JP4677123B2

JP4677123B2 - 高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置及び形成方法

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Publication number: JP4677123B2
Application number: JP2001164162A
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Inventors: 裕一節原; 阿川　　義昭; 昌俊大庭
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Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2011-04-27
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば金属工具や金型の表面のコーティング、磁気へッドの保護膜の形成、絶縁膜を必要とする部品における絶縁膜の形成に使用され得る高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の緻密な硬質薄膜を形成する技術の従来例として添付図面の図４を参照して説明する。
従来の薄膜形成装置は一般にスパッタリング法を用いて実施されてきた。図４に示す装置において、Ａは成膜室であり、Ｂはカソードチャンバであり、真空環境を形成できるように構成されている。すなわち成膜室Ａの排気系ポートには仕切バルブＶ１を介して高真空ポンプＰ１（例えばターボ分子ポンプ、油拡散ポンプ）が接続され、そしてこの高真空ポンプＰ１は仕切バルブＶ２を介して油回転ポンプＰ２に接続されている。また成膜室Ａの別のポートにはリークバルブＶ３が接続されている。
【０００３】
成膜室Ａ内には、基板ホルダーＣが配置され、この基板ホルダーＣ上には成膜すべき試料基板Ｄが装着されている。Ｅは基板バイアス電源であり、基板バイアス電源Ｅのマイナス側の出力端子は基板ホルダーＣに接続され、またプラス側の出力端子はグランド電位に接続されている。
【０００４】
カソードチャンバＢ内の後部には、成膜室Ａ内の基板ホルダーＣと同軸上に対向してターゲットホルダーＦが配置され、ターゲットホルダーＦに円板状のグラファイトから成るターゲットＧが装着され、カソードチャンバＢとは電気的に絶縁されている。ターゲットホルダーＦはターゲット用バイアス電源Ｈ（以下、単にバイアス電源と記載する）のマイナス端子に接続され、バイアス電源Ｈのプラス端子は接地されている。
【０００５】
カソードチャンバＢの外側には二つの環状の磁場発生用ソレノイドＩが同軸に設けられ、これらのソレノイドＩには同じ方向に電流を流してミラー磁場型の磁場を形成している。
【０００６】
一方、カソードチャンバＢの内側には成膜室Ａに隣接して放電管を成すアルミナ管Ｊが同軸上に配置され、このアルミナ管Ｊの外側にヘリカルコイルＫが巻回（３ターン)されて取り付けられている。このヘリカルコイルＫはマッチングボックスＬを介してＲＦ発振器Ｍに接続されている。またカソードチャンバＢとアルミナ管Ｊとの間においてヘリカルコイルＫの隙間を埋めるようにアルミナビーズＮが充填されている。
【０００７】
カソードチャンバＢには放電ガス導入系統が接続され、成膜室Ａには反応ガス導入系が接続されている。放電ガス導入系統は、仕切バルブＶ４、マスフローコントローラＯ、仕切バルブＶ５、圧力調整器Ｑ及びアルゴンガスボンベＲを備えている。一方、反応ガス導入系は、仕切バルブＶ６、圧力調整器Ｓ、マスフローコントローラＴ、仕切バルブＶ７、圧力調整器Ｕ及び窒素ガスボンベＷを備えている。各ガス導入系はリークタイトな継ぎ手及びガス配管で接続されている。またＸは電離真空計であり、成膜室Ａに取付けられている。
【０００８】
