JPH036373A - 超平滑化薄膜の製法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明はイオンビーム法によって形成された薄膜の平滑
化に関するものである。

（ロ）従来の技術 イオンビーム法は、基板に薄膜を形成する方法としてよ
く知られた技術であり、特に半導体の薄膜を形成する方
法としては、例えば特開昭６３−１３６号公報や特開昭
６３−２１７６５５号公報に記載されている。

ところで、一般に基板にダイヤモンド薄膜（グラファイ
ト化したカーボン薄膜）を形成しようとする場合、この
ダイヤモンド薄膜は低温での形成が困難とされており、
ＣＶＤ等の高温プロセスで行われるのが普通である。

又、こうして形成されたダイヤモンド薄膜は、表面の凹
凸が大きく、これを高品位化を目的として原子レベル（
１ｎｍ以下）の表面粗さに平滑することは、ポリ７シン
グ等の技術をもってしても不可能（高々１０ｎｍ程度）
である。

さらに、このレベルで薄膜の表面仕上げを行う場合にお
いても、該薄膜を一旦はその形成装置から取り外さねば
ならず、非常に手間がかかるという問題があった。

（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明が解決しようとする課題はダイヤモンド薄膜のよ
うな低温で形成しにくい薄膜をイオンビーム法を用いて
低温で形成すると同時に該薄膜の表面を原子レベルで平
滑化することである。

（ニ）課題を解決するための手段 真空状態下に、基板及びターゲットと、前記基板に対向
して設けられたアシストイオンガンと、前記ターゲット
に対向して設けられたスパッタ用イオンガンと、を配置
し、前記スパッタ用イオンガンから照射されるイオンビ
ームによってターゲットの構成原子を前記基板に照射す
るのと同時に、前記アシストイオンガンから照射される
イオンビームによって前記基板に薄膜を形成し、さらに
形成された薄膜に前記アシストイオンガンよリイオンビ
ームを照射して、前記薄膜を平滑化する。

（ホ）作用 真空容器等の内部に基板を入れたままで薄膜の形成から
、その表面の平滑化まで、一連のシーフェンスで行える
。

（へ）実施例 以下本発明の超平滑化薄膜の製法を図面の一実施例に沿
って詳細に説明する。

第１図は薄膜の形成装置を示す側面図であり、（１）は
３　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ程度の高い真空状態に保持で
きる真空容器、（２）は該容器（１）の内部に配置され
て薄膜の形成される基板（３）を保持する基板ホルダー
、（４）は同じく前記容器の略中、央部に配置されて前
記薄膜の構成原子となるターゲット（５）（グラファイ
ト化したカーボン）を保持するターゲットホルダー、（
６）は前記容器（１）の−側に前記ターゲット（５）に
対抗して設けられ該ターゲット（５）にアルゴンイオン
（Ａｒ”）を照射してそのターゲット（５）をスパッタ
するスパッタ用イオンガン、（７）は前記容器（１）の
他側に前記基板（３）に対向して設けられ該基板（３）
に薄膜を形成するためのヘリウムイオン（Ｈｅ＋）を照
射するアシストイオンガンである。

ここで前記基板ホルダー（２）は加熱及び冷却が可能で
あり、前記アシストイオンガン（７）はここから照射さ
れるヘリウムイオン（Ｈｅ”）の前記基板（３）に対す
る照射角度を、０°　（垂直入射）から９０°　まで任
意に設定でき（６０’が好ましい）、且つ同じ角度範囲
で自転運動もできるように成されている。

次に薄膜の形成をダイヤモンド薄膜の形成を例にとって
説明する。

まず、ターゲット（５）としてカーボングラファイトを
用い、これをターゲットホルダー（４）にセットする。

又、基板（３）を基板ホルダー（２）にセットし、真空
容器（１）内を３　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ程度の高真空
状態にする。

次に、スパッタ用イオンガン（６）のビーム電圧を数百
Ｖ〜数ｋＶに設定し、一方のビーム電流を数十ｍＡ程度
に設定して始動し、前記ターゲ７）（５）にアルゴンイ
オンを照射することにより、炭素原子を基板（２）に照
射する。

