JP2003522710A - ダイヤモンド表面の処理方法および対応するダイヤモンド表面 - Google Patents

ダイヤモンド表面の処理方法および対応するダイヤモンド表面

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ジャン−ピエール ブライアン
ニコラス ベシュ
アリックス ジクエル
ジョセリン アシャール
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ユニベルシテ・ピエール・エ・マリー・キユリー
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、表面の処理方法および対応のダイヤモンド表面（５Ａ）に関する。該方法は、各々が少なくとも３つの正電荷を有するイオンを生成すること、および該イオンのビームをダイヤモンド表面へ放出することを包含し、その結果、イオンの効果下で少なくとも１つの表面領域を導電性にする。有利なことに、１５０ｎｍ未満の直径を有する導電性アイランド（６）がこのように形成され、これは次いで好ましくは電子のためのリザーバ（１０ｎｍ未満の直径を有する）として、または冷陰極をリパワーするためのリザーバとして使用される。本発明は、マイクロエレクトロニクスに適用可能であり、そして冷陰極を作製するためである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 この発明は、以下の表面処理方法に関連する： ・少なくとも三つの正電荷をそれぞれ有するイオンを作る、及び ・これらイオンのビームを該表面に送る。
【０００２】 本発明は、また、対応するダイヤモンド表面、及びそのような方法又はそのよ
うな表面の応用に関する。
【０００３】 上記タイプの方法は、国際出願WO-98/29901及びWO-98/54747に記載されている
。
【０００４】 より詳細には、文献WO-98/29901は、半導体表面に絶縁性領域を作るために、
半導体表面に接触するイオンなしでの構造修飾に関する。
【０００５】 文献WO-98/54747は、それに関する限りは、イオンエッチング技術を記載して
いる。この文献で開示されている特別な実施態様において（クレーム８参照）、
ビームは半導体、又は絶縁性材料に向け送られ、該表面の電気的又は化学的性質
或いは形態が、そのようなビームにより表面に接触するビーム無しに局部的に修
飾される。
【０００６】 この発明は、絶縁性表面上に導電性領域を形成し、それにより驚くべきことに
イオンビームのみを送らせることを可能にする技術に関する。本発明は、そのよ
うな制御可能で、大きさの小さい領域を形成するのを可能にするような技術に関
する。
【０００７】 それゆえ、本発明は、この表面の少なくともひとつの領域を導電性にし、全て
のハンディキャップにも関わらず、該表面に向けイオンビームを送ることを実行
可能にする、絶縁性表面の処理方法に関する。
【０００８】 本発明は、また、本発明の処理方法により得られることができる直径10 nm未
満の導電性アイランドの輪郭を描く絶縁性表面に関する。
【０００９】 本発明はまた、この技術の、ある電子タンクの実現のためのマイクロエレクト
ロニクスへの応用、及び特にフラットスクリーンのための冷陰極の製造への応用
に関する。
【００１０】 この効果で、本発明の目的は、次の表面処理方法である： ・少なくとも三つの正電荷をそれぞれ有するイオンを作る、及び ・これらイオンのビームを該表面に送る。
【００１１】 本発明によると、表面の少なくとも１つの領域をこれらのイオンの影響下で導
電性にするために、ビームはダイヤモンド表面に向けて送られ、それぞれのイオ
ンは、それぞれが前記ダイヤモンドの４原子表面、好ましくは１０原子表面より
大きく、22,500 nm2より小さい表面積を有する表面の局部的構造修飾を生み出す
ような入射(incidence）、運動エネルギー及び電荷を有する。
【００１２】 “ダイヤモンド”は、天然又は人工ダイヤモンド（例えばCVD−化学気相成長
法−又はHPHT(高圧高温−法)により調製される）、多結晶又は単結晶ダイヤモン
ドだけでなく、他の結晶構造を除く、ダイヤモンドのように結合sp3を有する“
アモルファスカーボンsp3”（ダイヤモンド様カーボン）も意味する。該ダイヤ
モンド表面は、好ましくはシリシウム（silicium）でできた支持体上に薄層とし
て有利に調製される。
【００１３】 ダイヤモンド（即ち、ダイヤモンド構造の、純粋な結晶化カーボン）からなる
絶縁性表面に向けてイオンビームを送ることは、導電性領域の局部的、安定な形
成を起こし得ることは、特に驚くべきことである。この効果は、今まで調べられ
てない物理的現象によるもので、それによると、該ダイヤモンドの構造は、１つ
又はいくつかの単数のイオンにより、小さい表面上で導電性同素体変種に修飾さ
れ得る。実際、カーボンは、特にダイヤモンド（絶縁性形態）及びグラファイト
（導電性形態）を含むいくつかの結晶同素体形を示し、少なくとも３つの正電荷
を有するある１つのイオンは、ダイヤモンド表面で原子次元に関して大きいが、
