(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界流体セルの流体層内に二酸化炭素及び炭化水素を封入し、超臨界状態を形成する工程と、
前記流体層内に、波長２４８ｎｍ、２６６ｎｍ、又は３５５ｎｍのレーザー光を照射する工程と、
を含むことを特徴とするアモルファスカーボン薄膜作製方法。
【請求項２】
前記炭化水素が、１，３，５−トリクロロベンゼンであることを特徴とする請求項１記載のアモルファスカーボン薄膜作製方法。
【請求項３】
前記炭化水素が、ヘキサフルオロベンゼンであることを特徴とする請求項１記載のアモルファスカーボン薄膜作製方法。
【請求項４】
超臨界二酸化炭素温度をＴ、臨界温度をＴｃとしたときの温度差Ｔ−Ｔｃが３℃以上になるように前記流体層内の温度を調整する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のアモルファスカーボン薄膜作製方法。
【請求項５】
超臨界二酸化炭素温度をＴ、臨界温度をＴｃとしたときの温度差Ｔ−Ｔｃが５℃以上になるように前記流体層内の温度を調整する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のアモルファスカーボン薄膜作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアモルファスカーボン薄膜作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体作製の際に利用される低誘電率(1ow-k)薄膜作製技術は、半導体産業において重要な技術の一つである。従来の化学蒸着（ＣＶＤ）法による薄膜作製では、原料の炭化水素などをチャンバー内で９００℃程度に加熱・分解し、シリコンなどの基板上に堆積させる。
【０００３】
ところが、ＣＶＤ法では加熱温度が９００℃以上であることより耐熱性のない薄膜作製が困難であった。またＣＶＤ法に用いられる製造装置が大型でしかも高価であった。そのため、簡易にしかも安価に薄膜を作製する方法が求められていた。
【０００４】
上述の課題を解決する手段としていくつかの技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）が、改善の余地が残されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４４０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、簡易にしかも安価に作製することができるアモルファスカーボン薄膜作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特徴は、超臨界流体セルの流体層内に二酸化炭素及び炭化水素を封入し超臨界状態を形成する工程と、流体層内に紫外波長のレーザー光を照射する工程と、を含むアモルファスカーボン薄膜作製方法を要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡易にしかも安価に作製することができるアモルファスカーボン薄膜作製方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】アモルファスカーボン薄膜作成装置の概略構成図を示す。
【図２】比較例１の薄膜についての原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）観察により得られた図を示す。
【図３】実施例１の薄膜についてのＡＦＭ観察により得られた図を示す。
【図４】実施例１の薄膜についてのＲａｍａｎ散乱計による構造解析結果を示す。
【図５】実施例１の薄膜についてのＥＤＳ成分分析結果を示す。
【図６】参考例２の薄膜についてのＡＦＭ観察により得られた図を示す（Ｔ−Ｔｃ＝０℃）。
【図７】参考例３の薄膜についてのＡＦＭ観察により得られた図を示す（Ｔ−Ｔｃ＝１℃）。
【図８】実施例２の薄膜についてのＡＦＭ観察により得られた図を示す（Ｔ−Ｔｃ＝３℃）。
【図９】実施例３の薄膜についてのＡＦＭ観察により得られた図を示す（Ｔ−Ｔｃ＝５℃）。
【図１０】ＡＦＭ観察により得られた画像から計算された薄膜表面高さのＲＭＳを計算した値を示す。
