JPH06305886A - Apparatus for forming diamond thin film - Google Patents
Apparatus for forming diamond thin filmInfo
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- JPH06305886A JPH06305886A JP12346993A JP12346993A JPH06305886A JP H06305886 A JPH06305886 A JP H06305886A JP 12346993 A JP12346993 A JP 12346993A JP 12346993 A JP12346993 A JP 12346993A JP H06305886 A JPH06305886 A JP H06305886A
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- electrode
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、機械、工具、光学、半
導体産業等で使用するダイヤモンド薄膜を、真空を利用
して成膜する装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for forming a diamond thin film used in machines, tools, optics, semiconductor industries, etc. by utilizing vacuum.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の高周波電源を用いた容量結合型の
薄膜形成装置は図２で示されるように、真空容器１と真
空容器１内の気体を排気するための真空ポンプ７及び原
料ガスを導入するためのマスフローコントローラー８と
からなる。真空容器１内には一対の電極であるカソード
電極２とアノード電極３とが平行に配設され、一方のカ
ソード電極２はその材質が、例えば、ステンレス、モリ
ブデン又はタンタルといったような金属材料を用いてお
り、マッチングボックス内に収容されているブロッキン
グコンデンサー６を介して高周波電源５に接続され、他
方のアノード電極３は接地されている。アノード電極３
の接地側面には、アノード電極３上に載置される基板４
を加熱する加熱ランプ９が配設されている。尚、１０は
放電したプラズマを示している。2. Description of the Related Art As shown in FIG. 2, a conventional capacitive coupling type thin film forming apparatus using a high frequency power source includes a vacuum container 1, a vacuum pump 7 for exhausting gas in the vacuum container 1 and a source gas. It comprises a mass flow controller 8 for introduction. A pair of electrodes, a cathode electrode 2 and an anode electrode 3, are arranged in parallel in a vacuum container 1. One cathode electrode 2 is made of a metal material such as stainless steel, molybdenum or tantalum. It is connected to the high frequency power source 5 via the blocking capacitor 6 housed in the matching box, and the other anode electrode 3 is grounded. Anode electrode 3
The ground side surface of the substrate 4 is placed on the anode electrode 3.
A heating lamp 9 for heating the is provided. Incidentally, 10 indicates discharged plasma.
【０００３】以上のように構成される容量結合型のダイ
ヤモンド薄膜形成装置の真空容器１内において、ダイヤ
モンド薄膜を形成させる基板４（例えば、シリコンウェ
ハー基板）を一対の電極のうちのアノード電極３上に載
置した後、真空ポンプ７で真空容器１内を真空排気し、
マスフローコントローラー８で、例えば、１％ CH4に希
釈したH2原料ガスを真空容器１内に導入して、真空容器
１内の圧力を0.1Torr程度に保持する。アノード電極３
上の基板４は加熱ランプ９で800 ℃程度に加熱される。
更に、カソード電極２には、これに接続されている高周
波電源５より高周波電圧を印加して、両電極間にプラズ
マを発生させ、マスフローコントローラー８より原料ガ
スを多量に導入し、真空容器１内の圧力を20〜100Torr
に保持する。この状態で基板４を数時間放置すると、ア
ノード電極３上の基板４上にダイヤモンド薄膜が形成さ
れる。A substrate 4 (for example, a silicon wafer substrate) on which a diamond thin film is formed is placed on an anode electrode 3 of a pair of electrodes in a vacuum container 1 of a capacitively coupled diamond thin film forming apparatus configured as described above. Then, the inside of the vacuum container 1 is evacuated by the vacuum pump 7,
With the mass flow controller 8, for example, H 2 source gas diluted to 1% CH 4 is introduced into the vacuum container 1, and the pressure in the vacuum container 1 is maintained at about 0.1 Torr. Anode electrode 3
The upper substrate 4 is heated to about 800 ° C. by the heating lamp 9.
Further, a high-frequency voltage is applied to the cathode electrode 2 from a high-frequency power source 5 connected to the cathode electrode 2 to generate plasma between the both electrodes, and a large amount of raw material gas is introduced from the mass flow controller 8 so that the vacuum container 1 Pressure of 20-100 Torr
Hold on. If the substrate 4 is left for several hours in this state, a diamond thin film is formed on the substrate 4 on the anode electrode 3.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】然るに、上述したよう
に真空容器１内のカソード電極２は通常、ステンレス、
モリブデン、タンタルといった金属性の材質を用いてお
り、カソード電極２の温度は700 〜900 ℃と高く、又、
成膜時の真空容器１内の圧力が20〜100Torr と高圧で、
プラズマが点火されるとカソード電極２側に-100〜300
Ｖ程度のセルフバイアスのシースが形成される。このた
めプラズマ中のイオンはこのセルフバイアスにより加速
され、高エネルギーの粒子となってカソード電極２の表
面を衝撃するので、投入電力が大きい場合、プラズマ中
の高速イオンによりカソード電極２の表面はスパッタリ
ングされ、そのスパッタリングされた金属粒子は他方の
電極であるアノード電極３上の基板４上に堆積するダイ
ヤモンド膜中に混入する。However, as described above, the cathode electrode 2 in the vacuum container 1 is usually made of stainless steel,
It uses a metallic material such as molybdenum or tantalum, and the temperature of the cathode electrode 2 is as high as 700-900 ° C.