このように構成した高密度へリコンプラズマを用いた従来の薄膜形成装置を用いてダイヤモンドライクカーボン膜を形成する場合の動作において、仕切ハルブＶ１、Ｖ２を開状態にし、油回転ポンプＰ２を作動させて、成膜室Ａ及びカソードチャンバＢを０．１Torr程度に真空引きを行った後に、高真空ポンプＰ１により真空排気をさらに行い、１０^−７Torr台まで圧力を減圧する。この状態で図示されていないソレノイド電源よりコイルＫを励磁した状態において、放電ガス導入系の仕切バルプＶ４、Ｖ５を開放し、圧力調整器Ｑで圧力を１気圧より少し高めに設定し、マスフローコントローラＯによりアルゴンガスを３〜４ｓｃｃｍ流す。
【０００９】
この状態でＲＦ発振器ＭからＲＦ電力を供給し、さらにマッチングボックスＬで反射を低減させるように調整する。それにより、アルミナ管Ｊの内部でアルゴンのプラズマが発生する。発振器Ｍの出力を徐々に高くして約１ｋＷになったところで、バイアス電源Ｈから接地に対してマイナスの電圧をタ一ゲットＧに印加する。それにより、アルミナ管Ｊの内部で発生したプラズマ中のアルゴンイオンは、ターゲットＧにマイナスの電圧が印加されているため、ターゲットＧに吸引されて衝突し、ターゲットＧの表面からカーボンの原子が飛び出し、試料基板Ｄ上に付着する。同時に、アルゴンイオンも試料基板Ｄ上に付着し、試料基板Ｄ上においてカーボンが付着しさらにアルゴンイオンで付着したカーボンイオンが衝突されてエネルギ付与が行われ、その結果、試料基板Ｄ上でカーボンがマイグレーションを起こし、平坦化すると共にイオン照射の効果でｓｐ３結合が促成される。
こうして、ダイヤモンドライクカーボン膜の形成された試料基板Ｄは、仕切りバルブＶ１を閉にし、ＲＦ発振器Ｍの出力を停止させ、そしてリ一クバルブＶ３を開にして空気を導入し、成膜室Ａを大気圧に戻すことにより成膜室Ａから取り出される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような高密度へリコンプラズマを用いた従来の薄膜形成装置では、成膜において膜中に数ｐｐｍ台の不純物が含まれるという問題があった。
また、基板が高密度へリコンプラズマに晒されることにより、基板が高温（約６００℃〜７００℃）になるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明では、不純物の含まれるのを低減でき、しかも基板温度を電子デバイスプロセス温度（約２００℃）まで下げることのできる高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置及び形成方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の発明による、高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置は、真空チャンバ内に磁場を発生させる磁場発生手段を設け、高密度プラズマを発生するため高周波電力を印加して誘導電界を発生させる高周波アンテナを真空チャンバ内に配置し、また高周波アンテナの内側に誘電体管を配置し、プラズマ発生室の内面と誘電体管の外側とで囲まれ且つ高周波アンテナの導体表面のすべてが覆われる真空状態の領域に、誘電体物質を充填し、さらに誘電体管の内側に、成膜材料となる円筒状のターゲットを取付けたことを特徴としている。
【００１３】
真空チャンバ内に磁場を発生させる磁場発生手段は、真空チャンバ内で高周波アンテナの外側に配置された永久磁石と高周波アンテナの外側で永久磁石の外周を囲んで配置されたヨークとを備えて構成され得る。
【００１４】
誘電体管の内側に取付けられた円筒状のターゲットは好ましくは、高周波アンテナの内側に配置された誘電体管の軸方向長さとほぼ等しい長さをもち、しかも３０％〜７０％の範囲の開孔率をもつように構成され得る。一つの実施の形態では、誘電体管の内側に取付けられた円筒状のターゲットは軸方向両端より交互に切り込みが入れられた構造であり得る。また、誘電体管の内側に取付けられた円筒状のターゲットはグラファイト又はボロンから成り得る。
【００１５】