【図１１】ＡＦＭ観察により得られた画像から計算された薄膜表面高さのＲＭＳを計算した値を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、実施形態を挙げて本発明の説明を行うが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。尚、図中同一の機能又は類似の機能を有するものについては、同一又は類似の符号を付して説明を省略する。
【００１１】
（アモルファスカーボン薄（ａ−ｃ）膜作成装置）
実施形態に係るアモルファスカーボン薄膜作製方法に用いられるアモルファスカーボン薄膜作成装置１は、超臨界雰囲気が形成される流体層５を備える超臨界流体セル６と、超臨界流体セル６の上部に配置された合成石英ガラス４と、流体層５の底部に配置され薄膜が成長する基板８と、超臨界流体セル６にレーザー光を照射するレーザー２と、光源からのレーザー光の進路を変更するミラー３と、さらに超臨界流体セル６の周囲に配置された温度調節器９と、を有する。 
薄膜が成長することとなる基板８としては、シリコン基板を用いることができる。
【００１２】
（アモルファスカーボン薄膜作製方法）
（イ）図１に示すようなアモルファスカーボン薄膜作成装置１を用意する。
【００１３】
（ロ）超臨界流体セル６の流体層５内に二酸化炭素及び炭化水素を封入する。薄膜の原料源となる炭化水素としては、ベンゼン、１，３，５−トリクロロベンゼン等のベンゼン類が挙げられる。ベンゼン類は超臨界二酸化炭素内における分散性が高いことから、反応溶媒としての超臨界二酸化炭素との相性が良いからである。
【００１４】
（ハ）超臨界流体セル６の流体層５内で超臨界状態を形成する。一般に二酸化炭素の臨界点では、臨界密度４６６ｋｇ／ｍ３、臨界圧力７．３８ＭＰａ、臨界温度３０４．２Ｋになる。よって、超臨界流体セル６内の温度、圧力を上記の数値程度に調整することで二酸化炭素の超臨界状態を形成することができる。
【００１５】
この場合、超臨界二酸化炭素温度をＴ、臨界温度をＴｃとしたときの温度差Ｔ−Ｔｃが３℃以上、より好ましくは５℃以上になるように流体層５内の温度を調整することが都合がよい。平坦な薄膜を形成することができるからである。
【００１６】
流体層５内に入れるベンゼン類の種類・量により臨界温度が変化し、絶対的な温度を示すことが難しいので、ここでは流体層５内の温度として二成分混合系の気液臨界点温度からの差を記載している。この場合、特に制限はないが、後に説明する実施例の欄に示す１，３，５−トリクロロベンゼンを混合させた場合では、流体層５内の温度を臨界温度（３５℃）よりも３℃以上高い３８℃以上に調整することが好ましく、５℃以上高い４０℃以上に調整することがより好ましい。
【００１７】
より均一な薄膜を得るには電場をかけることが好ましい。具体的には０．４０ｋＶ／ｍｍよりも高い電場をかけることが好ましく、より好ましくは０．５０ｋＶ／ｍｍ以上、さらに好ましくは０．６０ｋＶ／ｍｍ以上の電場をかけることが好ましい。
【００１８】
（ニ）流体層５内に紫外波長のレーザー光を照射する。紫外波長のレーザー光としては、例えばＹＡＧ−ＴＨＧ（３次元周波）：波長３５５ｎｍ、ＹＡＧ−ＴＨＧ（４次元周波）：波長２６６ｎｍ、ＫｒＦエキシマ：波長２４８ｎｍ等が挙げられる。
【００１９】
半導体作製の際に利用される低誘電率(1ow-k)薄膜作製技術は、半導体産業において重要な技術の一つである。ＣＶＤ法による薄膜作製では、原料の炭化水素などをチャンバー内で９００℃程度に加熱・分解し、シリコンなどの基板上に堆積させていた。ところが、本実施形態によれば、従来の薄膜作製技術とは異なり、３５℃程度の室温で薄膜作製が可能である。また本実施形態によれば、比較的に安価でしかも入手容易なベンゼン類を超臨界二酸化炭素中に分散させ、ＹＡＧレーザーを照射することにより、分散されているベンゼン類を光分解し、超臨界流体セル６内に設置したシリコン基板に堆積させることができる。つまり本実施形態によれば、簡易にしかも安価で薄膜を作製することができる。
【００２０】
また本実施形態によれば、低温でアモルファスカーボン薄膜を作製することができるため、熱に弱いタンパク質を用いたバイオ半導体チップなどの作製に使用され得る。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