The pressure inside the vacuum container 1 during film formation is as high as 20-100 Torr,
When plasma is ignited, the cathode electrode 2 side is -100 to 300
A self-biased sheath of about V is formed. Therefore, the ions in the plasma are accelerated by this self-bias and become high-energy particles that impact the surface of the cathode electrode 2. Therefore, when the applied power is large, the surface of the cathode electrode 2 is sputtered by the high-speed ions in the plasma. The sputtered metal particles are mixed in the diamond film deposited on the substrate 4 on the anode electrode 3 which is the other electrode.
【０００５】金属粒子が混入したダイヤモンド薄膜は、
これを半導体として用いる場合には不純物準位を形成
し、光学窓として用いる場合には光の透過率が低下する
等の有害な問題を生じていた。A diamond thin film mixed with metal particles is
When this is used as a semiconductor, an impurity level is formed, and when it is used as an optical window, harmful problems such as a decrease in light transmittance occur.
【０００６】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、金属
粒子等の不純物の混入しないダイヤモンド薄膜を形成す
ることができるダイヤモンド薄膜形成装置を提供するこ
とを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a diamond thin film forming apparatus capable of forming a diamond thin film in which impurities such as metal particles are not mixed.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】以上の目的は、真空容器
内にカソード電極とアノード電極とを対向して配設し、
これら電極間に高周波電圧を印加する容量結合型の薄膜
形成装置において、前記カソード電極の材質をグラファ
イトとすることを特徴とするダイヤモンド薄膜形成装置
によって達成される。The above object is to arrange a cathode electrode and an anode electrode facing each other in a vacuum container,
In a capacitive coupling type thin film forming apparatus for applying a high frequency voltage between these electrodes, a diamond thin film forming apparatus is characterized in that the cathode electrode is made of graphite.
【０００８】[0008]
【作用】真空容器内に配設されるカソード電極の材質を
グラファイトとすることにより、高品質のダイヤモンド
薄膜を形成することができる。By using graphite as the material of the cathode electrode arranged in the vacuum container, a high quality diamond thin film can be formed.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、本発明の実施例によるダイヤモンド薄
膜形成装置について図面を参照して説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A diamond thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１０】本実施例による容量結合型のダイヤモンド
薄膜形成装置は図１で示されるように主として、真空容
器３１、真空ポンプ３７及びマスフローコントローラー
３８とからなる。マスフローコントローラー３８は、真
空容器３１内の圧力を一定に保持するように原料ガスの
導入、停止及びその流量の調節をすることができる。真
空容器３１内には、平行な平板形の一対の電極であるカ
ソード電極３２とアノード電極３３が配設されている。
一方の電極であるカソード電極３２はその材質がグラフ
ァイトであり、マッチングボックス内に収容されている
ブロッキングコンデンサー３６を介して高周波電源３５
に接続され、又、カソード電極３２はブロッキングコン
デンサー３６との間から分岐して、ローパスフィルター
（ＬＰＦ）４２を介して直流電源４１に接続されてい
る。ローパスフィルター４２は、高周波電源３５からの
電流の流入を阻止する、即ち、直流電源４１を保護する
ためのものである。又、他方のアノード電極３３は接地
されており、アノード電極３３側の面上にダイヤモンド
薄膜を形成させる基板３４が載置され、接地側面には、
アノード電極３３上の基板３４を加熱する加熱ランプ３
９が配設されている。As shown in FIG. 1, the capacitively coupled diamond thin film forming apparatus according to this embodiment mainly comprises a vacuum container 31, a vacuum pump 37 and a mass flow controller 38. The mass flow controller 38 can introduce and stop the raw material gas and adjust the flow rate thereof so that the pressure inside the vacuum container 31 is kept constant. A cathode electrode 32 and an anode electrode 33, which are a pair of parallel plate-shaped electrodes, are arranged in the vacuum container 31.
The cathode electrode 32, which is one of the electrodes, is made of graphite and has a high frequency power supply 35 through a blocking capacitor 36 housed in a matching box.