肉眼的規模では小さい欠陥を生じさせ得る。そのようなイオンは、ダイヤモンド
表面で、この結果を得ることを可能にする電子の大規模な往復運動(excursion)
を作り出す。
【００１４】 対称的に、例えば、文献WO-98/54747に記載されている技術は、問題の表面の
分子に存在する原子の排除に基礎を置き（特に８ページ、７〜１９行参照）、そ
れゆえ、その目的において、及びこの発明の方法の応用において非常に異なる。
【００１５】 イオンビームでの操作は、好ましくは真空中で行なわれる。このように、真空
は比較的高圧、例えば10-9 Paオーダーに対応する。それはまたウルトラ真空で
もあり得る。
【００１６】 それぞれが少なくとも３つの正電荷を有するイオンは、多電荷陽イオンと呼ば
れる。例えば、単電荷イオンは、ダイヤモンドの表面に安定した導電性領域を局
部的に作り出すことにある特定の効果を作り出すことができない。先験的に、非
常にエネルギーのある単電荷イオンは、あらゆる物質を通る時、局部的に結晶性
又は化学結合を壊すことができるであろう。しかしながら、それらは原子次元の
オーダーにおける点の表面欠陥を作るだけであろう。そのような点表面（ponctu
els en surface）の深部欠陥は、作り出される導電性領域を使用することを可能
にしない。特に、作られた該欠陥は、熱効果により自然に修復される傾向がある
ため、安定な導電性領域を実現するためには、後の化学処理が必要となるであろ
う。
【００１７】 形成される導電性領域は、グラファイトに似た導電特性を有し、それは、特に
ダイヤモンドの結晶性質の欠如により特徴付けられる、他の非ダイヤモンド同素
多様体に変えるための、ダイヤモンドの構造修飾により説明される。
【００１８】 上記方法は、150 nmより小さい、好ましくは10 nmより小さい直径を有する導
電性アイラインドのような、非常に小さい局部的導電性領域の形成に、導電性ラ
イン又は導電性表面部分の形成に、或いはダイヤモンドの全表面の構造修飾に応
用できる。
【００１９】 ビームイオンの１つの衝突により作り出される導電性領域は、ダイヤモンド表
面上に、電荷により与えられる所定の表面及び所定の深さ、運動エネルギー及び
、おそらくイオン入射(incidence)を有する。
【００２０】 対照的に、単電荷イオンは、それぞれで10原子表面より小さい表面積を有する
欠陥しか作ることができず、イオンビームを大量に送ることは、22,500 nm2より
ずっと大きい導電性表面に導くことができるのみである。
【００２１】 下記で、‘局部的構造修飾’とは、上記で特定した範囲にある表面積上の修飾
を意味する。
【００２２】 局部的構造修飾での最初の好ましい実施態様において、ビームは少なくとも１
つの、直径が150 nmより小さい導電性アイランドを形成するために送られる。
【００２３】 該導電性アイランドは、有利に、10 nmより小さい、好ましくは2〜6 nmの範囲
の直径を有する。本発明の処理方法は、それぞれのイオンが１つのアイランドを
形成することができるような、正確な局部的構造修飾を提供する。
【００２４】 それから、該導電性アイランドは、好ましくは１つの電子タンクとして用いら
れる。前記点は、マイクロエレクトロニクスにおけるそれらの応用に特に有用で
ある。
【００２５】 最初の実施態様の他の例として、導電性アイランドは、冷陰極のための補充貯
蔵所として使用される。次に、該導電性アイランドの大きさは、有利に10 nmよ
り大きく、さらに好ましくは100 nmより大きい。
【００２６】 ２番目の好ましい実施によると、該ビームは、絶縁パターンを描く導電性ライ
を形成するために送られる。
【００２７】 ３番目の好ましい実施態様によると、該ビームは、ダイヤモンド表面の少なく
とも一部を導電性にするために送られる。
【００２８】 そうするために、走査ビームにより起こされる、これらの表面部分の局部的構
造修飾が有利に用いられる。これは、該ビームの次元及びその案内(guiding)、
つまり慣用的に１ミクロンより小さい、に対応する正確さを可能にする。
【００２９】 この３番目の実施態様の特別な例において、ダイヤモンド全表面が導電性にさ
れる。
【００３０】 局部的構造修飾の好ましい実施態様によると、前記修飾はランダムに行なわれ
る。このように、特に、最初の実施態様は、それから、ダイヤモンド表面上にラ
ンダムに分散した導電性アイランドを形成することにあり、表面単位の導電性ア
イランドの数は、この表面に到達したイオンの数により定義される。
【００３１】 局部的構造修飾の他の実施態様において、前記修飾は前もって設定されたスキ
ームに沿って行なわれる。
【００３２】 特に、有利に、案内手段の方向に該ビームを送る間、該ビームを案内手段で該
表面の方向に向ける間、および繰り返し次の操作を行なう間、該表面の該領域は
選択的に処理される： ・該表面で、該ビームのイオン相互作用の空間−時間検出、 ・該ビームの中断、 ・該ビームの位置に対する該表面の相対移動、及び ・該ビームの再構築 該ビームの位置に対する該表面の相対移動は、それらの位置又はそれらの配向
の多様性により、該表面の移動又は該ビームの移動を意味し得る。それから、該