実施形態と同様の方法により以下の条件で図１のアモルファスカーボン薄膜作成装置１を用いて薄膜を作製した。 
条件：反応溶媒として二酸化炭素、炭素源（炭化水素）として１，３，５−トリクロロベンゼン、紫外波長のレーザー光としてＹＡＧ−ＴＨＧ４次元周波（波長２６６ｎｍ）を用いて、流体層内温度：４０℃、臨界密度で実験を行った。
【００２２】
得られた薄膜について、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）観察、Ｒａｍａｎ散乱計による薄膜の構造解析、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）を用いた成分分析を行った。得られた結果を図３、図４、図５に示す。
【００２３】
（比較例１）
亜臨界状態となるように流体層内温度を２５℃、臨界密度にしたことを除いて、実施例１と同様に実験を行った。得られた薄膜について、ＡＦＭ観察を行った。得られた結果を図２に示す。 
実施例１により、二酸化炭素の超臨界状態（３５℃程度の室温）において厚さが均一な薄膜が形成されることが示された。一方、比較例１によれば、二酸化炭素の亜臨界状態においては、厚さが均一な薄膜が形成されないことが示された。
【００２４】
（実施例２、実施例３）、（比較例２、比較例３、）
超臨界流体セル６内のベンゼンが分散された超臨界二酸化炭素の温度と薄膜の均一性等の関係を示すため、炭素源としてベンゼンを用い、Ｔ−Ｔｃ＝０℃、１℃、３℃、５℃としたことを除き、実施例１と同様に実験を行った。得られた薄膜について、ＡＦＭ観察を行った。得られた結果を図６（比較例２、Ｔ−Ｔｃ＝０℃）、図７（比較例３、Ｔ−Ｔｃ＝１℃）、図８（実施例２、Ｔ−Ｔｃ＝３℃）、図９（実施例３、Ｔ−Ｔｃ＝５℃）に示す。また、薄膜の均一性を定量的に評価するため、ＡＦＭ観察により得られた画像から計算された薄膜表面高さのＲＭＳを計算した値を図１０に示す。 
図６〜図９より、超臨界二酸化炭素の温度が高くなるに従い、薄膜表面が均一になることが分かった。
【００２５】
図１０より臨界二酸化炭素温度、つまり超臨界流体セル６内の温度の上昇に伴い薄膜表面の均一性が向上していることが分かった。薄膜表面高さのＲＭＳがＴ−Ｔｃ＝０℃において、Ｔ−Ｔｃ＝1℃での場合と比較して均一性が向上しているが、この場合臨界タンパク光の発生により二酸化炭素分子が多く分解することによって引き起こされる。しかしながら、薄膜の特性に関しては二酸化炭素分子が分解されたものが多く含まれ不純物となってしまうため、Ｔ−Ｔｃ＝０℃では薄膜にとっては良い条件とはならない。したがって、今回の薄膜作製実験においては、チャンバー内の超臨界二酸化炭素がＴ−Ｔｃ＞３℃程度の温度環境で均一なa-ｃ薄膜を作製することが可能であることが分かった。
【００２６】
（アモルファスカーボン(ａ−ｃ)薄膜の表面粗さに関する電場の影響）
電場強度と薄膜の均一性の関係を示すため、電場強度を変化させたことを除いて、実施例３と同様に実験を行った。図１１に流体温度Ｔ−Ｔｃ＝５℃において電場強度を変化させた場合のａ−ｃ薄膜の表面のＲＭＳ変化を示す。電場を強くすることにより、ａ−ｃ薄膜表面が均一になることがわかった。また、電場強度０．３８ｋＶ／ｍｍと０．６３ｋＶ/ｍｍの間に大きな違いが見られ、０．６３ｋＶ／ｍｍの電場強度では、１０倍以上の均一な薄膜を形成することが分かった。
【００２７】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００２８】
例えば、1ow-k薄膜には、フッ素含有薄膜が良いとされていることより、１，３，５−トリクロロベンゼンに換えて、ヘキサフルオロベンゼンを超臨界二酸化炭素に分散させても構わない。さらに、超臨界流体セル６内に電場を印加することで、高効率かつ均一に薄膜を作製することができる。
【００２９】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００３０】
１：アモルファスカーボン薄膜作成装置
２：レーザー
３：ミラー
４：合成石英ガラス
５：流体層
６：超臨界流体セル
８：基板
９：温度調節器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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