了させることが可能となる。この結果、膜質
が大幅に向上するとともに、作業効率が飛躍的に向上す
る。
【００３７】なお、前記実施例では原料ガスとして Ｃ
Ｈ4と Ｈ2の混合ガスを用いたが、これに限定されるこ
となく、適宜変更可能である。
Ｈ4と Ｈ2の混合ガスを用いたが、これに限定されるこ
となく、適宜変更可能である。
【００３８】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、エネルギーレベルを狭帯域に揃えた電子ビームを原
料ガスに照射しダイヤモンド薄膜を形成するようにして
いるため、高品質のダイヤモンド薄膜を容易に高効率で
形成することが可能となる。
ば、エネルギーレベルを狭帯域に揃えた電子ビームを原
料ガスに照射しダイヤモンド薄膜を形成するようにして
いるため、高品質のダイヤモンド薄膜を容易に高効率で
形成することが可能となる。
【図１】本発明の第１の実施例のダイヤモンド薄膜形成
装置を示す図
装置を示す図
【図２】本発明の第２の実施例のダイヤモンド薄膜形成
装置を示す図
装置を示す図
【図３】本発明の第３の実施例のダイヤモンド薄膜形成
装置を示す図
装置を示す図
【図４】アーク放電を用いた従来例の方法によって生成
される電子ビームのエネルギー分布と、ダイヤモンド前
駆体を形成するエネルギー帯域とを示す説明図
される電子ビームのエネルギー分布と、ダイヤモンド前
駆体を形成するエネルギー帯域とを示す説明図
【図５】ダイヤモンドの気相成長メカニズムを示す表面
反応の説明図
反応の説明図
【図６】ダイヤモンドの気相成長メカニズムを示す気相
反応の説明図
反応の説明図
１ 成膜チャンバー ２ ガス導入管 ３ スロート部（喉部） ４ ガス噴射管 ５ 排気系 ５ａ排気系 ５ｂ排気系 ６ 原料ガス ７ ＣＨ3ラジカル ８ 熱電対 ９ 制御回路 １０ 駆動電源 １６ ガス供給部 １７ 基板支持台 Ｓ 被処理基体 ２０ 電子ビーム生成部 ２１ カソード ２２ カソード加熱用電源 ２３ 第１のアノード ２４ 第２のアノード ２５ 加速用電源 ２６ 磁場発生用コイル
Claims (5)
- 【請求項１】 電子ビームを発生する電子ビーム発生手
段と、前記電子ビーム発生手段で生成せしめられた電子
ビームを、所定のエネルギー範囲にそろえるように加速
する加速手段と、 前記電子ビームを原料ガスに向けて照射し、前記電子ビ
ームで前記原料ガスをプラズマ励起することにより、ダ
イヤモンド前駆体プラズマを生成するプラズマ生成部
と、 前記ダイヤモンド前駆体プラズマを、被処理基体表面に
導き、前記被処理基体表面にダイヤモンド薄膜を形成す
るようにしたことを特徴とするダイヤモンド薄膜形成装
置。 - 【請求項２】 内部を通過したガスを一端から噴射する
ように構成されたノズルと、前記ノズルの流路内または
流路の外で、通過する原料ガスを、プラズマ励起しガス
プラズマを生成するプラズマ生成部とを具備し、前記ノ
ズルの噴射口近傍に配設された被処理基体に前記ガスプ
ラズマを噴射することにより前記被処理基体にダイヤモ
ンド薄膜を形成するダイヤモンド薄膜形成装置におい
て、 前記プラズマ生成部が、 電子ビームを発生する電子ビーム発生手段と、前記電子
ビーム発生手段で生成せしめられた電子ビームを、所定
のエネルギー範囲にそろえるように加速する加速手段と
を具備し、 前記ノズルの流路内または流路の外で、前記原料ガスに
前記電子ビームを照射することにより、ダイヤモンド前
駆体プラズマを生成するようにしたことを特徴とするダ
イヤモンド薄膜形成装置。 - 【請求項３】 断面積が徐々に小さくなるように構成さ
れたガス導入部と、ガス導入部に接続され、ノズル全体
で最小の断面積をもつように構成されたスロート部と、
該スロート部に接続され、所定の広がり角をもって断面
積が徐々に拡大せしめられ、最大断面積をとるように構
成されたガス噴射部とからなり、該ノズル内を通過する
原料ガスが断熱膨張せしめられてガス噴射部から音速よ
りも大きい流速で噴射されるように加速するガス流路を
構成する超音速ノズルと、前記超音速ノズルの前記スロ
ート部に配設せしめられノズル内を通過する原料ガスを
プラズマ励起するプラズマ生成手段とを具備し、被処理
基体の表面にガスプラズマを噴射することにより前記被
処理基体にダイヤモンド薄膜を形成するダイヤモンド薄
膜形成装置において、 前記プラズマ生成手段が、 電子ビームを発生する電子ビーム発生手段と、前記電子
ビーム発生手段で生成せしめられた電子ビームを、所定
のエネルギーの範囲にそろえるように加速する加速手段
とを具備し、前記スロート部内の流路を流れる前記原料
ガスに前記電子ビームを供給し、ダイヤモンド前駆体プ
ラズマを生成するようにしたことを特徴とするダイヤモ
ンド薄膜形成装置。 - 【請求項４】 原料ガスを、プラズマ励起してガスプラ
ズマを生成するプラズマ生成工程と、 前記ガスプラズマを、被処理基体の表面に導き、被処理
基体の表面にダイヤモンド薄膜を形成するダイヤモンド
薄膜形成工程とを備えたダイヤモンド薄膜形成方法にお
いて、 前記プラズマ生成工程が、 電子ビームを発生し、前記電子ビームを所定のエネルギ
ーの範囲にそろえるように加速した後、前記原料ガスに
前記電子ビームを照射することにより、ダイヤモンド前
駆体プラズマを生成する工程であることを特徴とする表
面処理方法。 - 【請求項５】 前記ダイヤモンド薄膜形成工程は、前記
ダイヤモンド前駆体プラズマを、音速よりも大きい流速
となるように加速して、被処理基体の表面に導く工程で
あることを特徴とする請求項４記載のダイヤモンド薄膜
の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13689596A JPH09315889A (ja) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | ダイヤモンド薄膜形成装置およびダイヤモンド薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13689596A JPH09315889A (ja) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | ダイヤモンド薄膜形成装置およびダイヤモンド薄膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09315889A true JPH09315889A (ja) | 1997-12-09 |
Family
ID=15186075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13689596A Pending JPH09315889A (ja) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | ダイヤモンド薄膜形成装置およびダイヤモンド薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09315889A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109075067A (zh) * | 2016-06-28 | 2018-12-21 | 应用材料公司 | 电子束等离子体工艺形成的类金刚石碳层 |
-
1996
- 1996-05-30 JP JP13689596A patent/JPH09315889A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109075067A (zh) * | 2016-06-28 | 2018-12-21 | 应用材料公司 | 电子束等离子体工艺形成的类金刚石碳层 |
| KR20190014123A (ko) * | 2016-06-28 | 2019-02-11 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 전자 빔 플라즈마 프로세스에 의해 형성된 다이아몬드상 탄소 층 |
| US10249495B2 (en) * | 2016-06-28 | 2019-04-02 | Applied Materials, Inc. | Diamond like carbon layer formed by an electron beam plasma process |
| EP3475971A4 (en) * | 2016-06-28 | 2020-01-15 | Applied Materials, Inc. | DIAMOND-TYPE CARBON LAYER FORMED BY ELECTRON BEAM PLASMA PROCESS |
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