局部的構造修飾は、領域から領域へと連続して起こる。実施態様の多様性におい
て、いくつかのビームは同時に該表面に向けられる。
【００３３】 空間−時間検出は、該相互作用の瞬間だけでなく、該位置を同定することにあ
る。
【００３４】 そのような方法で進めることにより、該ダイヤモンド表面の露出所要時間、及
び該イオンビームに対するこの表面の相対移動を制御することが可能となる。そ
のような制御には、非常に高い信頼性がある。実際、時間関連だけでなく空間的
観点からいうと、イオンによる局部的構造修飾は、標的上にイオンがランダムに
到達することを意味する。上記で特定された、その制御された局部的構造修飾方
法は、これらのランダムな現象に対する処理を調節することを可能にする。
【００３５】 国際出願WO-98/54747は、そのような方法のいくつかの実施態様の詳細な記載
を含む。これら実施態様の全ては、この発明に応用できるが、該技術水準の局部
的構造修飾の制御は、ダイヤモンド表面の選択、及びそれぞれが少なくとも３つ
の正電荷を有するイオンの使用と組み合わされる。
【００３６】 詳しくは、別々に或いは技術的に可能な全ての組み合わせで、以下の特徴を有
利に満たす： ・好ましくは１つ又は幾つかのビームコリメータによって、イオン源と処理さ
れる表面との間のイオンビームが空間的に局在化され、 ・ビーム位置は制御されて冷却され、 ・イオン源と処理される表面との間のイオンのモノキネティック選択(monokin
etic selection)が行われ、 ・有利にはコリメータの使用と組み合わせて、処理される表面と実質的に平行
な電場を適用することによって、該ビームを遮断し、 ・案内手段はイオンビームを特定の角度に偏向する磁場を適用する手段を含み
、この磁場は好ましくは均一で、偏差角は好ましくは90°であり、 ・案内手段は電気的偏向を生み出す電場を適用する手段を含み、 ・案内手段は、例えばウィーンフィルタ(Wien filter)において、磁場及び電
場を同時に実施し、 ・圧電性石英およびセラミックの中から選択される少なくとも１つの要素によ
って、該表面をビーム位置に関して移動させ、この表面上のイオンビーム入射に
関してダイヤモンド表面を移動させ、 ・好ましくはトンネル効果及び／又は原子間力顕微鏡によって、処理された該
表面を局所トポグラフィー及び／又は電気伝導率についてチェックし、 ・ビームと表面とのいかなる接触もなしに処理される表面についてのイオンの
相互作用、次に空間−時間検出は以下から選択される検出技術を含む： ○イオンビームの中空原子のある電子層から他の層へと引き抜かれた電子の
通過中に放射されるフォトンの測定（好ましくは放射されたＸ線の測定）、 ○中空原子のオージェ効果により放射された電子の検出、 ○イオン又は厳密に言うと中空原子の検出（好ましくは後方散乱中空原子の
位置、速度及び電荷）、 ○相互作用効果のもとで放出された、処理表面分子のイオン化されたフラグ
メントの検出（分離原子）、 ○相互作用効果のもとで放射された１束の電子の検出、 ○ダイヤモンド表面の原子から放射されたフォトンの測定、及び ○これらの技術のうち幾つかの組み合わせ。
【００３７】 該処理方法には、潜在的効果による遠隔相互作用、及び／又は、表面下へのイ
オンの浸透を引き起こしやすい（動的効果）、イオンビーム及びダイヤモンド表
面の接触との相互作用が含まれ得る。
【００３８】 したがって、第一の好ましい相互作用の態様では、イオンビームは表面に接触
し浸透するように送られる。よって、初期運動エネルギーが5 eV/qから500 keV/
qの間であるイオンが有利に発生する。
【００３９】 第二の相互作用の態様では、ビームのイオンに制御された平均速度を与えるた
めに、表面近くでビームに減速電圧を印加し、一方で該イオンは、表面に接触す
ることなくダイヤモンド原子から電子を引き抜き、したがってこれら原子間の結
合を変更する。
【００４０】 次に、該イオンは有利に減速され、その結果、表面近くに5,10-2 eV/qから5 e
V/qの間の運動エネルギーをもつ。
【００４１】 この無接触相互作用技術は、エッチング制御の場合について国際出願WO-98/54
747に、また半導体表面への絶縁ゾーンの形成について国際出願WO-98/29901に、
詳しく示されている。
【００４２】 これら両方の先行出願に開示され開発されたこうした技術の全てを、以下の調
整をもって本出願に置き換えなければならない：出願WO-98/54747については、
多電荷イオンのビーム及びダイヤモンド表面用に方法を特定しなければならない
。その上、現在の方法は、この先行出願に記載の局部的構造修飾の制御技術に限
定されず、また特にランダムエッチングプロセスに有効である。文献WO-98/2990
1に関しては、処理方法をダイヤモンド表面に適用し、このようにして、半導体
表面上に絶縁ゾーンではなく、導電性ゾーンが絶縁ゾーン上に形成される。
【００４３】 第三の相互作用の態様によれば、イオンは表面に触れるが激しい衝撃を与えず
、従ってそれらは該表面に浸透できず、この表面の最上部にのみ相互作用する。
【００４４】 第三の態様において、エネルギーレベルが各々5 eV/qより又は25 eV/qより小
