JP5746839B2 - 通電加熱線、成膜装置及び通電加熱線の製造方法 - Google Patents
通電加熱線、成膜装置及び通電加熱線の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5746839B2 JP5746839B2 JP2010181706A JP2010181706A JP5746839B2 JP 5746839 B2 JP5746839 B2 JP 5746839B2 JP 2010181706 A JP2010181706 A JP 2010181706A JP 2010181706 A JP2010181706 A JP 2010181706A JP 5746839 B2 JP5746839 B2 JP 5746839B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tantalum
- wire
- heating wire
- heating
- electric heating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 title claims description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 144
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 91
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 55
- 229910003468 tantalcarbide Inorganic materials 0.000 claims description 53
- NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N methylidynetantalum Chemical compound [Ta]#C NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 49
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 46
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 38
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 37
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 14
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 8
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- 238000004050 hot filament vapor deposition Methods 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 5
- 238000004453 electron probe microanalysis Methods 0.000 description 5
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisilazane Chemical compound C[Si](C)(C)N[Si](C)(C)C FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 2
- 229910000078 germane Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- PGFXOWRDDHCDTE-UHFFFAOYSA-N hexafluoropropylene oxide Chemical compound FC(F)(F)C1(F)OC1(F)F PGFXOWRDDHCDTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- VOSJXMPCFODQAR-UHFFFAOYSA-N ac1l3fa4 Chemical compound [SiH3]N([SiH3])[SiH3] VOSJXMPCFODQAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005271 boronizing Methods 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000004452 microanalysis Methods 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
本発明は、触媒化学気相成長装置に用いることが可能な通電加熱線、この通電加熱線を用いた成膜装置及びこの通電加熱線の製造方法に関する。
成膜方法のひとつに触媒化学気相成長法（Ｃａｔ−ＣＶＤ：catalytic-Chemical Vapor Deposition）がある。この方法は、例えば１５００〜２０００℃に加熱した触媒線に反応ガスを供給し、反応ガスの接触反応もしくは熱分解反応を利用して生成した分解種（堆積種）を被成膜基板上に堆積させる成膜法である。
触媒化学気相成長法は、反応ガスの分解種を基板上に堆積させて膜を形成する点でプラズマＣＶＤ法と類似する。しかし、触媒化学気相成長法は、高温の触媒線上において反応ガスの分解種を生成するので、プラズマを形成して反応ガスの分解種を生成するプラズマＣＶＤ法に比べて、プラズマによる表面損失がなく、原料ガスの利用効率も高いという利点がある。
この触媒化学気相成長法に使用される触媒線の材料としてタンタルが広く用いられている。しかし、金属タンタル自体は、高温でのクリープ強度が低いため、金属タンタルがそのまま触媒線として用いられると、加熱時に熱伸びや、溶断が生じる。したがって、タンタルを触媒線に使用する場合には、タンタルをボロン化処理したり、炭化処理することでタンタルを高融点化、及び硬化する方法が用いられる。
例えば、特許文献１には、真空槽内にメタンと水素の混合ガスを導入し、タンタルフィラメント（触媒線）を通電加熱して２０００℃以上で十数時間以上保持することで、両端に鞘状のカーボンを有する炭化タンタルフィラメントを製造する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載のように、炭素雰囲気化で高温、長時間の通電加熱を実施した場合、タンタルフィラメントを構成するタンタルの全てが炭化タンタルとなる。炭化タンタルはタンタルに比べて電気抵抗が非常に大きいため、炭化タンタルフィラメントを通電加熱する場合にはタンタルに比べて大きな電圧を印加する必要がある。このため、大面積の基板に成膜する場合等、炭化タンタルフィラメントの長さが長い場合には利用することが困難である。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、耐久性が高く、かつ電気抵抗の小さい通電加熱線、この通電加熱線を用いる成膜装置及びこの通電加熱線の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る通電加熱線は、芯部と、周縁部とを具備する。
上記芯部は線状であり、タンタルからなる。
上記周縁部は、炭化タンタルからなり、上記芯部を被覆する。
上記芯部は線状であり、タンタルからなる。
上記周縁部は、炭化タンタルからなり、上記芯部を被覆する。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る通電加熱線の製造方法は、チャンバにタンタルからなるタンタル線を設置する。
炭素源は、上記チャンバに導入される。
上記タンタル線の周縁のタンタルは、上記タンタル線が通電加熱されることにより炭化される。
炭素源は、上記チャンバに導入される。
上記タンタル線の周縁のタンタルは、上記タンタル線が通電加熱されることにより炭化される。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜装置は、通電加熱線と、チャンバと、支持体と、ガス導入系とを具備する。
