JP2655877B2 - 炭素膜形成装置 - Google Patents
炭素膜形成装置Info
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- JP2655877B2 JP2655877B2 JP63143035A JP14303588A JP2655877B2 JP 2655877 B2 JP2655877 B2 JP 2655877B2 JP 63143035 A JP63143035 A JP 63143035A JP 14303588 A JP14303588 A JP 14303588A JP 2655877 B2 JP2655877 B2 JP 2655877B2
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- carbon film
- film forming
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ダイヤモンド膜、硬質炭素膜を形成する
炭素膜形成装置に関するものである。
炭素膜形成装置に関するものである。
第３図に従来の化学気相成長法によるダイヤモンド膜
形成装置の一例を掲げる。図中、１は陽極（平板電
極）、２は陰極（平板電極）、３はサブストレート、４
はガスノズル、５は真空容器、６は冷却水、７は出力電
圧数KVの高圧電源、８はスイッチ、９はキャリヤーガス
と反応ガスの混合ガス、10は放電安定抵抗である。
形成装置の一例を掲げる。図中、１は陽極（平板電
極）、２は陰極（平板電極）、３はサブストレート、４
はガスノズル、５は真空容器、６は冷却水、７は出力電
圧数KVの高圧電源、８はスイッチ、９はキャリヤーガス
と反応ガスの混合ガス、10は放電安定抵抗である。
上記の装置によりダイヤモンド膜を形成するには、ま
ず真空容器５を充分排気した後、ガスノズル４からキャ
リヤーガスと反応ガスの混合ガス９を200Torr程度の圧
力まで注入する。ここで、混合ガス９のキャリヤーガス
は例えばアルゴンガス、反応ガスは例えばメタンガスと
水素ガスの混合物である。またサブストレート３は例え
ばシリコンウェーハーである。この状態でスイッチ８を
ONすると、陽極１と陰極２の間に放電が生じ、プラズマ
が発生する。このプラズマ中でメタンガスが分解して炭
素が生じ、サブストレート３の表面に膜となって析出す
る。この析出物は、ダイヤモンド、グラファイト、無定
形炭素の混合物となっている。一方、プラズマ中では水
素ガスも解離して水素ラヂカルとなっている。水素ラヂ
カルはグラファイト、無定形炭素との反応性が高く、こ
れらと反応して揮発性の炭化水素化合物をつくる。した
がってサブストレート３の表面析出物中のグラファイ
ト、無定形炭素はしだいに消失し、ダイヤモンド含有率
の高い炭素膜となる。なお、キャリヤーガスとしてはア
ルゴンのほかに、ヘリウム、キセノン等の不活性ガスを
利用することができ、反応ガスとしてはメタンのほかに
プロパン、アルコール、アセトンなどの有機ガスを用い
ることもできる。
ず真空容器５を充分排気した後、ガスノズル４からキャ
リヤーガスと反応ガスの混合ガス９を200Torr程度の圧
力まで注入する。ここで、混合ガス９のキャリヤーガス
は例えばアルゴンガス、反応ガスは例えばメタンガスと
水素ガスの混合物である。またサブストレート３は例え
ばシリコンウェーハーである。この状態でスイッチ８を
ONすると、陽極１と陰極２の間に放電が生じ、プラズマ
が発生する。このプラズマ中でメタンガスが分解して炭
素が生じ、サブストレート３の表面に膜となって析出す
る。この析出物は、ダイヤモンド、グラファイト、無定
形炭素の混合物となっている。一方、プラズマ中では水
素ガスも解離して水素ラヂカルとなっている。水素ラヂ
カルはグラファイト、無定形炭素との反応性が高く、こ
れらと反応して揮発性の炭化水素化合物をつくる。した
がってサブストレート３の表面析出物中のグラファイ
ト、無定形炭素はしだいに消失し、ダイヤモンド含有率
の高い炭素膜となる。なお、キャリヤーガスとしてはア
ルゴンのほかに、ヘリウム、キセノン等の不活性ガスを
利用することができ、反応ガスとしてはメタンのほかに
プロパン、アルコール、アセトンなどの有機ガスを用い
ることもできる。
上述の従来法では、放電電流は500mA前後であるか
ら、プラズマに注入されるエネルギーは数KWである。膜
の生成速度は注入エネルギーと反応ガス濃度にほぼ比例