さくなるまで、イオンは有利に減速される。
【００４５】 ダイヤモンド表面の第一の有利な態様においては、該表面は、単結晶で人工又
は天然のダイヤモンド表面である。
【００４６】 第二の有利な態様においては、それは、好ましくはCVD（化学気相成長法）又
はHPHT（高圧高温）法により得られる、多結晶ダイヤモンド表面である。有利に
は、該ダイヤモンド表面は基体上に蒸着した層、例えばケイ素である。
【００４７】 様々なサイズの単結晶を有する多結晶ダイヤモンド表面、好ましくはCVD又はH
PHT、の使用は、使用可能な電子の数を有利に増加させることを可能にする。実
際に、そのような実現により、導電性の結晶粒接合面に関して結晶表面のフラク
ションを変化することができ、該接合面はより多くの電子を隣接する絶縁体に供
給することができる。
【００４８】 そのような表面の放射技術により、帰納的にまた工業的に容易な方法で導電性
表面／絶縁性表面の割合を制御することもできる。
【００４９】 様々なサイズの単結晶を用いたこれらの実施は、電子の補充を提供するため、
冷陰極の製造にとって特に興味深い。
【００５０】 第三の有利な態様においては、この表面は無定形炭素sp3表面である。
【００５１】 有利には、ダイヤモンド表面は、好ましくは水素又は酸素でできた原子単層に
より不動態化される。この単層は、例えば水素など導電性、又は絶縁性（例：酸
素）であり得る。別の態様においては、ダイヤモンド表面は天然である。
【００５２】 本発明はまた、導電性アイランドを描くダイヤモンド表面に関し、その直径は
2より、好ましくは3原子距離より大きく、10nmより小さく、好ましくは2から6nm
の間である。
【００５３】 有利には、アイランドはグラファイトと同様の導電性特性をもつ。
【００５４】 そのような表面は、特に本発明の処理方法により得られる。
【００５５】 本発明はまた、そのような表面をマイクロエレクトロニクスへ応用することに
関し、ここで１つの導電性アイランドは１つの電子タンクとして用いられる。
【００５６】 本発明はまた、該処理方法を、特にフラットスクリーンのための冷陰極製造に
応用することに関する。
【００５７】 以下詳細に述べる実施態様および発明の実施のための形態を用い、添付の図を
参照して、本発明は説明され、より理解されよう： 図１は、ダイヤモンド層で覆われたケイ素ウェハを示す； 図２Ａは、第一の態様に従い本発明の方法を適用した後の図１のウェハを示す
； 図２Ｂは、第二の態様に従い本発明の方法を適用した後の図１のウェハを示す
； 図２Ｃは、第三の態様に従い本発明の方法を適用した後の図１のウェハを示す
； 図３は、制御された局部的構造修飾による本発明の方法の異なるステップを示
すフローチャートであり、これにより図２Ａ及び図２Ｂのようなウェハが得られ
る； 図４は、制御された局部的構造修飾による本方法の応用を特に可能にする、構
造修飾装置の態様を示し、ここでメインステップは図３に図式化される；そして 図５は、本発明の方法を実施する間の、図１のウェハ表面との多電荷陽イオン
の相互作用を示す。
【００５８】 ウェハ１（図１）はケイ素基板２を含み、これは該基板２上に堆積するダイヤ
モンド層３に覆われている。例えば1から500μmの間の厚みｅをもつ層３は、水
素又は酸素単層４で不動態化されている。層３はこのように、ダイヤモンド層３
に占められたウェハ１の浅部を示す表面５を定義づける。ダイヤモンドは極めて
優れた電気絶縁材であり、層３は単層４の下で極めて絶縁性である。
【００５９】 以下に示す処理方法によって、ウェハ１を可能な３通りで以下に転換すること
ができる： ・ウェハ２Ａに、ここで表面５Ａは、150 nmより小さく、有利には10 nmより
小さく、好ましくは2から6 nmの間である非常に小さいサイズの導電性アイラン
ド６を備えた、ダイヤモンド層１０Ａを含む（図２Ａ）； ・表面５Ｂをもつウェハ２Ｂに、５Ｂはダイヤモンド層１０Ｂを含み、ここに
絶縁パターン８を描く導電性ライン７が引かれる（図２Ｂ）；又は ・表面５Ｃをもつウェハ２Ｃに、５Ｃはダイヤモンド層１０Ｃを含み、ここに
導電性表面フラクション９が形成される（図２C）。
【００６０】 初めの２つの実現（ウェハ２Ａ及び２Ｂ）は局所選択的表面処理に該当する一
方、第三の実現（ウェハ２Ｃ）は局部的構造修飾によっても得られる。第三の実
現の特殊なケースは、その上の表面が完全に処理されることである。ウェハ２Ａ
、２Ｂ、及び２Ｃ（表面５全体の処理を除く）の極めて興味深い特徴の１つは、
寸法を完璧に制御され得る非常に導電性のゾーンが、非常に絶縁性のゾーンに近
いことである。より厳密には、導電性アイランド６又は導電性ライン７、および
表面フラクション９は、グラファイトと同様の電気的特性をもつ。ウェハ２Ａ、
２ｂ及びことによると２Ｃを導く処理方法によれば、ランダム局部的構造修飾の
第一の態様は有利には極めて高速であり、空間的に制御される局部的構造修飾の
第二の態様は、有利には正確である。
【００６１】 タイプ２Ａのウェハの実現は、マイクロエレクトロニクスの分野において特に
興味深い。なぜなら直径を十分に制御され得る導電性アイランド６は、１つの電