上記通電加熱線は、タンタルからなる線状の芯部と、炭化タンタルからなり上記芯部を被覆する周縁部とを有する。
上記チャンバは、上記通電加熱線が設置される。
上記支持体は、成膜対象物を上記通電加熱線と対向するように支持する。
上記ガス導入系は、上記チャンバ内に、成膜用ガスを導入する。
上記通電加熱線は、タンタルからなる線状の芯部と、炭化タンタルからなり上記芯部を被覆する周縁部とを有する。
上記チャンバは、上記通電加熱線が設置される。
上記支持体は、成膜対象物を上記通電加熱線と対向するように支持する。
上記ガス導入系は、上記チャンバ内に、成膜用ガスを導入する。
本発明の一実施形態に係る通電加熱線は、芯部と、周縁部とを具備する。
上記芯部は線状であり、タンタルからなる。
上記周縁部は、炭化タンタルからなり、上記芯部を被覆する。
上記芯部は線状であり、タンタルからなる。
上記周縁部は、炭化タンタルからなり、上記芯部を被覆する。
タンタルは高温でのクリープ強度が小さいため、金属タンタルのみからなる通電加熱線は成膜時に熱伸びや溶断が生じるおそれがある。これに対し本実施形態に係る通電加熱線は金属タンタルからなる芯部を、高温でのクリープ強度が大きく、機械的強度も高い炭化タンタルからなる周縁部により被覆しているため、通電加熱線の熱的及び機械的耐久性を高いものとすることができる。一方で炭化タンタルは金属タンタルに比べて導電性が小さく（電気抵抗が大きく）、炭化タンタルのみからなる通電加熱線は加熱に大きな電力が必要となる。これに対し本実施形態に係る通電加熱線は、断面構造の大部分が金属タンタルからなる芯部であるため、導電性が高く（電気抵抗が小さく）、金属タンタルのみからなる通電加熱線と同程度の印加電圧により加熱することが可能である。
上記周縁部は、５０μｍ以下の厚さを有するものであってもよい。
周縁部の厚さが５０μｍより大きくなると、周縁部内に炭素の組成比が異なる炭化タンタルの層構造が形成され、層剥離が生じ易くなる場合がある。また、周縁部の厚さが芯部の直径に対して大き過ぎると通電加熱線の電気抵抗が大きくなる。したがって、周縁部の厚さを５０μｍ以下とすることにより、通電加熱線の耐久性を確保し、かつ電気抵抗を小さくすることが可能となる。
本発明の一実施形態に係る通電加熱線の製造方法は、チャンバにタンタルからなるタンタル線を設置する。
炭素源は、上記チャンバに導入される。
上記タンタル線の周縁のタンタルは、上記タンタル線が通電加熱されることにより炭化される。
炭素源は、上記チャンバに導入される。
上記タンタル線の周縁のタンタルは、上記タンタル線が通電加熱されることにより炭化される。
炭化タンタルは金属タンタルに比べて電気抵抗が大きいため、炭化タンタルのみからなる通電加熱線を製造する場合には炭化に進行に伴なって大きな電力が必要となる。これに対し、本実施形態では、タンタル線に含まれる金属タンタルの全てを炭化するのではなく、その周縁のみを炭化するものであり、通電加熱の完了までに電気抵抗は大きく変化しない。したがって、本実施形態では通電加熱により通電加熱線を作製することが可能であり、ヒータ等の外部加熱手段を要しない。
上記タンタル線を通電加熱する工程は、上記タンタル線の温度が１８００℃以上となる電圧を上記タンタル線に印加するものであってもよい。
加熱温度を１８００℃以上とすることにより、長時間を要せずに通電加熱線を作成することが可能となる。炭化の進行の程度、即ち周縁部の厚さは通電加熱の温度、時間及び炭素雰囲気の圧力等に依存する。本実施形態では、タンタル線に含まれるタンタルの全てを炭化するのではないため、比較的低い加熱温度で所望の通電加熱線を作成することが可能である。
本発明の一実施形態に係る成膜装置は、通電加熱線と、チャンバと、支持体と、ガス導入系とを具備する。
上記通電加熱線は、タンタルからなる線状の芯部と、炭化タンタルからなり上記芯部を被覆する周縁部とを有する。
上記チャンバは、上記通電加熱線が設置される。
上記支持体は、成膜対象物を上記通電加熱線と対向するように支持する。
上記ガス導入系は、上記チャンバ内に、成膜用ガスを導入する。