この時、同時にアシストイオンガン（７）より、水素イ
オン（Ｈ＋）を照射して、前記基板（３）にダイヤモン
ド薄膜を形成する。尚、アシストイオンガン（７）の水
素イオンエネルギーは５０〜２００ｅＶ程度が好ましい
。

さて、こうして形成されたダイヤモンド薄膜は、未だイ
オンビーム電流密度分布等の変化により、超平滑表面に
なっているとは言いがたい。

そこで次に、アシストイオンガン（７）を再度用いて、
先に形成したダイヤモンド薄膜を超平滑化する作業を行
う。尚、前記工程からこの工程に移るのに基板（３）の
取り出しは必要ない。

この工程ではアシストイオンとしてヘリウムイオン（Ｈ
ｅ＋）を用いる。そして前記基板ホルダー（２）を１０
〜２０　ｒｐｍでゆっくりと回転させながら、アシスト
イオンガン（７）より基板（５）に対する照射角度を６
０°程度にして前記ヘリウムイオンを照射する。

ところで、前記平滑化の工程では、アシストイオンガン
（７）のビーム電圧を加工時間の増加に伴い、徐々に減
少させて行き、第２図に示す如く、照射されるヘリウム
イオンエネルギーを加工時間の経過に伴って、徐々に減
少方向に変化させて表面平滑化の処理を行う。

そして、最終的にはアシストイオンガン（７）から、ヘ
リウムイオンが基板（３）に到達するのに必要な最小エ
ネルギー値にまで減少させて、約３０分間はど平滑化処
理を行う。

前記平滑化の過程で、最初−個のヘリウムイオンが持つ
エネルギーは、第２図に示されるように大きいため、基
板（３）上のダイヤモンド薄膜表層の数個の炭素原子は
弾き飛ばされる。そしてこのヘリウムイオンエネルギー
を加工時間と共に減少させていくと、該ヘリウムイオン
１個が弾き飛ばす炭素原子の数が徐々に減少する。

やがて、基板（３）到達に必要な最小エネルギーになっ
た時点で、炭素原子１個が、ヘリウムイオンとの相互作
用力によって、ダイヤモンド薄膜表層から奪われ、その
結果該薄膜は原子レベルの表面粗さで仕上げられる。

第３図に以上の説明の方法にて形成されたダイヤモンド
薄膜の加工時間（３０〜４０分程度で十分）と表面粗さ
の関係を示す。同図（Ａ）は平滑加工をしていないため
、基準面（０）より＋、−５０人の範囲で凹凸がみられ
るのに対し、（Ｂ）ではアシストイオンガン（７）によ
るヘリウムイオン照射で１時間の加工を行った結果、略
均−な表面が得られている。

（ト）発明の効果 本発明は以上の説明の如く、同一の装置により、薄膜の
形成と、超平滑化が可能なため、薄膜形成時の生産性の
向上が図れると共に、原子ツールとしてのイオンを用い
てそのビーム電圧、即ち平滑加工に用いるイオンエネル
ギーを変化させることにより、原子レベルでの薄膜の表
面の平滑化が行え、半導体の形成、光学部品のコーティ
ング、工具の形成、宇宙関連部材等への応用に多大に寄
与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の薄膜製造装置を示す側面図、第２図は
平滑加工時間に対するアシストイオンガンからのヘリウ
ムイオンエネルギーの変化を示す図、第３図（Ａ）は平
滑加工を施さなかったときの薄膜の表面粗さを示す図、
（Ｂ）は１時間平滑加工を施したときの薄膜の表面粗さ
を示す図である。 （１）　真空容器、（３）・基板、（５）　ターゲット
、（７）・・アシストイオンガン、（６）　スパッタ用
イオンガン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空状態下に、基板及びターゲットと、前記基板
   に対向して設けられたアシストイオンガンと、前記ター
   ゲットに対向して設けられたスパッタ用イオンガンと、
   を配置し、 前記スパッタ用イオンガンから照射されるイオンビーム
   によってターゲットの構成原子を前記基板に照射するの
   と同時に、 前記アシストイオンガンから照射されるイオンビームに
   よって前記基板に薄膜を形成し、 さらに形成された薄膜に前記アシストイオンガンよりイ
   オンビームを照射して、前記薄膜を平滑化することを特
   徴とする超平滑化薄膜の製法。