子タンクとして働き得るからである。これら各タンクにおける電子の存在或いは
非存在によって、ウェハ１に情報を貯めることができる。
【００６２】 タイプ２Ａのウェハはまた、冷陰極の製造のために有用である。このような場
合には、導電性アイランド６はそうした冷陰極の補充用貯蔵所として働く。
【００６３】 表面５の処理方法を、図４に示す特定の局部的構造修飾装置の使用に基づいて
、詳細な態様においてここで詳しく述べる。この装置は、ウェハ２Ａ、２Ｂ又は
２Ｃのいずれを得ることも可能とし、ランダム又は空間的に制御された処理を可
能にし、イオンビームと表面５との間で接触或いは接触無しで起こりうる相互作
用を作り出す。
【００６４】 局部的構造修飾装置は、多電荷陽イオンを生成するイオン源２０を含む。イオ
ン源２０は、ECR（電子サイクロトロン共鳴）源のように、非常にホットなプラ
ズマが磁気構造に閉じ込められて内部にあるイオン試料を利用できる。また、ソ
レノイドにおける電子ビームの圧縮を実施原理とする一方、電子ビームに注入さ
れた原子はイオン化されると同時に空間電荷にトラップされる。イオン源２０は
このようにEBIS（電子ビームイオン源）タイプのものであってもよい。
【００６５】 イオン源２０によって放出されたイオンは、例えばアルゴン、荷電したＡｒ17 + 又はＡｒ18+、酸素又はウラニウムであり得る。それらはまたホウ素又は炭素の
ようなより軽いイオンで構成され得る。正電荷の数は少数の単位からウラニウム
に対する９２まで変化するかもしれない。
【００６６】 イオン源２０はそのように最初の方向５１に従ってイオンビーム４１を発生す
る。放出されたイオンは数ｋｅＶ／ｑのオーダー、例えば５から２０ＫｅＶ／ｑ
の間の範囲の初期運動エネルギーを有する。ここでｑはこれらの各イオンの正電
荷の数を示す。
【００６７】 ビーム４１は、例えばＡｒ17+のような、選ばれたイオン種を選択する手段に
向けられる。選択手段は好ましくは２つの対向するコイル３１と３２又は永久磁
石で構成される磁場３３の適用の最初の手段２１からなる。磁場３３は好ましく
は均質である。また焦点を合わせるために非均質ともなり得る。磁場３３は有利
には入射ビーム４１の方向５１に対し垂直である。選択手段はそのように方向５
２に選択されたイオンのビーム４２を生成する。コントロールされたエッチング
では、ビーム４２のイオンは好ましくは次から次に送られる。ランダムなエッチ
ングでは、様々な場所に送られ、それぞれのイオンが、表面５の上に導電性アイ
ランド６を形成するプリントを生成することができる。
【００６８】 具体的変形において、選択手段は電場の適用手段である。
【００６９】 局部的構造修飾装置は、好ましくは、２２として参照されるビーム４２の直接
位置管理システムを含む。
【００７０】 局部的構造修飾装置は、次に、電気的に作動するビームシャッター２４を有利
に含むビーム４２の遮断手段を含む。このシャッター２４は局部的構造修飾が表
面５上に検出されたときビーム４２を遮断することを意図したものである。
【００７１】 具体的変形において、シャッター２４はビーム４２の方向５２に垂直な電場の
適用手段で置き換えられるが、この電場の適用と撤回がシャッター２４の閉鎖と
開放の役割をそれぞれ果たす。
【００７２】 ビーム４２は、処理される表面５にビーム４２を導く案内手段の方に向けられ
る。これらの案内手段は、有利には、２つの対向するコイル３４及び３５又は永
久磁石を含む均質な磁場３６の適用の２番目の手段２３からなる。磁場３６は、
好ましくは、ビーム４２の伝達の方向５２に垂直であって、従って、好ましくは
標準入射において、ビーム４２を表面５に向かう方向５３へ指図する。
【００７３】 具体的変形において、案内手段は、電気、静電気又はパルス場の適用手段から
なる。
【００７４】 好ましくはビームの遮断手段はコイル３４と３５の下流でも利用可能である。
【００７５】 局部的構造修飾装置は、例えば１又は複数のコリメーター２５、２６からなる
ビーム４２の空間局在システムも有利に含む。高い精度での処理のために、コリ
メーターはナノメートル単位である。
【００７６】 標的となるウエハ１は、互いに直交する２つの方向３７と３８に沿い、ビーム
４２の方向５３に垂直な動きを可能にするトランスレーター２７上に乗せられる
。トランスレーター２７は例えば２つの圧電性石英又は２つのセラミックを含む
。
【００７７】 接触フリー相互作用を伴う実施において、ビーム４２のイオンの減速のための
電場は、前記標的をバイアスすることによって標的の近辺において適用される。
この電場は、ビーム４２のイオンを、イオンが表面とのいかなる接触もなく表面
５から電子を引き抜き、中空の原子の形で後方散乱されるよう、充分に減速する
。
【００７８】 この減速電場は、制御された様式で、０．０２５ｅＶ／ｑほどに低いエネルギ
ーをイオンに供与する。電場は電位差計を備えたプレーンキャパシタ(plane cap
acitor)によって適用され得る。
【００７９】 具体的変形において、減速は、ビーム線のあるポイントで線をバイアスするこ
とで、標的上で生じない。
【００８０】 表面５によって後方散乱された中空の原子は、方向５３に平行でビーム４２と