本発明の第２の発明による、高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置は、真空チャンバ内に磁場を発生させる磁場発生手段を設け、高密度プラズマを発生するため高周波電力を印加して誘導電界を発生させる高周波アンテナを真空チャンバ内に配置し、また高周波アンテナの内側に誘電体管を配置し、プラズマ発生室の内面と誘電体管の外側とで囲まれ且つ高周波アンテナの導体表面のすべてが覆われる真空状態の領域に、誘電体物質を充填し、さらに誘電体管の内側に、成膜材料となるカップ状のターゲットを取付け、このカップ状のターゲットの開放端側に、カップ状のターゲットとほぼ同径のリング状アノード電極を設けたことを特徴としている。
【００１６】
誘電体管の内側に取付けられたカップ状のターゲットは、好ましくは、それの開放端側から切り込みが入れられ、３０％〜７０％の範囲の開孔率をもつように構成され得る。また、誘電体管の内側に取付けられたカップ状のターゲットはグラファイト又はボロンから成り得る。
【００１７】
本発明の第３の発明による緻密な硬質薄膜の形成方法は、内部に硬質薄膜の形成されることになる基板を配置した真空チャンバを高真空状態にし、真空チャンバ内に磁場を発生させ、また内部にプラズマ発生用の高周波アンテナを配置し、高周波アンテナの内側に誘電体管を配置し、誘電体管の内側に成膜材料となる円筒状又はカップ状のターゲットを取付けた真空チャンバに放電ガスを導入して高密度プラズマを発生し、ターゲット材としてグラファイト材を使用し、ターゲット材から飛び出したグラファイト原子を電離させて生成したグラファイトイオンより真空チャンバ内の基板表面上に硬質なｓｐ３構造の結合を多く含んだ緻密なグラファイト膜を形成することを特徴としている。
【００１８】
本発明の第４の発明による緻密な硬質薄膜の形成方法は、内部に硬質薄膜の形成されることになる基板を配置した真空チャンバを高真空状態にし、真空チャンバ内に磁場を発生させ、また内部にプラズマ発生用の高周波アンテナを配置し、高周波アンテナの内側に誘電体管を配置し、誘電体管の内側に成膜材料となる円筒状又はカップ状のターゲットを取付けた真空チャンバに放電ガスを導入して高密度プラズマを発生し、ターゲット材としてボロン材を使用し、真空チャンバに窒素ガスを導入し解離させて生成した原子状窒素及び電離させて生成した窒素イオン及びターゲット材から飛び出したボロン原子を電離させて生成したボロンイオンより真空チャンバ内の基板表面上に緻密なキュービックボロンナイトナイド膜を形成することを特徴としている。
【００１９】
本発明による各方法においては、円筒状又はカップ状のターゲットの開孔率は３０％〜７０％の範囲に設定され得、また、永久磁石を用いて真空チャンバ内に磁場を発生させ、永久磁石の周囲をヨークで包囲して閉じた磁気回路が形成するようにされ得る。ここで、本明細書における用語“開孔率”はターゲットの面積とそれに開けられた孔の占める面積との割合を意味するものとする。
【００２０】
本発明では、誘電体管の内側に円筒状又はカップ状のターゲットを取付けることにより、誘電体管から発生する不純物を低減することができる。
【００２１】
また、真空チャンバ内に磁場を発生させる磁場発生手段を成す永久磁石の周囲をヨークで包囲することにより、閉じた磁気回路が形成され、磁場のリターン回路を形成し、磁力線を基板側に延長させないようにできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面の図１〜図５を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１〜図３には、高密度へリコンプラズマを利用したダイヤモンドライクカーボン薄膜形成装置として本発明を実施した実施の形態を示す。図１において、１は真空チャンバーであり、真空チャンバー１は成膜室１ａと、プラズマ発生室１ｂとから成っている。真空チャンバー１の成膜室１ａには、仕切りバルブ２と、高真空ポンプ（例えばターボ分子ポンプ、油拡散ポンプ）３と、仕切バルブ４と、油回転ポンプ５とを備えた真空排気系が接続され、真空チャンバー１内を所望の高真空にできるように構成されている。また成膜室１ａはリークバルブ６を介して大気に解放できるようにされている。
【００２４】
成膜室１ａ内には、基板ホルダー７が配置され、基板ホルダー７には試料基板８が装着されている。基板ホルダー７は、基板バイアス電源９のマイナス側の出力端子に接続され、またプラス側の出力端子はグランド電位に接地されている。