するから、高速で製膜するには大容量の電源が必要とな
り、経済性が問題となる。
ら、プラズマに注入されるエネルギーは数KWである。膜
の生成速度は注入エネルギーと反応ガス濃度にほぼ比例
するから、高速で製膜するには大容量の電源が必要とな
り、経済性が問題となる。
本発明は、経済性良くダイヤモンドあるいはダイヤモ
ンド性膜を形成する炭素膜形成装置を提供するものであ
る。
ンド性膜を形成する炭素膜形成装置を提供するものであ
る。
本発明は、キャリヤーガスと反応ガスの混合ガスが導
入される真空容器と、この真空容器内に対向配置された
２枚の平板電極と、これら平板電極に直列接続されたス
イッチおよびコンデンサーの直列回路と、上記コンデン
サーを充電する電源とを具備してなることを特徴とする
ものである。
入される真空容器と、この真空容器内に対向配置された
２枚の平板電極と、これら平板電極に直列接続されたス
イッチおよびコンデンサーの直列回路と、上記コンデン
サーを充電する電源とを具備してなることを特徴とする
ものである。
また、上記２枚の平板電極のうち一方の平板電極に小
孔を穿ち、２枚の平板電極の外側の上記小孔の近傍にサ
ブストレートを配置してなることを特徴とするものであ
る。
孔を穿ち、２枚の平板電極の外側の上記小孔の近傍にサ
ブストレートを配置してなることを特徴とするものであ
る。
本発明では、スイッチのONによって発生する、キャリ
ヤーガスと反応ガスの混合ガスのプラズマによって、電
極表面（電極に載せたサブストレートでもよい）あるい
は小孔の近傍に配置したサブストレート表面に炭素膜を
形成する。
ヤーガスと反応ガスの混合ガスのプラズマによって、電
極表面（電極に載せたサブストレートでもよい）あるい
は小孔の近傍に配置したサブストレート表面に炭素膜を
形成する。
第１図は本発明の一実施例を示す図である。図中、１
〜５、８、９は第３図の対応する番号の要素と同一の機
能、動作を有する。21は高耐圧コンデンサー、22は出力
電圧30KV程度の直流高電圧電源、23は高抵抗である。
〜５、８、９は第３図の対応する番号の要素と同一の機
能、動作を有する。21は高耐圧コンデンサー、22は出力
電圧30KV程度の直流高電圧電源、23は高抵抗である。
上記の装置により炭素膜を形成するには、まず真空容
器５を充分排気した後、ガスノズル４からキャリヤーガ
スと反応ガスの混合ガス９を１×10-3〜100Torrの圧力
まで注入する。ここで、混合ガス９のキャリヤーガスは
例えばアルゴンガス、反応ガスは例えばメタンガスと水
素ガスの混合物である。またサブストレート３は例えば
シリコンウェーハーである。コンデンサー21の容量は例
えば１μＦであり、高抵抗10を介して電源22によって例
えば30KVの高電圧に充電されている。この状態でスイッ
チ８をONすると、陽極１と陰極２の間に放電が生じ、プ
ラズマが発生する。のプラズマ中でメタンガスが分解し
て炭素が生じ、サブストレート３の表面に膜となって析
出する。この析出物は、ダイヤモンド、グラファイト、
無定形炭素の混合物となっている。一方、プラズマ中で
は水素ガスも解離して水素ラヂカルとなっている。水素
ラヂカルはグラファイト、無定形炭素との反応性が高
く、これらと反応して揮発性の炭化水素化合物をつく
る。したがってサブストレート３の表面析出物中のグラ
ファイト、無定形炭素はしだいに消失し、ダイヤモンド
含有率の高い炭素膜となる。コンデンサー21に充電され
ている電気量が放電し尽くすと、プラズマは消失し、サ
ブストレート３への炭素膜の析出も止まる。ここでスイ
ッチ８をOFFにすれば、コンデンサー21は再び充電され
るから、スイッチ８のONによって、またプラズマが発生
し、炭素膜が再び析出する。以下この繰り返しによっ
て、膜が成長する。
器５を充分排気した後、ガスノズル４からキャリヤーガ
スと反応ガスの混合ガス９を１×10-3〜100Torrの圧力
まで注入する。ここで、混合ガス９のキャリヤーガスは
例えばアルゴンガス、反応ガスは例えばメタンガスと水
素ガスの混合物である。またサブストレート３は例えば
シリコンウェーハーである。コンデンサー21の容量は例
えば１μＦであり、高抵抗10を介して電源22によって例
えば30KVの高電圧に充電されている。この状態でスイッ
チ８をONすると、陽極１と陰極２の間に放電が生じ、プ
ラズマが発生する。のプラズマ中でメタンガスが分解し
て炭素が生じ、サブストレート３の表面に膜となって析
出する。この析出物は、ダイヤモンド、グラファイト、