上記通電加熱線は、タンタルからなる線状の芯部と、炭化タンタルからなり上記芯部を被覆する周縁部とを有する。
上記チャンバは、上記通電加熱線が設置される。
上記支持体は、成膜対象物を上記通電加熱線と対向するように支持する。
上記ガス導入系は、上記チャンバ内に、成膜用ガスを導入する。
上述のように、本実施形態に係る通電加熱線は、熱的及び機械的耐久性が高い。これにより、成膜中の通電加熱線の熱延びや溶断の発生が防止され、成膜後に頻繁に通電加熱線を交換する必要もないため、この成膜装置を用いることにより成膜の生産性を向上させることが可能である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
[成膜装置の構成]
図１は本発明の実施形態に係る成膜装置１の概略構成図である。成膜装置１は反応室２が内部に形成された真空チャンバ３を備えている。真空チャンバ３には真空ポンプ４が接続されており、反応室を所定の真空度に真空排気可能とされている。反応室２は、真空チャンバ３の内部に設置された防着板５の内方に形成されている。
図１は本発明の実施形態に係る成膜装置１の概略構成図である。成膜装置１は反応室２が内部に形成された真空チャンバ３を備えている。真空チャンバ３には真空ポンプ４が接続されており、反応室を所定の真空度に真空排気可能とされている。反応室２は、真空チャンバ３の内部に設置された防着板５の内方に形成されている。
防着板５で区画された反応室２の内部には、複数本の「通電加熱線」６が設置されている。通電加熱線６の詳細については後述する。本実施形態では、複数本の通電加熱線６が反応室２の内部を上下方向に横切るように平行に設置されている。なお、通電加熱線６の設置形態は上述の縦方向だけに限らず、反応室２を横方向に横切る形態で設置されていても構わない。
各々の通電加熱線６は、防着板５の天面および底面に形成された通し穴５ａ，５ｂを貫通して設置され、両端部が真空チャンバ３の外部に設置されている制御部８に接続されている。制御部８は、通電加熱線６の通電加熱を連続通電により行うもので、電流供給源と供給電流を調整するコンピュータ等によって構成されている。
反応室２の内部には、成膜対象物としての基板Ｓが設置されている。基板Ｓは、例えば矩形状のガラス基板が用いられている。本実施形態においては、図２に示すように、２枚
の基板Ｓが通電加熱線６を挟むように互いに対向配置されている。ここでは、基板Ｓの長辺方向が通電加熱線６の延在方向と直交するように、基板Ｓが反応室２の内部に設置されている。なお、基板Ｓは、図示しない基板支持手段によって支持されている。この基板支持手段は、基板Ｓを所定温度に加熱する加熱源を内蔵した構成を有している。
の基板Ｓが通電加熱線６を挟むように互いに対向配置されている。ここでは、基板Ｓの長辺方向が通電加熱線６の延在方向と直交するように、基板Ｓが反応室２の内部に設置されている。なお、基板Ｓは、図示しない基板支持手段によって支持されている。この基板支持手段は、基板Ｓを所定温度に加熱する加熱源を内蔵した構成を有している。
防着板５はほぼ直方形状を有しており、その４辺部にそれぞれガス導入配管７が設置さ
れている。ガス導入配管７は、反応室２へ「炭素源ガス」及び「原料ガス」を導入するためのものある。炭素源ガスは、後述する、タンタル線の表面を炭化させて通電加熱線６を形成する際に供給されるガスであり、メタン、アセチレン、エチレン、プロパン等のいずれかとすることができる。原料ガスは、通電加熱線６を用いて基板Ｓに成膜する際に供給されるガスであり、膜の種類に応じて決定される。
れている。ガス導入配管７は、反応室２へ「炭素源ガス」及び「原料ガス」を導入するためのものある。炭素源ガスは、後述する、タンタル線の表面を炭化させて通電加熱線６を形成する際に供給されるガスであり、メタン、アセチレン、エチレン、プロパン等のいずれかとすることができる。原料ガスは、通電加熱線６を用いて基板Ｓに成膜する際に供給されるガスであり、膜の種類に応じて決定される。
ガス導入配管７は、真空チャンバ３の外部に設置された原料ガス供給部９ａ及び炭素源ガス供給部９ｂにガス供給ラインを介して接続されている。ガス導入配管７は、炭素源ガス又は原料ガスが主として２枚の基板Ｓの間に噴出するように形成されている。成膜装置１は以上のように構成される。