なお、成膜室１ａには電離真空計１０が取付けられている。
【００２５】
プラズマ発生室１ｂの内部には絶縁体製の放電管、例えばアルミナ管１１が同軸的に配置され、このアルミナ管１１は図示実施の形態では、直径１０ｃｍ、軸線方向長さ２０ｃｍに構成されている。アルミナ管１１の外側には高周波アンテナとしてヘリカルコイル１２が巻回（３ターン）されて取り付けられている。このヘリカルコイル１２はマッチングボックス１３を介してＲＦ発振器１４に接続されている。また、ヘリカルコイル１２の外側には磁場発生用の環状の永久磁石１５が配置され、この永久磁石１５は、アルミナ管１１の外側で大気側に取付けられた断面コの字型の磁性体製のヨーク１６の内側に同軸状に設けられている。プラズマ発生室１ｂの内壁すなわちヨーク１６の内側とアルミナ管１１との隙間にはセラミックビーズ１７が充填されている。これらのセラミックビーズ１７はヘリカルコイル１２に発生する高周波電圧によるセラミックビーズ１７の充填領域での放電を抑止する働きをしている。
【００２６】
アルミナ管１１の内側には、グラファイト材から成る円筒状のターゲット１８がアルミナ管１１と同軸に配置され、この円筒状のターゲット１８は図示実施の形態では図２の展開図に示すように幅２０ｃｍ、長さ約３０ｃｍの板状グラファイト材の両側から交互に幅２ｃｍ、深さ１８ｃｍのスリット１８ａを形成し、これを図３に示すように円筒状に形成される。これにより円筒状のターゲット１８の全面積に対する開孔率は約５０％となる。ここで円筒状のターゲット１８の開孔率について説明すると、３０％以下では高周波の反射波が増えてしまい、一方７０％以上であると、スパッタリング収量が低下するので、ターゲットの開孔率は３０％〜７０％に選定するのが好ましい。
【００２７】
また、プラズマ発生室１ｂには放電ガス導入系統が接続され、この放電ガス導入系統は仕切りバルブ１９、マスフローコントローラ２０、仕切バルブ２１、圧力調整器２２及びアルゴンガスボンベ２３を備えている。このガス導入系はリークタイトな継ぎ手及びガス配管で接続されている。
【００２８】
図４及び図５には、本発明の別の実施の形態を示す。図４及び図５に示す実施の形態は、ターゲットに関する関連構成においてのみ、図１〜図３に示す実施の形態と相違しており、その他の構成は図１〜図３に示す実施の形態の場合と実質的に同じであり、同じ符号で示す。従って以下相違する構成についてのみ説明する。
【００２９】
図４及び図５に示す実施の形態では、ターゲットはカップ状のターゲット２８として構成され、アルミナ管１１の内側にアルミナ管１１と同軸に配置されている。このカップ状のターゲット２８は図示していないが負のバイアス電源に接続される。カップ状のターゲット２８は図５に示すように開放端側から複数のスリット２８ａが形成され、３０％〜７０％の範囲内の所望の開孔率となるようにされている。
【００３０】
またカップ状のターゲット２８の開放端側には、それに隣接してリング型のアノード電極２９が配置されて、このアノード電極２９は図示していない電源に接続されている。
【００３１】
このように構成した図１〜図３に示す装置を用いてダイヤモンドライクカーボン薄膜を形成する実施例について以下説明する。
まず、排気系の仕切バルブ２、４を開状態にし、油回転ポンプ５を作動させて、真空チャンバー１を０．１Torr程度に真空引きを行った後に、高真空ポンプ３により真空排気をさらに行い、電離真空計１０で測定して１０^-7Torr台まで圧力を減圧する。この状態において放電ガス導入系の仕切バルブ１９、２１を開放し、圧力調整器２２によって圧力を１気圧より少し高めに設定し、マスフローコントローラ２０でアルゴンガスボンベ２３からのアルゴンガスの流量を３〜４ｓｃｃｍに制御してプラズマ発生室１ｂへ流す。
【００３２】
この状態において、ＲＦ発振器１４からＲＦ電力を発振させ、そしてマッチングボックス１３で反射を低減させるように調整して、ヘリカルコイル１２に供給する。これにより、プラズマ発生室１ｂのアルミナ管１４の内部でアルゴンのプラズマが発生される。バイアス発振器１７の出力を徐々に高くして約１ｋＷになったところに設定する。