In addition, the cathode electrode 32 branches from the blocking capacitor 36 and is connected to a DC power supply 41 via a low pass filter (LPF) 42. The low-pass filter 42 is for blocking the inflow of current from the high frequency power supply 35, that is, for protecting the DC power supply 41. The other anode electrode 33 is grounded, a substrate 34 for forming a diamond thin film is placed on the surface of the anode electrode 33 side, and the ground side surface is
Heating lamp 3 for heating the substrate 34 on the anode 33
9 are provided.
【００１１】以上、本発明の実施例によるダイヤモンド
薄膜形成装置の構成について説明したが、次にその作用
について説明する。The structure of the diamond thin film forming apparatus according to the embodiment of the present invention has been described above. Next, its operation will be described.
【００１２】基板３４（例えば、シリコンウェハー基
板）を真空容器３１内のアノード電極３３上に載置す
る。真空ポンプ７で真空容器３１内を真空排気し、マス
フローコントローラー３８で、0.1 〜10％の CH4に希釈
したH2の原料ガスを真空容器３１内に導入して、真空容
器３１内の圧力を0.1Torr 程度に保持する。アノード電
極３３上の基板３４は加熱ランプ３９で800 ℃程度に加
熱される。ここで、カソード電極３２に高周波電源３５
より、例えば、その周波数が高周波数である13.56MHzの
電力を投入してプラズマを点火した後、マスフローコン
トローラー３８より原料ガスの流量を増加させながら、
カソード電極３２に直流電源４１から負の直流電圧を重
畳印加する。図１ではそのプラズマの発光部分が４０で
示されている。又、マスフローコントローラー３８によ
り、原料ガスの流量を調節することで真空容器３１内の
圧力を20〜100Torr に維持するようにしている。A substrate 34 (for example, a silicon wafer substrate) is placed on the anode electrode 33 in the vacuum container 31. The inside of the vacuum container 31 is evacuated by the vacuum pump 7, and the mass flow controller 38 introduces the H 2 source gas diluted to 0.1 to 10% of CH 4 into the vacuum container 31 to adjust the pressure in the vacuum container 31. Hold at about 0.1 Torr. The substrate 34 on the anode electrode 33 is heated to about 800 ° C. by the heating lamp 39. Here, a high frequency power source 35 is applied to the cathode electrode 32.
For example, while the power of 13.56 MHz whose frequency is a high frequency is input to ignite the plasma, while increasing the flow rate of the raw material gas from the mass flow controller 38,
A negative DC voltage is superimposed and applied from the DC power supply 41 to the cathode electrode 32. In FIG. 1, the light emitting portion of the plasma is indicated by 40. Further, the mass flow controller 38 adjusts the flow rate of the raw material gas to maintain the pressure in the vacuum container 31 at 20 to 100 Torr.
【００１３】プラズマ放電が開始されると、カソード電
極３２側には-100〜300 Ｖ程度のセルフバイアスが形成
され、プラズマ中のイオンは加速される。カソード電極
３２の表面はこの高速イオンによりスパッタリングさ
れ、対極のアノード電極３３上の基板３４上に堆積した
としても、プラズマ中に含まれる励起された水素ラジカ
ル等によりエッチング除去され、活性なCnHmの炭化水
素、又は原子状カーボンが形成される。即ち、カソード
電極３２の材質をグラファイトとすることでプラズマ中
には炭素（ C）成分を含む活性種が形成され、この活性
種がアノード電極３３の基板３４上に堆積するので、不
純物の混入しない良質のダイヤモンド薄膜を形成するこ
とができる。When the plasma discharge is started, a self bias of about -100 to 300 V is formed on the cathode electrode 32 side, and the ions in the plasma are accelerated. The surface of the cathode electrode 32 is sputtered by these fast ions, and even if it is deposited on the substrate 34 on the anode electrode 33 of the counter electrode, it is etched away by the excited hydrogen radicals contained in the plasma, and active C n H m hydrocarbons or atomic carbon are formed. That is, by using graphite as the material of the cathode electrode 32, active species containing a carbon (C) component are formed in the plasma, and these active species are deposited on the substrate 34 of the anode electrode 33, so that impurities are not mixed. A good quality diamond thin film can be formed.
【００１４】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能で
ある。Although the embodiments of the present invention have been described above, various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
【００１５】本実施例においては、一対の電極を平行な
平板形としたが、カソード電極を円筒形、立体形等の形
状としてもよい。In the present embodiment, the pair of electrodes are in the form of parallel flat plates, but the cathode electrode may be in the form of a cylinder, a solid, or the like.
【００１６】又、高周波の周波数を13.56MHzとしたが、
100KHz〜100MHz程度の広範囲な周波数の高周波電源を用
いてもよい。Further, the high frequency is set to 13.56 MHz,
A high frequency power source having a wide frequency range of about 100 KHz to 100 MHz may be used.