無定形炭素の混合物となっている。一方、プラズマ中で
は水素ガスも解離して水素ラヂカルとなっている。水素
ラヂカルはグラファイト、無定形炭素との反応性が高
く、これらと反応して揮発性の炭化水素化合物をつく
る。したがってサブストレート３の表面析出物中のグラ
ファイト、無定形炭素はしだいに消失し、ダイヤモンド
含有率の高い炭素膜となる。コンデンサー21に充電され
ている電気量が放電し尽くすと、プラズマは消失し、サ
ブストレート３への炭素膜の析出も止まる。ここでスイ
ッチ８をOFFにすれば、コンデンサー21は再び充電され
るから、スイッチ８のONによって、またプラズマが発生
し、炭素膜が再び析出する。以下この繰り返しによっ
て、膜が成長する。
スイッチ８、陰極２、陽極１およびこれらを繋ぐ結線
を含めたインピーダンスは、数〜数10μＨであるから、
コンデンサー21に充電されている電気量（30KA×１μＦ
＝0.03C）は数μsesで放電し尽くす。よってプラズマの
持続時間もこの程度であり、放電発生時の最大放電電流
は数10〜数100KAに達し、プラズマに注入されるエネル
ギーは、瞬間的にではあるが、数100MWに達する。した
がって、発生するプラズマの密度は極めて高く、温度も
高温となり、反応ガスの分散が効率良く進むために、製
膜速度も高い。なおコンデンサー21の充電にはそれほど
の大電流は必要ないから、電源22は比較的小型で済み、
経済性である。なお、キャリヤーガスとしてはアルゴン
のほかに、ヘリウム、キセノンなどの不活性ガスを利用
することができ、反応ガスとしてはメタンのほかにプロ
パン、アルコール、アセトンなどの有機ガスを用いるこ
ともできる。
を含めたインピーダンスは、数〜数10μＨであるから、
コンデンサー21に充電されている電気量（30KA×１μＦ
＝0.03C）は数μsesで放電し尽くす。よってプラズマの
持続時間もこの程度であり、放電発生時の最大放電電流
は数10〜数100KAに達し、プラズマに注入されるエネル
ギーは、瞬間的にではあるが、数100MWに達する。した
がって、発生するプラズマの密度は極めて高く、温度も
高温となり、反応ガスの分散が効率良く進むために、製
膜速度も高い。なおコンデンサー21の充電にはそれほど
の大電流は必要ないから、電源22は比較的小型で済み、
経済性である。なお、キャリヤーガスとしてはアルゴン
のほかに、ヘリウム、キセノンなどの不活性ガスを利用
することができ、反応ガスとしてはメタンのほかにプロ
パン、アルコール、アセトンなどの有機ガスを用いるこ
ともできる。
第２図は、本発明の別の実施例を示す図である。図
中、１〜５、８、９、21〜23は第１図の対応する番号の
要素と同一の構成、動作を有する。24は陽極１に穿たれ
た小孔である。この動作は第１図の場合と殆ど同じであ
るが、放電によって生じたプラズマ中で分解した炭素原
子は、陽極１に穿たれた小孔24から放出してサブストレ
ート３の上に析出して炭素膜を形成する。サブストレー
ト３を陽極１及び陰極２からなる電極系の外に置くこと
は、放電条件を乱くす恐れがないために有益である。
中、１〜５、８、９、21〜23は第１図の対応する番号の
要素と同一の構成、動作を有する。24は陽極１に穿たれ
た小孔である。この動作は第１図の場合と殆ど同じであ
るが、放電によって生じたプラズマ中で分解した炭素原
子は、陽極１に穿たれた小孔24から放出してサブストレ
ート３の上に析出して炭素膜を形成する。サブストレー
ト３を陽極１及び陰極２からなる電極系の外に置くこと
は、放電条件を乱くす恐れがないために有益である。
この発明は、コンデンサーの放電を利用して炭素膜の
形成を行うものである。このため、電源の容量を略一定
に考えた場合、例えば従来法は、プラズマに数KWのエネ
ルギーした注入できないのに対して、本発明では瞬間的
にではあるが、数100MWのエネルギーが注入でき、その
ために炭素膜の生成効率高くなる。したがって本発明で
は電源が比較的小型で済み、経済性良く炭素膜を形成す
ることができる。
形成を行うものである。このため、電源の容量を略一定
に考えた場合、例えば従来法は、プラズマに数KWのエネ
ルギーした注入できないのに対して、本発明では瞬間的
にではあるが、数100MWのエネルギーが注入でき、その
ために炭素膜の生成効率高くなる。したがって本発明で
は電源が比較的小型で済み、経済性良く炭素膜を形成す
ることができる。
また、２枚の平板電極の外側にサブストレートを配置
することにより、放電条件を安定化することができる。