【００３３】
次に、基板バイアス電源９からの出力で基板８をマイナス電位に設定する。これにより、円筒状のターゲット１８は、プラズマ発生室１ｂに発生した高密度ヘリコンプラズマによってスパッタされて、グラファイト粒子が高密度へリコンプラズマ中に飛翔する。こうしてスパッタされた粒子の大部分は電気的に中性であり、中性粒子（原子状）として存在する。この高密度へリコンプラズマにより、円筒状のターゲット１８からスパッタされた粒子は中性のカーボン原子であり、再度高密度へリコンプラズマ中の電子やアルゴンとの衝突により再度電離し、プラスにチャージした原子状のカーボンイオンとなる。このプラスにチャージした原子状のカーボンイオンは、試料基板８がマイナスにチャージされているため、試料基板８上に降り注ぎ、堆積していく。その結果、ｓｐ３結合の割合が多い膜が形成される。
【００３４】
一方、永久磁石１５の外周にヨーク１６を設けて磁気回路を形成しているので、磁力線は閉じられており、試料基板８の近傍までは磁力線がのびていない。そのため、大部分のプラズマはプラズマ発生室１ｂから流れ出た途端に発散し、濃いプラズマが試料基板８まで到達しなくなる。その結果、試料基板８の温度は２００℃以下に保つことができる。こうして発散したプラズマの一部のアルゴンイオンは試料基板８上のカーボン膜に照射され、エネルギーを付与して膜上に衝突し膜に運動エネルギーが付与され、それにより緻密なカーボン膜が形成される。
【００３５】
こうして緻密なカーボン膜の形成された試料基板８は、排気系の仕切りバルブ２を閉にし、ＲＦ発振器１４の出力を停止させた後、リークバルブ６を開いて空気を導入し成膜室１ａを大気圧に戻すことにより成膜室１ａから取り出すことができる。
【００３６】
図示実施の形態では、グラファイト材のターゲットを用い、放電室すなわちプラズマ発生室にアルゴンガスだけを導入して硬質で緻密なダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）薄膜を基板上に形成する場合について説明してきたが、当然本発明はターゲットにボロンを使用して、キュービックボロンナイトライド膜（Ｃ−ＢＮ膜）を形成するにも適用できる。その場合には、成膜室１ａに窒素ガス導入系が設けられ、導入する窒素ガスの圧力を、圧力調整器（図示していない）により１気圧より少し高めに設定し、マスフローコントローラ（図示していない）によって窒素ガスボンベからの窒素ガスの流量を１〜２ｓｃｃｍに設定して成膜室１ａに流す。その結果、プラズマ発生室１ｂのアルミナ管１１の内部で発生されたプラズマ中のアルゴンイオンと窒素イオンは、ターゲット１８に衝突し、それにより、ターゲット１８の表面からボロンの原子が飛び出し、プラズマ発生室１ｂのアルミナ管１１の内部でアルゴンイオンや電子と衝突し電離する。こうして電離したボロンはプラズマ流又はガス流により成膜室１ａ内の試料基板８上に付着する。これと同時に、導入された窒素もアルゴンプラズマにより電離され、窒素イオンも成膜室１ａ内の試料基板８上に付着し、そして試料基板８上でボロンと窒素が反応しボロンナイトライド膜が形成される。この場合、アルゴンイオンも基板８上のボロンナイトライド膜上に衝突して、運動エネルギーを膜に付与することで緻密なＢＮ膜が形成される。
【００３７】
なお、図示実施の形態においてはヨーク１６の内側とアルミナ管１１との隙間にはセラミックビーズ１７を充填しているが、電気絶縁性を有することと、プラズマに直接曝されて高温（例えば１０００℃）となるアルミナ管に接触した状態でも問題を生じない耐熱性及び化学的安定性を有することを満たすセラミックス誘電体群の材質であればよく、例えば石英、高純度アルミナ、ボロンナイトライド等を使用することができ、またその形状も粉末状、モノリシックなバルク状、棒状、管状或いは球状のいずれでもよい。また、高純度アルミナを材質とする管状のセラミックパイプ及び球形状のセラミックビーズの両方を組み合わせて用いてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の装置によれば、真空チャンバ内に磁場を発生させる磁場発生手段を設け、高密度プラズマを発生するため高周波電力を印加して誘導電界を発生させる高周波アンテナを真空チャンバ内に配置し、また高周波アンテナの内側に誘電体管を配置し、プラズマ発生室の内面と誘電体管の外側とで囲まれ且つ高周波アンテナの導体表面のすべてが覆われる真空状態の領域に、誘電体物質を充填し、さらに誘電体管の内側に、成膜材料となる円筒状又はカップ状のターゲットを取付けたので、ｓｐ３構造を多く含みしかも不純物の少ない緻密で硬質の膜を試料基板に形成することができるようになる。