は反対の方向である方向５４に入る、ビーム４３を形成する。中空の原子のビー
ム４３は次いで例で示されるように２５と２６のコリメーター、シャッター２４
及び磁場３６の適用手段２３を通っていく。この磁場３６はビーム４３を方向５
５に転換し、検出表面２８に向ける。
【００８１】 検出表面２８は、入射ビーム４３の中空原子の位置、そして好ましくはスピー
ドと電荷を与える。この検出表面２８は例えばチャネルトロン（chaneltrons）
のグリッドであり得る。
【００８２】 局部的構造修飾装置は、電子が、ある電気層から、ビーム４３の中空原子又は
表面５で形成された中空原子の別の層へ離れる際に放出される、特にＸ線のため
の、フォトン測定装置４９も含む。
【００８３】 好ましくは、局部的構造修飾装置は、中空原子、エッチングされた水素コア又
は表面５から放出された標的の原子によるオーガー（Auger）効果により放出さ
れた電子、放出された電子の束、エッチング表面の原子によって放出されたフォ
トン、及び／又は標的上に表れた電荷を検出する検出システム４５を含む。
【００８４】 接触しているが、表面５のいかなる貫通もない具体例において、減速手段はエ
ッチング装置においても提示され作動される。接触と貫通を伴う別の具体例にお
いて、減速手段は抑制又は非活性化され、又は、表面５を貫通するに充分なエネ
ルギーをイオンビーム４２に残す。
【００８５】 ビーム４１、４２あるいは４３とウェハ１の表面５は、真空封入によって周辺
大気から保護される。局部的構造修飾装置は、シャッター２４、トランスレータ
ー２７、検出表面２８、検出システム４５、及び測定装置４９と接続する処理ユ
ニット２９も含む。この処理ユニット２９は、検出表面２８、検出システム４５
及び測定装置４９からのシグナルを受信し、シャッター２４の開閉と同様トラン
スレーター２７の移動をコントロールすることができる。
【００８６】 局部的構造修飾装置は、好ましくは、処理された表面５のトポグラフィ及び／
又は電気伝導性を局所的にチェックするトンネル効果顕微鏡及び／又は原子間力
顕微鏡を完備する。
【００８７】 もちろん、ある検出手段のみを、考慮した適用と所望の結果の精度及び性質に
沿って、備えることもできる。
【００８８】 表面５の貫通のない相互作用のための操作において、局部的構造修飾ステップ
１８（図３）の間、次の操作が続けて行われる。多電荷陽イオンのビーム４１は
イオン源２０によって生成され、このビーム４１のイオン種は磁場３３の適用手
段２１によって選択され、取得されたビーム４２は、システム２２による直接位
置コントロールとコリメーター２５及び２６による空間的局在化を行うことによ
って磁場３６の適用手段２３により表面５に向けられ、次いで、ビーム４２は減
速される。
【００８９】 ビーム４２のイオンが表面５に充分に近い場合、それらは前記表面と相互作用
を始める。表面５の上部の距離ｄにまで広がった捕捉ゾーンに達するとすぐにイ
オンはウェハ１の電子を捕捉するだろう。そのようにイオン４０が捕捉ゾーンを
貫通するとき、それは、図５に示されるようなイオン４０からの距離ｄに輪郭を
有する直径Ｄのおおよそのディスクを描きながら、この表面５の部分４６と相互
作用する。
【００９０】 捕捉ゾーンに接近するとき、イオン４０は部分４６からの表面上の電子を引き
つけかつ引き抜く。このアプローチは、減速電場によってイオン４０の動力エネ
ルギーが調節されることによってコントロールされる。イオン４０は前述のイオ
ンを中空原子に変える電子を捕捉する。この中空原子は、次いで、実験条件がそ
れを許容し、検出表面２８に向けられるときに、トランポリン（trampoline）効
果によって接触なく後方散乱される。
【００９１】 表面５からのエレクトロンの引き抜きはその極度に高い抵抗力を担うダイヤモ
ンドの結晶構造の局所的な破壊を引き起こす。この物理的現象は電気的性質の局
所的な変化を引き起こし、高絶縁性ダイヤモンド層３の内側に導電層の形成を導
く。
【００９２】 局部的構造修飾は４つの操作１３−１６（図３）の連続と反復に基づき、処理
ユニット２９によってコントロールされる。
【００９３】 最初の操作１３においては、表面５から出た粒子の検出表面２８への到着、検
出装置４９による、フォトンの表面の近辺における、好ましくはX線又は電子の
スペクトルの放出、及び／又は検出システム４５によって生成された１つ又は幾
つかのシグナルを検出する。処理ユニット２９は、そのようにこれらの検出に対
応した１つ又は幾つかのシグナルを受ける。次に、第２の操作１４において、シ
ャッター２４の閉鎖のコントロールによって、標的上へのビーム４２の到着を遮
断する。次に、第３の操作１５において、好ましくはナノメートルのオーダーで
一定の間隔にわたるトランスレーター２７のコントロールされた動きをトリガー
する。第４の操作１６において、ビーム４２が表面５に再び到達できるように、
シャッター２４の開放をコントロールする。
【００９４】 １３から１６の操作を繰り返すことによって、予め設定された導電性部分に対
応するゾーンの局部的構造修飾が生成される。そのように非常によく限定した箇
所での局所的相互作用の連続によって、導電性アイランド６を有するウェハ１Ａ
又は導電性ライン７を有するウェハ１Ｂを取得することができる。
【００９５】 好ましくは、後の段階１７において、トンネル効果及び／又は原子間力顕微鏡
によって表面５の電気導電性を局所的に検査する。
【００９６】 ビーム４２のイオンによって表面５を貫通する方法を実施するために、減速手
段を非活性化してもよい。個々のイオン４０と表面５の間の相互作用は最初の段
階（遠隔相互作用）で可能であり、次いで第２の段階（表面５の貫通）でキネテ
ィック(kinetic)である。使用される情報の数々は検出システム４５及び測定装
置４９同様におそらく検出表面２８から得られ、原子やイオンは放逐の後に表面
５から回収される。
【００９７】 上述した局部的構造修飾装置はランダムな処理に対しても使用し得るが、処理
ユニット２９は検出結果を考慮することなくトランスレーター２７の動きを単に
コントロールする。シャッター２４は次いで非活性化される。そのような実施は
、たとえ、表面５の導電ゾーンの位置のコントロールが不可能であっても、速度
的理由に対しては都合がよい。好ましくはビーム４２のイオンは、次いで表面５
の様々な箇所に、（次々というよりむしろ）同時に放出される。
【００９８】 更に、局部的構造修飾装置は、タイプ２Ｃのウェハを提供するために表面５の
フラクション９を処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ダイヤモンド層で覆われたケイ素ウェハを示す；
【図２】図２Ａは、第一の態様に従い本発明の方法を適用した後の図１のウェ
ハを示す； 図２Ｂは、第二の態様に従い本発明の方法を適用した後の図１のウェハを示す
； 図２Ｃは、第三の態様に従い本発明の方法を適用した後の図１のウェハを示す
；
【図３】図３は、制御された局部的構造修飾による本発明の方法の異なるステ
ップを示すフローチャートであり、これにより図２Ａ及び図２Ｂのようなウェハ
が得られる；
【図４】図４は、制御された局部的構造修飾による本方法の応用を著しく可能
にする、構造修飾装置の態様を示し、ここでメインステップは図３に図式化され
る；そして
【図５】図５は、本発明の方法を実施する間の、図１のウェハ表面との多電荷
陽イオンの相互作用を示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１４年３月４日（２００２．３．４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】 文献WO-98/54747は、それに関する限りは、イオンエッチング技術を記載して
いる。この文献で開示されている特別な実施態様において（クレーム８参照）、
ビームは半導体、又は絶縁性材料に向け送られ、該表面の電気的又は化学的性質
或いは形態が、そのようなビームにより表面に接触するビーム無しに局部的に修
飾される。 Diamond and related Materials 3(1994) 1117-1119にワタナベらにより“Eff
ect of ion implantation on ion-plated diamond-like carbon films”のタイ
トルで出版された論文は、電荷を帯びたイオンの埋め込みによる、工具鋼のため
のハードコーティングを形成するダイヤモンド様カーボンフィルム（D.L.C.）の
構造の制御に関する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】 この効果で、本発明の目的は、次の表面処理方法である： ・少なくとも三つの正電荷をそれぞれ有するイオンを作る、及び ・ダイヤモンド表面の少なくとも１つの領域上で、前記領域を導電性にすること
が可能な局部的構造修飾を起こすために、前記多電荷陽イオンのビームをダイヤ
モンド表面に向けて送る、 ・該局部的構造修飾が前記ダイヤモンドの４原子表面、好ましくは１０倍表面積
より大きく、22,500 nm2より小さい表面積上に広がるような入射、運動エネルギ
ー並びに電荷を各イオンが有する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ジクエル アリックス フランス国 エフ−92300 ルバロア ペ レ リュ カルノー 32 (72)発明者 アシャール ジョセリン フランス国 エフ−95880 アンギアン レ ベインズ リュ ロベルト シュマン ６ Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA03 FD04 FD05 FD06 HA12 5C127 AA01 BA09 BB06 CC03 DD55 EE20

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面（５）の処理方法であって、ここで： ・イオン（４０）が生成され（各々は少なくとも三つの正電荷を有する）、そ
    して ・該イオンのビーム（４２）が表面（５）へ送られ、 ビーム（４２）が、該イオン（４０）の影響下で表面（５）の少なくとも１つ
    の領域（６，７，９）を導電性にするために、ダイヤモンド表面（５）へ送られ
