JPH0967674A

JPH0967674A - 薄膜形成方法及び装置

Info

Publication number: JPH0967674A
Application number: JP21922395A
Authority: JP
Inventors: Minehiro Sotozaki; 峰広外崎; Seiichi Miyai; 清一宮井; Teiji Honjo; 禎治本庄; Shunji Amano; 俊二天野; Hiroshi Hayashi; 弘志林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-08-28
Filing date: 1995-08-28
Publication date: 1997-03-11

Abstract

(57)【要約】【課題】基体を加熱する必要がなく膜厚の大きい絶縁
膜の成膜が可能となる。【解決手段】プラズマ化学気相成長法にて基体表面に
ＤＬＣ薄膜を形成する薄膜形成装置において、原料ガス
例えばメタン、アセチレン、トルエン等を放電させるた
めの放電電圧を供給する電源８と、紫外領域の波長の光
を上記基体表面に形成される上記ＤＬＣ薄膜に照射する
ための紫外光（ＵＶ）発生装置１とを有するものであ
る。反応槽７にて、プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ薄膜
をドラム９の表面に形成させる際に、ＵＶ発生装置１か
らの遠紫外光を、光学系５を介して集光してＵＶウイン
ド６を介してドラム９の表面に照射する。これにより、
ドラム９表面に成膜されるＤＬＣ薄膜の電気抵抗が低下
し、成膜が継続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を吸収する吸収
帯を有する薄膜を形成する薄膜形成方法と、この薄膜形
成方法を用いた薄膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来において、一般に、薄膜形成装置
は、図３に示すように、反応槽１００内で、表面に基体
１０３が配置されたカソード１０１と、この基体１０３
と対向配置されてなるアノード１０２とが配設され、前
記カソード１０１に電源１０４からの所定のバイアス電
位を印加して、ガス供給管１０５から送られる原料ガス
をプラズマ化し、このプラズマ化された原料ガスがカソ
ード１０１に設置された基体１０３に引き付けられて成
膜する、いわゆるプラズマ化学気相成長（以下、プラズ
マＣＶＤという：chemical vapor deposition ）法にて
基体１０３の表面に薄膜を形成するものである。

【０００３】また、原料ガスをプラズマ化する際、反応
槽１００は、真空ポンプ等を備えた減圧系に接続する真
空ライン管１０６より減圧される。

【０００４】図３に示した薄膜形成装置にて絶縁膜を成
膜すると、４０〜１００ｎｍの厚さのものが得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、プ
ラズマＣＶＤ法で薄膜を形成する際に、プラズマ化され
た原料ガスが基体に引き付けられるには当該基体の表面
に導電性があることが必要である。

【０００６】しかし、絶縁膜が成膜されてくると、基体
の表面の導電性は徐々に低下してくる。従って、形成さ
れた絶縁膜が１００ｎｍ程の膜厚になってくると、プラ
ズマ化された原料ガスが絶縁膜の表面に引き付けられな
くなり、これ以上の成膜ができなくなる。

【０００７】また、絶縁膜例えばダイヤモンド状カーボ
ン（ＤＬＣ：diamond like carbon）薄膜を成膜する場
合、ＤＬＣ薄膜の比誘電率が５であるため、１００ｎｍ
の厚みで半径１５ｍｍの薄膜を形成するとこの薄膜の静
電容量は０．３マイクロファラデー（μＦ）となる。従
って、表面に０．３μＦの容量のコンデンサがあること
になり、放電されプラズマ化された原料ガスを受けると
表面電荷のチャージアップが生じる。このため、グロー
放電していた原料ガスがアーク放電に移行し、形成した
膜を破壊してしまったり、例えばフィルム状の基体に成
膜している場合、この基体をも破壊してしまう虞があっ
た。

【０００８】そこで、上述した問題を解決する方法とし
て、一般に絶縁膜は温度が上昇すると導電性を示すこと
から、基体に温度を掛けて、形成されている絶縁膜に導
電性を持たせて、成膜を継続することが考えられてい
る。