【００３９】
また、真空チャンバ内に磁場を発生させる磁場発生手段として、真空チャンバ内で高周波アンテナの外側に配置された永久磁石と高周波アンテナの外側で永久磁石の外周を囲んで配置されたヨークとを備えた構成とした場合には、磁力線が試料基板の近傍までのびなくなり、大部分のプラズマがプラズマ発生室から流れ出た途端に発散し、濃いプラズマが試料基板まで到達しなく、その結果、試料基板の温度を電子デバイスプロセス温度に保つことができるようになる。
【００４０】
また、誘電体管の内側に取付けられた円筒状又はカップ状のターゲットの開孔率を３０％〜７０％の範囲に設定した場合には、高周波の反射波の発生を低く抑えしかもスパッタリング収量を低下させずにプロセスを実行することができる。
【００４１】
本発明による緻密な硬質薄膜の形成方法によれば、プラズマ発生用の高周波アンテナの内側に配置した誘電体管の内側に成膜材料となる円筒状又はカップ状のターゲットを取付け、ターゲット材としてグラファイト材又はボロン材を使用しているので、ｓｐ３構造を多く含みしかも不純物の少ない緻密なダイヤモンドライクカーボン膜又は緻密なボロンナイトライド膜を試料基板に形成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置の一実施の形態を示す概略線図。
【図２】図１に示す装置におけるターゲットの展開図。
【図３】図１に示す装置におけるターゲットを示す斜視図。
【図４】本発明による高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置の別の実施の形態を示す概略線図。
【図５】図４に示す装置におけるターゲットを示す斜視図。
【図６】高密度へリコンプラズマを利用した従来の成膜装置の一例を示す概略線図。
【符号の説明】
１：真空チャンバー
１ａ：成膜室
１ｂ：プラズマ発生室
２：仕切りバルブ
３：高真空ポンプ
４：仕切バルブ
５：油回転ポンプ
６：リークバルブ
７：基板ホルダー
８：試料基板
９：基板用バイアス電源
１０：電離真空計
１１：アルミナ管
１２：ヘリカルコイル
１３：マッチングボックス
１４：ＲＦ発振器
１５：磁場発生用の永久上磁石
１６：ヨーク
１７：セラミックビーズ
１８：円筒状のターゲット
１９：仕切りバルブ
２０：マスフローコントローラ
２１：仕切バルブ
２２：圧力調整器
２３：アルゴンガスボンベ
２８：カップ状のターゲット

Claims

真空チャンバ内に磁場を発生させる磁場発生手段を設け、高密度プラズマを発生するため高周波電力を印加して誘導電界を発生させる高周波アンテナを真空チャンバ内に配置し、また高周波アンテナの内側に誘電体管を配置し、プラズマ発生室の内面と誘電体管の外側とで囲まれ且つ高周波アンテナの導体表面のすべてが覆われる真空状態の領域に、誘電体物質を充填し、さらに誘電体管の内側に、成膜材料となるターゲットを取付け、前記ターゲットが円筒状であることを特徴とする高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置。
真空チャンバ内に磁場を発生させる磁場発生手段を設け、高密度プラズマを発生するため高周波電力を印加して誘導電界を発生させる高周波アンテナを真空チャンバ内に配置し、また高周波アンテナの内側に誘電体管を配置し、プラズマ発生室の内面と誘電体管の外側とで囲まれ且つ高周波アンテナの導体表面のすべてが覆われる真空状態の領域に、誘電体物質を充填し、さらに誘電体管の内側に、成膜材料となるターゲットを取付け、前記ターゲットがカップ状であることを特徴とする高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置。
前記カップ状のターゲットの開放端側に、前記カップ状のターゲットとほぼ同径のリング状アノード電極を設けたことを特徴とする請求項２に記載の高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置。
誘電体管の内側に取付けられた前記カップ状のターゲットが、それの開放端側から切り込みが入れられていることを特徴とする請求項３に記載の高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置。
真空チャンバ内に磁場を発生させる磁場発生手段が真空チャンバ内で高周波アンテナの外側に配置された永久磁石と高周波アンテナの外側で永久磁石の外周を囲んで配置されたヨークとを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置。
誘電体管の内側に取付けられた前記ターゲットが、３０％〜７０％の範囲の開孔率をもつように構成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置。
誘電体管の内側に取付けられた前記ターゲットが、高周波アンテナの内側に配置された誘電体管の軸方向長さとほぼ等しい長さをもつように構成されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置。
誘電体管の内側に取付けられた前記円筒状のターゲットが軸方向両端より交互に切り込みが入れられていることを特徴とする請求項１、５、６のいずれか一項に記載の高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置。
誘電体管の内側に取付けられた前記ターゲットがグラファイトから成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置。
誘電体管の内側に取付けられた前記ターゲットがボロンから成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置。
内部に硬質薄膜の形成されることになる基板を配置した真空チャンバを高真空状態にし、真空チャンバ内に磁場を発生させ、また内部にプラズマ発生用の高周波アンテナを配置し、高周波アンテナの内側に誘電体管を配置し、誘電体管の内側に成膜材料となる円筒状又はカップ状のターゲットを取付けた真空チャンバに放電ガスを導入して高密度プラズマを発生し、ターゲット材としてグラファイト材を使用し、ターゲット材から飛び出したグラファイト原子を電離させて生成したカーボンイオンより真空チャンバ内の基板表面上に硬質なｓｐ３構造の結合を多く含んだ緻密なカーボン膜を形成することを特徴とする緻密な硬質薄膜の形成方法。
内部に硬質薄膜の形成されることになる基板を配置した真空チャンバを高真空状態にし、真空チャンバ内に磁場を発生させ、また内部にプラズマ発生用の高周波アンテナを配置し、高周波アンテナの内側に誘電体管を配置し、誘電体管の内側に成膜材料となる円筒状又はカップ状のターゲットを取付けた真空チャンバに放電ガスを導入して高密度プラズマを発生し、ターゲット材としてボロン材を使用し、真空チャンバに窒素ガスを導入し解離させて生成した原子状窒素及び電離させて生成した窒素イオン及びターゲット材から飛び出したボロン原子を電離させて生成したボロンイオンより真空チャンバ内の基板表面上に緻密なキュービックボロンナイトナイド膜を形成することを特徴とする緻密な硬質薄膜の形成方法。
円筒状のターゲットの開孔率を３０％〜７０％の範囲に設定したことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の緻密な硬質薄膜の形成方法。
永久磁石を用いて真空チャンバ内に磁場を発生させ、永久磁石の周囲をヨークで包囲して閉じた磁気回路を形成することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の緻密な硬質薄膜の形成方法。