[通電加熱線の構成]
次に通電加熱線６の構成について説明する。図３は通電加熱線６の断面構造を模式的に示す断面図である。図４は通電加熱線６の断面の光学顕微鏡像である。なお、図４は、通電加熱線６のサンプルを２つ並べて撮像されたものである。これらの図に示すように通電加熱線６は、芯部６ａと周縁部６ｂを有する。芯部６ａは通電加熱線６の中心部分であり、周縁部６ｂは芯部６ａを覆う通電加熱線の外周部部分である。芯部６ａは金属タンタル（Ｔａ）からなり、周縁部６ｂは炭化タンタル（ＴａＣｘ）からなる。
次に通電加熱線６の構成について説明する。図３は通電加熱線６の断面構造を模式的に示す断面図である。図４は通電加熱線６の断面の光学顕微鏡像である。なお、図４は、通電加熱線６のサンプルを２つ並べて撮像されたものである。これらの図に示すように通電加熱線６は、芯部６ａと周縁部６ｂを有する。芯部６ａは通電加熱線６の中心部分であり、周縁部６ｂは芯部６ａを覆う通電加熱線の外周部部分である。芯部６ａは金属タンタル（Ｔａ）からなり、周縁部６ｂは炭化タンタル（ＴａＣｘ）からなる。
図５は、通電加熱線６のＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analysis：電子線マイクロ分析）の測定結果である。図５（ａ）は炭素、図５（ｂ）はアルミニウム、図５（ｃ）は酸素、図５（ｄ）はタンタルについてのそれぞれの測定結果である。これらの測定結果に示すように、芯部６ａは金属タンタルからなり、周縁部６ｂは炭化タンタルからなっていることが確認される。
図６は、通電加熱線６のＸＲＤ（X‐ray diffraction：Ｘ線回折）測定の結果である。この図は複数本の通電加熱線６を並べて、種々の角度からＸ線を照射して測定されたものであり、各照射角度について「照射角度１」、「照射角度２」及び「照射角度３」として示す。「Ｔａ」は参照用の金属タンタルの測定結果である。同図に示すように、通電加熱線６の測定結果において炭化タンタルに同定されるピークが存在し、炭化タンタルが形成されていることが確認される。
周縁部６ｂを構成する炭化タンタルの組成は、「Ｔａ：Ｃ＝１：１」のＴａＣ、もしくは「Ｔａ：Ｃ＝２：１」のＴａＣ２とすることができ、炭素の組成比（ＴａＣｘのｘ）が高くないほうが好適である。炭素の組成比が高いと墨化し、層剥離が生じ易くなるためである。
芯部６ａの直径は数ｍｍ程度であり、周縁部６ｂの厚さは数十μｍ程度とすることができる。即ち、通電加熱線６の断面構造は大部分が金属タンタルであり、炭化タンタルが占める割合は小さい。このため、通電加熱線６の電気抵抗は、金属タンタルからなる線と同程度である。周縁部６ｂの厚さは数十μｍ程度としたが、具体的には５０μｍ以下が好適である。周縁部６ｂの厚さが５０μｍより大きくなると、周縁部６ｂ内に炭素の組成比が異なる炭化タンタルの層構造が形成され、層剥離が生じ易くなるためである。
図７に、周縁部６ｂの厚さを８０μｍとした通電加熱線６の断面の光学顕微鏡像を示す。図７に示す通電加熱線は、後述する製造方法において加熱温度１９００℃、加熱時間５ｈの条件で作製されたのものである。この通電加熱線では約８０μｍの厚さで周縁部６ｂが形成されている。図８に、この通電加熱線のＥＰＭＡ分析の結果を示す。図８（ａ）は炭素、図８（ｂ）はタンタルについてのそれぞれの測定結果である。図７及び図８に層Ｌ１及び層Ｌ２として示すように、周縁部６ｂにおいて、炭素の組成比が異なる炭化タンタルの層構造が形成されていることが確認される。このように、周縁部６ｂの厚さを少なくとも８０μｍとすると、周縁部６ｂ内に層構造が形成され、層剥離の原因となる。
以上のように通電加熱線６は金属タンタルからなる芯部６ａと炭化タンタルからなる周縁部６ｂを有する。金属タンタルは高温でのクリープ強度が小さいため、金属タンタルのみからなる通電加熱線は成膜時に熱伸びや溶断が生じるおそれがある。これに対し本実施形態に係る通電加熱線６は金属タンタルからなる芯部６ａを、高温でのクリープ強度が大きく、機械的強度も高い炭化タンタルからなる周縁部６ｂにより被覆しているため、通電加熱線６の熱的及び機械的耐久性を高いものとすることができる。具体的には、金属タンタルのみからなる通電加熱線は、成膜の度に交換が必要となる場合が多いが、本実施形態に係る通電加熱線６は交換を要することなく複数回の成膜に利用することが可能である。