【０００９】しかし、絶縁膜に導電性を持たせるには、
絶縁膜の価電子帯のエネルギレベルから伝導体のエネル
ギレベルまでのエネルギレベル差いわゆるエネルギギャ
ップに相当する熱エネルギを与えなければならず、一般
に絶縁体のエネルギギャップは３エレクトロンボルト
（ｅＶ）以上あるため、かなり高い温度を基体に与えな
ければならない。従って、高い温度を掛けられること
で、例えば基体の物性が変化したり、また、例えば基体
の熱膨張率と成膜される絶縁膜の熱膨張率とが異なる場
合、加熱されて冷却される過程で基体と絶縁膜との界面
でストレスが掛かる虞がある。

【００１０】そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてな
されたものであり、基体を加熱する必要がなく膜厚の大
きい絶縁膜の成膜が可能となる薄膜形成方法と、この薄
膜形成方法を用いた薄膜形成装置とを提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る薄膜形成方
法は、上述した問題を解決するために、プラズマ化学気
相成長法にて基体表面に絶縁膜を形成する薄膜形成方法
において、原料気体に放電電圧を印加して、この放電電
圧に応じてプラズマ化された原料気体を用いて上記基体
表面に上記絶縁膜を形成する過程で、紫外領域の波長の
光を該絶縁膜に照射することを特徴としている。

【００１２】上記薄膜形成方法によれば、プラズマＣＶ
Ｄ法にて絶縁膜を成膜する際に、形成されている絶縁膜
にこの絶縁膜のエネルギギャップに相当する紫外光を照
射することで、当該絶縁膜に導電性が生じ、更なる薄膜
形成を行うことができる。

【００１３】また、本発明に係る薄膜形成装置は、上述
した問題を解決するために、プラズマ化学気相成長法に
て基体表面に絶縁膜を形成する薄膜形成装置において、
原料気体を放電させるための放電電圧を供給する電圧供
給手段と、紫外領域の波長の光を上記基体表面に形成さ
れる上記絶縁膜に照射するための光源とを有することを
特徴としている。

【００１４】また、上記薄膜形成装置によれば、電圧供
給手段からの放電電圧に応じて原料気体がプラズマ化さ
れる。プラズマ化された原料気体により成膜された絶縁
膜に光源から該絶縁膜のエネルギギャップに相当する紫
外光を照射すると、この絶縁膜は導電性を示し、更なる
薄膜形成を行うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る薄膜形成方法
が適用される薄膜形成装置を用いた具体的な例につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００１６】上記薄膜形成方法は、プラズマ化学気相成
長法にて基体表面に絶縁膜を形成する薄膜形成方法にお
いて、原料気体に放電電圧を印加して、この放電電圧に
応じてプラズマ化された原料気体を用いて上記基体表面
に上記絶縁膜を形成する過程で、紫外光を該絶縁膜に照
射することを特徴としている。

【００１７】ここで、紫外光を絶縁膜に照射する理由
を、絶縁膜として例えばダイヤモンド状カーボン（ＤＬ
Ｃ：diamond like carbon ）薄膜を形成する例について
説明する。

【００１８】図１は、照射光の波長に対するＤＬＣ薄膜
の反射率を示すグラフである。

【００１９】このグラフによれば、反射率は、略３００
ｎｍから短波長側で減少している。このことは、略３０
０ｎｍより短波長側の光いわゆる遠紫外領域の光（以下
遠紫外光という）が照射されると、ＤＬＣ薄膜は照射さ
れた光を吸収する傾向を示している。なお、吸収された
光は、ＤＬＣ薄膜のエネルギギャップに相当している。
そこで、ＤＬＣ薄膜の価電子帯に存在する電子の一部
は、エネルギギャップに相当する光が照射されると励起
され伝導帯に移行し、ＤＬＣ薄膜は導電性を示す。通
常、ＤＬＣ薄膜の抵抗率は１０¹⁰〜１０¹²Ωｃｍである
のだが、上述の光が照射されることで伝導性を示すいわ
ゆる光電気伝導により該抵抗率が低下する。

【００２０】そこで、上記薄膜形成装置は、図２に示す
ように、プラズマ化学気相成長法にて基体表面に絶縁膜
例えばＤＬＣ薄膜を形成する薄膜形成装置において、原
料ガス例えばメタン、アセチレン、トルエン等を放電さ
せるための放電電圧を供給する電源８と、紫外領域の波
長の光を上記基体表面に形成される上記ＤＬＣ薄膜に照
射するための紫外光（ＵＶ）発生装置１とを有するもの
である。

【００２１】上記薄膜形成装置において、反応槽７にて
プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ薄膜をドラム９の表面に
形成させる際に、ＵＶ発生装置１から遠紫外光が出射さ
れ、光学系５で出射された遠紫外光が集光されてＵＶウ
インド６を介してドラム９の表面に照射される。

【００２２】また、成膜過程にあるＤＬＣ薄膜は、照射
された遠紫外光を吸収し導電性を示し、チャージアップ
が生じるのを回避する。また、導電性を生じさせるの
に、ドラム９を加熱しなくても、安定したグロー放電を
継続することが可能になる。この形成されたＤＬＣ薄膜
の上に更に、ＤＬＣ薄膜が形成される。従って、成膜さ
れるＤＬＣ薄膜の品質が向上するとともに、例えば膜厚
１０μｍを超えるＤＬＣ薄膜の成膜を行うことができ
る。

【００２３】さらに、成膜されたＤＬＣ薄膜を例えば機
械部品の保護膜として用いると、当該機械部品の耐久性
が向上する。

【００２４】ここで、ＵＶ発生装置１は、ＤＬＣ薄膜が
吸収する波長の光すなわち略３００ｎｍ以下の波長で、
ｍＷ程度で遠紫外光を発生し出射する。具体的には、Ｕ
Ｖレーザ光発生装置が挙げられるが、例えば波長変換手
段を設けて構成されるレーザ光発生装置を用いて、例え
ばネオジム：イットリウム・アルミニウム・ガーネット
（Ｎｄ：ＹＡＧ）のレーザ素子で１０６４ｎｍのレーザ
光を発生させて上記波長変換手段にて波長変換し第４高
調波である２６６ｎｍのレーザ光を発生させて出射させ
る。また、上記波長変換手段を設けたレーザ光発生装置
を用いると、紫外光よりエネルギの小さい１０６４ｎｍ
の光を発生させるための電力で済むため、紫外光を直接
発生させるのに比べて低電力で済むという利点がある。

【００２５】光学系５は、ＵＶ発生装置１に近い方から
コリメータレンズ２、凹レンズ３及び円錐レンズ４が同
一光軸を有するように配置されて成る部分である。ＵＶ
発生装置１から出射された光は、コリメータレンズ２を
透過して平行光になり、凹レンズ３を透過し光路幅が広
げられ、円錐レンズ４を透過してドラム９付近で焦点が
合うようにしている。このように構成することで、ＵＶ
発生装置１から出射される光が、後述する電極１０で遮
断されないでドラム９まで到達するようになる。

【００２６】反応槽７は、石英等で作成されたＣＶＤチ
ャンバ１２を有しており、プラズマＣＶＤ法によるＤＬ
Ｃ薄膜の成膜が行われる空間を提供する部分である。ま
た、この空間は、閉じた系であり、例えば図示されない
０．０１パスカル（Ｐａ）程度の強さの真空装置に接続
する真空管１１より、例えば数Ｐａ〜１００Ｐａぐらい
まで減圧される。

【００２７】ここで、ＣＶＤチャンバ１２は、図示され
ないガス供給管より供給される原料ガスをプラズマ化
し、このとき生じるＣＶＤチェンバ１２の内外での圧力
差を利用して、プラズマ化された原料ガスをドラム９に
噴射する部分である。また、ＵＶ発生装置１と対向する
面には、当該ＵＶ発生装置１から出射される光を反応槽
７内部に通すためのＵＶ窓６が設けられ、さらに原料ガ
スに放電電圧を印加するための電極１０も設けられてい
る。

【００２８】また、電源８は、電圧可変式の電源であ
り、１キロボルト（ｋＶ）〜数ｋＶまでの直流電圧を発
生する部分である。アノード側に上記電極１０が、カソ
ード側にドラム９が接続され、さらに、カソード側は接
地される。このように構成することで、電極１０とドラ
ム９との間には電界が発生する。

【００２９】ここで、上記ＣＶＤチャンバ１２におい
て、減圧された状態で、原料ガスを供給し電源８を投入
すると、原料ガスは電極１０を介して電源８から供給さ
れる放電電圧に応じてプラズマ化する。この正に帯電し
たプラズマは、負に帯電しているドラム９に引き付けら
れ薄膜を形成する。

【００３０】以上、本発明を適用した具体例について説
明したが、本発明は上述の具体例に限定されることなく
種々の変更が可能である。例えば、ＤＬＣ薄膜を成膜す
る例について述べたが、ＤＬＣ薄膜以外の絶縁膜例えば
二酸化硅素（ＳｉＯ₂ ）膜等を成膜する薄膜形成装置と
してもよい。なお、この場合は、原料ガスは、炭化水素
ガスではなく、シランガス（ＳｉＨ₄ ）及び酸素ガス
（Ｏ₂ ）である。また、原料ガスとしてシランガスとア
ンモニア（ＮＨ₃ ）とを用いて窒化硅素膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）
の成膜を行うようにしてもよい。

【００３１】この他、磁気記録再生用ドラムのドラムの
絶縁膜を成膜する例を挙げたが、例えばフィルムに絶縁
膜を被着させたり、固定基板に対して絶縁膜を成膜させ
てもよい。

【００３２】また、反応槽７の減圧について、数Ｐａ〜
１００Ｐａ程度の例を挙げたが、反応系の大きさ成膜す
る薄膜の大きさ原料ガスの濃度に応じて変更可能であ
る。また、放電電圧についても１ｋＶ〜数ｋＶとした
が、これも同様に変更可能である。

【００３３】ＵＶ発生装置１から出射される光の波長と
して、３００ｎｍ以下である例を挙げたが、出射される
光が成膜する絶縁膜が吸収する光の波長であるならば、
変更可能である。

【００３４】また、放電電圧を供給する電圧供給手段と
して、直流電圧を発生する電源を用いた例を挙げたが、
高周波の電圧を発生する電源を用いてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る薄膜
形成方法によれば、プラズマＣＶＤ法にて絶縁膜を成膜
する際に、形成されている絶縁膜にこの絶縁膜のエネル
ギギャップに相当する紫外光を照射することで、当該絶
縁膜に導電性が生じ、更なる薄膜形成を行うことができ
るため、絶縁膜を成膜する基体を加熱しなくても、安定
したグロー放電を継続することが可能になり、高品質で
膜厚の大きい絶縁膜の成膜が可能になる。

【００３６】また、本発明に係る薄膜形成装置によれ
ば、電圧供給手段からの放電電圧に応じてプラズマ化さ
れた原料気体が、堆積して成膜された絶縁膜に対して、
光源から該絶縁膜のエネルギギャップに相当する紫外光
を照射すると、この絶縁膜は導電性を示し、更なる薄膜
形成を行うことができるため、絶縁膜を成膜する基体を
加熱しなくても、安定したグロー放電を継続することが
可能になり、高品質で膜厚の大きい絶縁膜の成膜が可能
になる。

【００３７】さらに、成膜された絶縁膜を機械部品の保
護膜として用いると、当該機械部品の耐久性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薄膜形成方法におけるＤＬＣ薄膜
に照射する光の波長について説明するグラフである。

【図２】本発明に係る薄膜形成装置に具体的構成の一例
を示す図である。

【図３】従来のプラズマＣＶＤ法による薄膜形成を行う
薄膜形成装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ＵＶ発生装置８電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者天野俊二東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者林弘志東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ化学気相成長法にて基体表面に
絶縁膜を形成する薄膜形成方法において、原料気体に放電電圧を印加して、この放電電圧に応じて
プラズマ化された原料気体を用いて上記基体表面に上記
絶縁膜を形成する過程で、紫外領域の波長の光を該絶縁
膜に照射することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】上記薄膜は、ダイヤモンド状カーボン薄
膜であることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成方
法。
【請求項３】上記放電電圧は、直流電圧であることを
特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。
【請求項４】プラズマ化学気相成長法にて基体表面に
絶縁膜を形成する薄膜形成装置において、原料気体を放電させるための放電電圧を供給する電圧供
給手段と、紫外領域の波長の光を上記基体表面に形成される上記絶
縁膜に照射するための光源とを有することを特徴とする
薄膜形成装置。
【請求項５】上記薄膜は、ダイヤモンド状カーボン薄
膜であることを特徴とする請求項４記載の薄膜形成装
置。
【請求項６】上記電圧供給手段は、直流電圧を供給す
ることを特徴とする請求項４記載の薄膜形成装置。