することにより、放電条件を安定化することができる。
ダイヤモンドはその高硬度、絶縁性、高屈折率、熱伝
導性ゆえに、工業材料として非常に価値の高いものであ
る。これまでは粉末性ダイヤモンドの合成は可能であっ
たが、ダイヤモンドのコーティングなどは困難であっ
た。したがって種々の材料の表面に、ダイヤモンド膜が
容易にかつ経済的にコーティングできるようになれば、
その技術の適用分野の広さは計りしれない。本発明はそ
の一翼を担うものである。
導性ゆえに、工業材料として非常に価値の高いものであ
る。これまでは粉末性ダイヤモンドの合成は可能であっ
たが、ダイヤモンドのコーティングなどは困難であっ
た。したがって種々の材料の表面に、ダイヤモンド膜が
容易にかつ経済的にコーティングできるようになれば、
その技術の適用分野の広さは計りしれない。本発明はそ
の一翼を担うものである。
第１図は本発明の一実施例として示した炭素膜形成相装
置の概略構成図、第２図は本発明の別の実施例として示
した炭素膜形成装置の概略構成図、第３図は従来のダイ
ヤモンド膜形成装置の概略構成図である。 １……平板電極（陽極）、２……平板電極（陰極）、３
……サブストレート、５……真空容器、８……スイッ
チ、９……キャリヤーガスと反応ガスの混合ガス、21…
…コンデンサー、22……直流高圧電源、23……抵抗、24
……小孔。
置の概略構成図、第２図は本発明の別の実施例として示
した炭素膜形成装置の概略構成図、第３図は従来のダイ
ヤモンド膜形成装置の概略構成図である。 １……平板電極（陽極）、２……平板電極（陰極）、３
……サブストレート、５……真空容器、８……スイッ
チ、９……キャリヤーガスと反応ガスの混合ガス、21…
…コンデンサー、22……直流高圧電源、23……抵抗、24
……小孔。
Claims (2)
- 【請求項１】キャリヤーガスと反応ガスの混合ガスが混
入される真空容器と、この真空容器内に対向配置された
２枚の平板電極と、これら平板電極に直列接続されたス
イッチおよびコンデンサーの直列回路と、上記コンデン
サーを充電する電源とを具備してなることを特徴とする
炭素膜形成装置。 - 【請求項２】請求項１記載の炭素膜形成装置において、
一方の平板電極に小孔を穿ち、２板の平板電極の外側の
上記小孔の近傍にサブストレートを配置してなることを
特徴とする炭素膜形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63143035A JP2655877B2 (ja) | 1988-06-10 | 1988-06-10 | 炭素膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63143035A JP2655877B2 (ja) | 1988-06-10 | 1988-06-10 | 炭素膜形成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01313311A JPH01313311A (ja) | 1989-12-18 |
| JP2655877B2 true JP2655877B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=15329391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63143035A Expired - Fee Related JP2655877B2 (ja) | 1988-06-10 | 1988-06-10 | 炭素膜形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2655877B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4976677B2 (ja) * | 2005-10-03 | 2012-07-18 | 株式会社ピュアロンジャパン | 成膜装置、成膜方法およびフィールドエミッションランプに用いるワイヤ状陰極 |
-
1988
- 1988-06-10 JP JP63143035A patent/JP2655877B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01313311A (ja) | 1989-12-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |