JPS5966045A - 表面改質装置 - Google Patents
表面改質装置Info
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- JPS5966045A JPS5966045A JP17614082A JP17614082A JPS5966045A JP S5966045 A JPS5966045 A JP S5966045A JP 17614082 A JP17614082 A JP 17614082A JP 17614082 A JP17614082 A JP 17614082A JP S5966045 A JPS5966045 A JP S5966045A
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- JP
- Japan
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- plasma
- ion beam
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- mass
- sample
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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)
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】
〔発明の利用分野〕
本発明は、試料＄、仮にイオン打込みを行ってその表面
の硬さ、耐触性等を改質したり、或いは基板表面上に別
の硬質膜奮堆積して基板の表面改質ケ行う表面改質装置
に係り、特に、この種装置において良質の薄膜音制御性
よく重速に形成する手段に関する。
の硬さ、耐触性等を改質したり、或いは基板表面上に別
の硬質膜奮堆積して基板の表面改質ケ行う表面改質装置
に係り、特に、この種装置において良質の薄膜音制御性
よく重速に形成する手段に関する。
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？行い、その表面層だけを母材の性質よシ曖れｆ
？：、特性ケ持つ薄層に改質する手法が使われてきた。
打込み？行い、その表面層だけを母材の性質よシ曖れｆ
？：、特性ケ持つ薄層に改質する手法が使われてきた。
１次、プラズマによる化学反応で試料表面上に良質のノ
摸を形成したり、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
ゃ丁く膜質に再現性が乏しかった。一方、打込み法やビ
ーム減速法でｌまビーム純度が尚く、制御性ヤ再現性、
密着力が誕れているものの、結晶性等の膜質は悪かった
。
摸を形成したり、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
ゃ丁く膜質に再現性が乏しかった。一方、打込み法やビ
ーム減速法でｌまビーム純度が尚く、制御性ヤ再現性、
密着力が誕れているものの、結晶性等の膜質は悪かった
。
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ノ戻形成装置ｔ
？ｒ説明する図でる６゜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によってカーボンイ
オンビームだけに質量分離される。
？ｒ説明する図でる６゜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によってカーボンイ
オンビームだけに質量分離される。
分析管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′亀圧に保たれている。４は絶縁碍子である
。基板６はイオン源１よシ数ｌＯＶ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によって減速ケ受け、数１０Ｖ’
／）エネルキーケ付って基板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
なる欠点があった。一方、ＣＶＤ法の膜形成実験によれ
ば、高温中でのＣｍ１（ｎ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凡られてきた
。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。
６に対し負′亀圧に保たれている。４は絶縁碍子である
。基板６はイオン源１よシ数ｌＯＶ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によって減速ケ受け、数１０Ｖ’
／）エネルキーケ付って基板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
なる欠点があった。一方、ＣＶＤ法の膜形成実験によれ
ば、高温中でのＣｍ１（ｎ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凡られてきた
。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法に比ベビ
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、ビーム重加の測定により、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
度を初めとして各種制御性に優ｎる利点があった。
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、ビーム重加の測定により、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
度を初めとして各種制御性に優ｎる利点があった。
なお第１図において、減速電極系を除去し、基板６を分
析前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。
析前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。
したがって、本発明の目的は上述した欠点を解消した表
面改質装置＃全提供することにある。
面改質装置＃全提供することにある。
上記目的′ｆｆ：達成するために本発明においては、イ
オンビームを使ン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ケ設け、試料基板葡プラズ
マ雰＋、ｕＪ ’ｌｃ中におくことにより、制（ＩＩ
＋４、再現性に夕：れた良質の硬質ｌ換金高速に形成さ
せるようにしたことｔ％徴としている。
オンビームを使ン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ケ設け、試料基板葡プラズ
マ雰＋、ｕＪ ’ｌｃ中におくことにより、制（ＩＩ
＋４、再現性に夕：れた良質の硬質ｌ換金高速に形成さ
せるようにしたことｔ％徴としている。
即ち、最近のＣＶＤ法による膜実ｍｌから、イオンビー
ム音便った薄膜形成や表面層改質ではラジカルの任在が
極めて重要な働きケすることが明らかＶＣなっている。
ム音便った薄膜形成や表面層改質ではラジカルの任在が
極めて重要な働きケすることが明らかＶＣなっている。
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、ラジカル共給源としてラジカル濃度が高く、
ビーム系に影響？及ぼさない、いわゆるプラズマ盆利用
し、膜質や表向層の特性改善７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？詳
細に述べる。
置に対し、ラジカル共給源としてラジカル濃度が高く、
ビーム系に影響？及ぼさない、いわゆるプラズマ盆利用
し、膜質や表向層の特性改善７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？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１００
人／分前後に抑えられていた。これは、ＣＶＤ法では熱
フィラメント等の加熱による水素ラジカル発生を行って
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ックス忙イ
オンビームで得る場合、その電流密度は１ ｍ Ａ ／
ｃｎｌ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諒の開発によ’） 、１ ｍ Ａ
／ｃｒｔ１以上の低速ビーム葡得ることは惨めて容易で
ある。従って、低速ビーム法では、ＣＶ ＩＪ法より商
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、ＣｖＬ）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。
人／分前後に抑えられていた。これは、ＣＶＤ法では熱
フィラメント等の加熱による水素ラジカル発生を行って
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ックス忙イ
オンビームで得る場合、その電流密度は１ ｍ Ａ ／
ｃｎｌ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諒の開発によ’） 、１ ｍ Ａ
／ｃｒｔ１以上の低速ビーム葡得ることは惨めて容易で
ある。従って、低速ビーム法では、ＣＶ ＩＪ法より商
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、ＣｖＬ）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−ｘＶ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
でせようとするものである。
性や再現性の良い、良質のダイヤモンド膜を高速に形成
で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ブラズマの
相互作用によシ、イオンビームがちらに減速を受け、方
向が変ったυ、エネルギーがさらに低くなることが予想
されるが、通１信の定常プラズマ（ｎｏ＝１０１１ケ／
ｌｙｎ” 、Ｔｅ＞ｌ０ｅＶ）ｉ使う限り、これらの効
果は極めて小さい（ｐｌａｍａｐｈｙｓｉｃｓ、 Ｖｏ
ｌ、 １４． ｐｐ３６７、１９７２ ＋参照）。従っ
て、エネルギー値をそろえてビーム蒸着ケ行うという低
速ビーム法の特徴は何ら損なわれることはない。
相互作用によシ、イオンビームがちらに減速を受け、方
向が変ったυ、エネルギーがさらに低くなることが予想
されるが、通１信の定常プラズマ（ｎｏ＝１０１１ケ／
ｌｙｎ” 、Ｔｅ＞ｌ０ｅＶ）ｉ使う限り、これらの効
果は極めて小さい（ｐｌａｍａｐｈｙｓｉｃｓ、 Ｖｏ
ｌ、 １４． ｐｐ３６７、１９７２ ＋参照）。従っ
て、エネルギー値をそろえてビーム蒸着ケ行うという低
速ビーム法の特徴は何ら損なわれることはない。
以下、本発明の一実施例ケまず、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。
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ケ設け、ここに、コックＩｌ
ｌ：通してガスヶ矢印方向から導入する。
の間にプラズマ生成室１２ケ設け、ここに、コックＩｌ
ｌ：通してガスヶ矢印方向から導入する。
１（、Ｆ、 （Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｇｕｅｎｅｙ ）
コイル７に高周波電源９からの高周波パワーケ供給す
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
ものヶ使い、イオンビーム３′にカーボンイオンを使い
、ｍｌＯｅＶ前後のエネルギーで堆）＊留付い、ＣＶＩ
Ｊ法と同等な良質の硬質膜を、ＣＶＤ法より商い堆、債
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’１（、Ｆ。
コイル７に高周波電源９からの高周波パワーケ供給す
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
ものヶ使い、イオンビーム３′にカーボンイオンを使い
、ｍｌＯｅＶ前後のエネルギーで堆）＊留付い、ＣＶＩ
Ｊ法と同等な良質の硬質膜を、ＣＶＤ法より商い堆、債
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’１（、Ｆ。
プラズマ発生手段を使っているが、プラズマ源が分析管
３よシ高い祇位にあるため、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った。しかし、この量
はｔｌ ｍ Ａ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
何ら支障はなかった。
３よシ高い祇位にあるため、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った。しかし、この量
はｔｌ ｍ Ａ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
何ら支障はなかった。
また、基板６の後方に加熱ヒーター（図示せず）會取付
けて同様な膜形成上行ったところ、結晶性に著しい改善
が見られた。また、ｇ＋＋絽刀スを水素ガスから、Ｃｎ
ｆｌ ｍ ｆ 言む水素ガス［，４：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、膜賀の改善が見られた。
けて同様な膜形成上行ったところ、結晶性に著しい改善
が見られた。また、ｇ＋＋絽刀スを水素ガスから、Ｃｎ
ｆｌ ｍ ｆ 言む水素ガス［，４：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、膜賀の改善が見られた。
第３図は本発明に基づく別の実施例全説明する図である
。本発明ではＲ８Ｆ、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１イクロ彼放電プラズマ
発生手段を利用したものである、つまり、プラズマ室１
２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ｒ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、分析部の女定動作が行える利点
がある。
。本発明ではＲ８Ｆ、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１イクロ彼放電プラズマ
発生手段を利用したものである、つまり、プラズマ室１
２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ｒ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、分析部の女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ケ点火し
、減速電極系５および基板６′に分析管３と同心位にし
、まず、基板６に高エネルギーのＣ＋イオンの打込み金
した後、本発明にょるｊ膜形成を行った。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′に分析管３と同心位にし
、まず、基板６に高エネルギーのＣ＋イオンの打込み金
した後、本発明にょるｊ膜形成を行った。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・ｊ＜発明に基づく別の実施例を説明する図で
ある１図では、減速電極奮取去見質量分Ｎ「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はアーススリットである。基板６の
前方のプラズマ室１２には几、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イオンビームい、父、基
板６の前方のプラズマ室１２にＮ２ガスのプラズマ１３
ケ作って膜形成を行ったところ、表ｍｒ層の硬い窒化膜
が作成できた。
ある１図では、減速電極奮取去見質量分Ｎ「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はアーススリットである。基板６の
前方のプラズマ室１２には几、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イオンビームい、父、基
板６の前方のプラズマ室１２にＮ２ガスのプラズマ１３
ケ作って膜形成を行ったところ、表ｍｒ層の硬い窒化膜
が作成できた。
本発明によれば５制＜Ｍｌ性や再現性に優れた良質の硬
質、模？高速に形成でき、ダイヤモンド薄膜ケ始めとし
て各種の任意な組成の良質ノ模盆形成でき、実用に供し
その効果は著しく犬である。
質、模？高速に形成でき、ダイヤモンド薄膜ケ始めとし
て各種の任意な組成の良質ノ模盆形成でき、実用に供し
その効果は著しく犬である。
第１図は従来の低速イオンビームによる膜形成装置′（
ｆ−説明する平面図、第２図は本発明に基づく実が１例
の平面図、第３図は本発明に基づく別の実施例の平ｒｆ
Ｊ図２第４図は本発明に基づくさらに別の実施例ケ説明
する平面図である。 １・・・イオン源、２・・・質量分離器、３・・・分析
管、３′・・・イオンピー１５．４・・・絶縁碍子、５
・・・減速電極、６・・・ａ＆、７・・・ｔｔ Ｆ、コ
イル、８・・・ガスコック、９・・・几、Ｆ、電源、１
０・・・空心コイル、１１・・・アーススリット、１２
・・・プラズマ室、１３・・・プラズマ、第 １ 図 ↓ ■ｚ 図 番 ３ Ｂ 第 ４ 図
ｆ−説明する平面図、第２図は本発明に基づく実が１例
の平面図、第３図は本発明に基づく別の実施例の平ｒｆ
Ｊ図２第４図は本発明に基づくさらに別の実施例ケ説明
する平面図である。 １・・・イオン源、２・・・質量分離器、３・・・分析
管、３′・・・イオンピー１５．４・・・絶縁碍子、５
・・・減速電極、６・・・ａ＆、７・・・ｔｔ Ｆ、コ
イル、８・・・ガスコック、９・・・几、Ｆ、電源、１
０・・・空心コイル、１１・・・アーススリット、１２
・・・プラズマ室、１３・・・プラズマ、第 １ 図 ↓ ■ｚ 図 番 ３ Ｂ 第 ４ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 イオンを発生させ、このイオンビームしてイオン
ピー又とする手段、上記イオンビームを質量分離する質
量分離器、質量分離されたイオンビーム勿打込むための
試料全載置する拭料普とからなる表面改質装置において
、上記試料口と上記質量分離ｄ沖との間にプラズマ室ケ
付設してなることを％徴とする表面改′Ｘ、装置。 ２．９ケ訂請求の範囲第１項記載の表聞改質表直におい
て、上記プラズマ室と上記質量分離器との曲に上記′Ｒ
量分離されたイオンビーム勿減速するための減速屯極勿
付設してなること忙時倣とする表面改質装置酢。 ３、＠許請求の範囲第２項記載の衣面改質表直において
、上記イオンビームがカーボンイオンからなシ、かつ上
記プラズマが水素プラズマ或いＶ工Ｃｎ１４ｍガスヶ含
む水素カスのプラズマからなること全特徴とする表面改
質装置。 ４、特許請求の範囲第２項記載の表面改質装置において
、上記試料を加熱するための加熱ヒーターを付設してな
ること全特徴とする表面改質装置。 ５、％許請求の範囲第２項記載の表面改質装置において
、上記試料′ｆ！ｃ亀気的に絶縁状態にすると共に、上
記プラズマに対して交流又は負の電圧を印加せしめてな
ることを特徴とする表面改質装置。
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 true JPS5966045A (ja) | 1984-04-14 |
| JPH0760665B2 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) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61233955A (ja) * | 1985-03-08 | 1986-10-18 | Nissin Electric Co Ltd | イオン注入装置 |
| WO1994012680A1 (en) * | 1992-11-25 | 1994-06-09 | Gehan Anil Joseph Amaratunga | Doping of highly tetrahedral diamond-like amorphous carbon |
| WO2001033604A1 (fr) * | 1999-10-29 | 2001-05-10 | Applied Materials Inc. | Procédé d'implantation ionique et appareil correspondant |
Citations (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
Patent Citations (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 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61233955A (ja) * | 1985-03-08 | 1986-10-18 | Nissin Electric Co Ltd | イオン注入装置 |
| WO1994012680A1 (en) * | 1992-11-25 | 1994-06-09 | Gehan Anil Joseph Amaratunga | Doping of highly tetrahedral diamond-like amorphous carbon |
| WO2001033604A1 (fr) * | 1999-10-29 | 2001-05-10 | Applied Materials Inc. | Procédé d'implantation ionique et appareil correspondant |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0760665B2 (ja) | 1995-06-28 |
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