一方で炭化タンタルは金属タンタルに比べて導電性が小さく（電気抵抗が大きく）、炭化タンタルのみからなる通電加熱線は加熱に大きな電力が必要となる。これに対し本実施形態に係る通電加熱線６は、断面構造の大部分が金属タンタルからなる芯部６ａであるため、導電性が高く（電気抵抗が小さく）、金属タンタルのみからなる通電加熱線と同程度の印加電圧により加熱することが可能である。
[通電加熱線の製造方法]
真空チャンバ３の内部に、通電加熱線６の素となる「タンタル線」を１本又は複数本設置する。タンタル線は、金属タンタルからなる線であり、その直径は数ｍｍとすることができる。真空ポンプ４を作動させて真空チャンバ３の内部を真空排気し、反応室２を減圧する。次に、炭素源ガス供給部９ｂから反応室２へ炭素源ガスを所定の圧力になるまで導入し、制御部８により各タンタル線に電圧を印加する。各タンタル線は、この電圧により生じる抵抗加熱により昇温される。タンタル線に印加する電圧は、所望する加熱温度に応じて調整され、例えば２００Ｖとすることができる。タンタル線の表面における炭素源ガスの接触によりタンタル線の表面に反応生成物である炭化タンタルからなる周縁部６ｂが形成される。即ち、タンタルからなる線状の芯部６ａと、炭化タンタルからなり芯部６ａを覆う周縁部６ｂとを有する通電加熱線６が作製される。
真空チャンバ３の内部に、通電加熱線６の素となる「タンタル線」を１本又は複数本設置する。タンタル線は、金属タンタルからなる線であり、その直径は数ｍｍとすることができる。真空ポンプ４を作動させて真空チャンバ３の内部を真空排気し、反応室２を減圧する。次に、炭素源ガス供給部９ｂから反応室２へ炭素源ガスを所定の圧力になるまで導入し、制御部８により各タンタル線に電圧を印加する。各タンタル線は、この電圧により生じる抵抗加熱により昇温される。タンタル線に印加する電圧は、所望する加熱温度に応じて調整され、例えば２００Ｖとすることができる。タンタル線の表面における炭素源ガスの接触によりタンタル線の表面に反応生成物である炭化タンタルからなる周縁部６ｂが形成される。即ち、タンタルからなる線状の芯部６ａと、炭化タンタルからなり芯部６ａを覆う周縁部６ｂとを有する通電加熱線６が作製される。
なお、本実施形態では上述のように金属タンタルからなる芯部と炭化タンタルからなる周縁部を有する通電加熱線を作成するがために、通電加熱によりタンタル線を加熱することが可能となる。タンタル線を加熱して炭化タンタルのみからなる通電加熱線を製造する場合には、通電加熱線の電気抵抗がタンタルの炭化に伴なって増大する。このため、比較的規模の大きい（タンタル線が長い）生産設備においては莫大な電力が必要となり、通電加熱は非効率的であるため、例えばヒーター等による外部加熱が考えられる。
通電加熱によるタンタル線の加熱温度について説明する。図９は、タンタル線を種々の温度に加熱して作製した通電加熱線の断面の光学顕微鏡像である。それぞれの加熱温度は図９（ａ）は１９００℃、図９（ｂ）は２０００℃、図９（ｃ）は２１００℃、図９（ｄ）は２２００℃である。各加熱温度とも、加熱時間は３０分間であり、炭素雰囲気はメタン（１．０Ｐａ）である。図９（ａ）に示すように、加熱時間が３０分間の場合、１９００℃ではタンタル線に変化は認められない。一方、図９（ｂ）、図９（ｃ）及び図９（ｄ）に示すように、加熱温度をより高温にすると、タンタル線の表面に炭化タンタルが形成され、タンタルからなる芯部６ａと炭化タンタルからなる周縁部６ｂを有する通電加熱線６が作成される。以上より、他の条件が同等の場合、加熱温度が高ければ、炭化タンタルの形成が進行することがわかる。なお、ここでは、加熱温度を３０分間としたため、加熱温度１９００℃では炭化タンタルが形成されなかったが、より長時間加熱すると、加熱温度１９００℃であっても炭化タンタルが形成されることが確認されている（後述）。より低い加熱温度の場合は、加熱時間がさらに長時間となるため、加熱温度は１８００℃以上が好適である。