    ること、並びに各イオンは、それが表面（５）の局部的構造修飾を発生させるよ
    うな入射(incidence)、運動エネルギーおよび電荷を有し、各々は、該ダイヤモ
    ンドの４原子表面、好ましくは１０原子表面より大きくそして２２，５００ｎｍ 2 よりも小さい表面積を有することを特徴とする、方法。
  2. 【請求項２】 前記ビーム（４２）が１５０ｎｍより小さい直径を有する少
    なくとも１つの導電性アイランド（６）を形成するために送られることを特徴と
    する、請求項１に記載の処理方法。
  3. 【請求項３】 前記導電性アイランド（６）が１０ｎｍよりも小さくそして
    好ましくは２〜６ｎｍの範囲である直径を有することを特徴とする、請求項２に
    記載の処理方法。
  4. 【請求項４】 前記アイランド（６）が１つの電子タンク（one electron t
    anks）として使用されることを特徴とする、請求項３に記載の処理方法。
  5. 【請求項５】 前記導電性アイランド（６）が、冷陰極を満たすためのリザ
    ーバとして使用されることを特徴とする、請求項２に記載の処理方法。
  6. 【請求項６】 前記ビームが、絶縁パターン（８）の輪郭を描く導電性ライ
    ン（７）を形成するために送られることを特徴とする、請求項１に記載の処理方
    法。
  7. 【請求項７】 前記ビーム（４２）が、ダイヤモンド表面（５）の少なくと
    も１つのフラクション（９）を導電性にするために送られることを特徴とする、
    請求項１に記載の処理方法。
  8. 【請求項８】 前記局部的構造修飾が無作為に行われることを特徴とする、
    前記請求項のいずれかに記載の処理方法。
  9. 【請求項９】 前記イオンビーム（４２）は、それが前記表面（５）と接触
    しそして該表面を貫通するように送られることを特徴とする、請求項１〜８のい
    ずれかに記載の処理方法。
  10. 【請求項１０】 ５ｅＶ／ｑ〜５００ｋｅＶ／ｑの範囲である初期運動エネ
    ルギーを有する前記イオンが発生されることを特徴とする、請求項９に記載の処
    理方法。
  11. 【請求項１１】 前記ビーム（４２）は、ビーム（４２）のイオン（４０）
    に制御された平均速度を与えるために、表面（５）付近に減速電圧を印加され、
    一方、該イオン（４０）は、表面（５）と接触することなくダイヤモンド原子か
    ら電子を引き抜きそれゆえ該原子間の結合を修飾することを特徴とする、請求項
    １〜８のいずれかに記載の処理方法。
  12. 【請求項１２】 前記イオンが減速され、それらが表面（５）付近で５,１
    ０-2ｅＶ／ｑ〜５ｅＶ／ｑの範囲の運動エネルギーを有することを特徴とする、
    請求項１１に記載の処理方法。
  13. 【請求項１３】 前記ダイヤモンド表面（５）が単結晶ダイヤモンド表面で
    あることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の処理方法。
  14. 【請求項１４】 前記ダイヤモンド表面（５）が、好ましくはＣＶＤ技術（
    化学気相成長法）またはＨＰＨＴ技術（高圧高温）によって得られた、多結晶ダ
    イヤモンド表面であることを特徴とする、１〜１２のいずれかに記載の処理方法
    。
  15. 【請求項１５】 前記ダイヤモンド表面（５）が支持体（２）上に堆積され
    た層（３）であることを特徴とする、請求項１４に記載の処理方法。
  16. 【請求項１６】 前記ダイヤモンド表面（５）がアモルファス炭素ｓｐ３表
    面であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の処理方法。
  17. 【請求項１７】 前記ダイヤモンド表面（５）が、好ましくは水素または酸
    素から作製された原子単層（４）によって不動態化されることを特徴とする、前
    記請求項のいずれかに記載の処理方法。
  18. 【請求項１８】 ２より大きくそして好ましくは３原子距離より大きく、そ
    して１０ｎｍより大きい直径を有する導電性アイランド（６）の輪郭を描くダイ
    ヤモンド表面（５Ａ）。
  19. 【請求項１９】 前記アイランド（６）が２〜６ｎｍの範囲の直径を有する
    ことを特徴とする、請求項１８に記載のダイヤモンド表面。
  20. 【請求項２０】 前記アイランド（６）がグラファイトのものと類似の導電
    性特性を有することを特徴とする、請求項１８または１９のいずれかに記載のダ
    イヤモンド表面。
  21. 【請求項２１】 前記導電性アイランド（６）を１つの電子タンクとして使
    用する、マイクロエレクトロニクスへの、請求項１８〜２０のいずれかに記載の
    表面（５Ａ）の適用。
  22. 【請求項２２】 特にフラットスクリーン用の、冷陰極の製造への、請求項
    １〜１７のいずれかに記載の方法の適用。
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