【００１７】又、真空容器３１内に導入する原料ガスと
して１％ CH4に希釈したH2ガスを用いたが、上述したよ
うにカソード電極３２の材質をグラファイトとしたの
で、その表面がプラズマ放電によりスパッタリング、及
びケミカルエッチングされてダイヤモンド薄膜を形成す
るための活性種となるので、即ち、カソード電極３２が
固体原料となるので、0.1 〜10％程度のCH4 を含むH2ガ
スやCO＋H2ガス等の炭素（ C）成分を含むガスのみなら
ず、炭素（ C）成分を全く含まない水素（H2）ガスのみ
を原料ガスとして用いてもよい。Further, H 2 gas diluted with 1% CH 4 was used as a raw material gas to be introduced into the vacuum vessel 31, but since the material of the cathode electrode 32 was graphite as described above, its surface was plasma discharged. Is used as an active species for forming a diamond thin film by sputtering and chemical etching, that is, since the cathode electrode 32 serves as a solid raw material, H 2 gas containing 0.1 to 10% CH 4 or CO + H 2 gas. Not only the gas containing a carbon (C) component such as the above, but only the hydrogen (H 2 ) gas containing no carbon (C) component may be used as the source gas.
【００１８】又、以上の実施例では高周波電圧に直流電
圧を重畳するようにしたが、この重畳を省略してもよ
い。この場合には基板に形成されるダイヤモンド薄膜の
品質は若干低下するが、従来のカソード電極を金属とす
るものに対してよりは高品質のダイヤモンド薄膜を形成
することができる。In the above embodiment, the DC voltage is superposed on the high frequency voltage, but this superposition may be omitted. In this case, the quality of the diamond thin film formed on the substrate is slightly deteriorated, but a diamond thin film of higher quality can be formed as compared with the conventional one in which the cathode electrode is made of metal.
【００１９】[0019]
【発明の効果】本発明のダイヤモンド薄膜形成装置によ
れば、高周波電源を用いた容量結合型の薄膜形成装置に
おいてカソード電極の材質をグラファイトとすることに
より、金属粒子等の不純物の混入しない高品質なダイヤ
モンド薄膜を形成することができる。又、カソード電極
を固体原料として用いることにより、原料ガスに炭素成
分を含まないガスを用いることが可能である。According to the diamond thin film forming apparatus of the present invention, by using graphite as the material of the cathode electrode in the capacitive coupling type thin film forming apparatus using a high frequency power source, high quality which does not mix impurities such as metal particles. It is possible to form a simple diamond thin film. Further, by using the cathode electrode as a solid raw material, it is possible to use a gas containing no carbon component as the raw material gas.
【図１】本発明の実施例によるダイヤモンド薄膜形成装
置の側面図である。FIG. 1 is a side view of a diamond thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】従来のダイヤモンド薄膜形成装置の側面図であ
る。FIG. 2 is a side view of a conventional diamond thin film forming apparatus.
３１ 真空容器 ３２ カソード電極 ４１ 直流電源 31 vacuum container 32 cathode electrode 41 DC power supply
Claims (2)
極とを対向して配設し、これら電極間に高周波電圧を印
加する容量結合型の薄膜形成装置において、前記カソー
ド電極の材質をグラファイトとすることを特徴とするダ
イヤモンド薄膜形成装置。1. In a capacitive coupling type thin film forming apparatus in which a cathode electrode and an anode electrode are arranged to face each other in a vacuum container and a high frequency voltage is applied between these electrodes, the cathode electrode is made of graphite. An apparatus for forming a diamond thin film, which is characterized in that
して印加させた請求項１に記載のダイヤモンド薄膜形成
装置。2. The diamond thin film forming apparatus according to claim 1, wherein a negative DC voltage is superimposed and applied to the cathode electrode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12346993A JPH06305886A (en) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | Apparatus for forming diamond thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12346993A JPH06305886A (en) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | Apparatus for forming diamond thin film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06305886A true JPH06305886A (en) | 1994-11-01 |
Family
ID=14861405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12346993A Pending JPH06305886A (en) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | Apparatus for forming diamond thin film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06305886A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002133650A (en) * | 2000-10-24 | 2002-05-10 | Anelva Corp | Film forming device for magnetic recording disk |
| US6399151B2 (en) * | 1999-04-06 | 2002-06-04 | Korea Institute Of Science And Technology | Diamond film depositing apparatus and method thereof |
-
1993
- 1993-04-27 JP JP12346993A patent/JPH06305886A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6399151B2 (en) * | 1999-04-06 | 2002-06-04 | Korea Institute Of Science And Technology | Diamond film depositing apparatus and method thereof |
| US6786176B2 (en) * | 1999-04-06 | 2004-09-07 | Korea Institute Of Science And Technology | Diamond film depositing apparatus and method thereof |
| JP2002133650A (en) * | 2000-10-24 | 2002-05-10 | Anelva Corp | Film forming device for magnetic recording disk |
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