次に、通電加熱時間について説明する。図１０は、タンタル線を１９００℃で種々の加熱時間加熱して作製した通電加熱線の断面の光学顕微鏡像である。それぞれの加熱時間は図１０（ａ）は１時間、図１０（ｂ）は２時間、図１０（ｃ）は３時間、図１０（ｄ）は５時間である。各加熱時間とも、炭素雰囲気はメタン（１．０Ｐａ）である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、加熱時間が２時間程度まではタンタル線に変化が認められない。一方、図１０（ｃ）に示すように、加熱時間が３時間となると、炭化タンタルからなる周縁部が形成されていることが確認される。さらに図１０（ｄ）に示すように、加熱時間がより長くなると、タンタルの炭化が進行していることが確認できる。以上のように、他の条件が同等の場合、加熱時間が長ければ、炭化タンタルの形成が進行することがわかる。
次に、通電加熱時の炭素雰囲気の圧力について説明する。図１１は、タンタル線を加熱温度１９００℃、加熱時間２時間で異なる炭素雰囲気圧力下において通電加熱して作製した通電加熱線の断面の光学顕微鏡像である。それぞれの炭素雰囲気の圧力は、図１１（ａ）は１．０Ｐａ、図１１（ｂ）は３．５Ｐａである。ともに炭素雰囲気はメタンである。図１１（ａ）に示すように、炭素雰囲気の圧力が小さい場合、１９００℃、２時間の加熱条件では炭化タンタルの形成が認められない。一方、図１１（ｂ）に示すように、炭素雰囲気の圧力が大きい場合、同条件の通電加熱であっても炭化タンタルが形成されることが確認できる。
以上のように、他の条件が同等の場合、炭素雰囲気の圧力が大きければ、炭化タンタルの形成が進行することがわかる。なお、炭素雰囲気の圧力が高すぎると、通電加熱線に印加される電圧によって炭素雰囲気がプラズマ化し、膜質低下の原因となるアーク放電が発生するおそれがある。このため、炭素雰囲気のガス種、印加電圧にもよるが数Ｐａから数百Ｐａの間が好適である。
以上のように、他の条件が同等の場合、炭素雰囲気の圧力が大きければ、炭化タンタルの形成が進行することがわかる。なお、炭素雰囲気の圧力が高すぎると、通電加熱線に印加される電圧によって炭素雰囲気がプラズマ化し、膜質低下の原因となるアーク放電が発生するおそれがある。このため、炭素雰囲気のガス種、印加電圧にもよるが数Ｐａから数百Ｐａの間が好適である。
以上のように、通電加熱線における炭化タンタルの形成の程度は通電加熱の加熱温度、加熱時間及び炭素雰囲気の圧力等によって異なる。したがって、これらの条件を適切に調節することによって、芯部６ａがタンタルからなり、周縁部６ｂが炭化タンタルからなる通電加熱線６を作成することが可能である。特に、上述のように周縁部６ｂの厚さが厚い（５０μより大きい）と周縁部６ｂ内に層構造が生じ、層剥離が発生し易くなるため、周縁部６ｂの厚さが５０μｍ以下となるような加熱条件が好適である。
[成膜装置を用いる成膜工程]
通電加熱線６が設けられた成膜装置１による成膜工程について説明する。
真空ポンプ４を作動させて真空チャンバ３の内部を真空排気し、反応室２を減圧する。原料ガス供給部９ａから反応室２へ原料ガスを所定の圧力になるまで導入し、制御部８により各通電加熱線６に電圧を印加する。各通電加熱線６は、この電圧により生じる抵抗加熱により昇温される。通電加熱線６に印加する電圧は、所望する加熱温度に応じて調整される。
通電加熱線６が設けられた成膜装置１による成膜工程について説明する。
真空ポンプ４を作動させて真空チャンバ３の内部を真空排気し、反応室２を減圧する。原料ガス供給部９ａから反応室２へ原料ガスを所定の圧力になるまで導入し、制御部８により各通電加熱線６に電圧を印加する。各通電加熱線６は、この電圧により生じる抵抗加熱により昇温される。通電加熱線６に印加する電圧は、所望する加熱温度に応じて調整される。
本実施形態では、原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）と水素（Ｈ２）の混合ガスを用いて、基板Ｓの表面にシリコン（Ｓｉ）膜を成膜する。なお、基板Ｓの表面に形成する膜は、シラン、水素、アンモニア（ＮＨ3）を用いて成膜した窒化シリコン膜（ＳｉＮ）、トリシリルアミン（（ＳｉＨ3）3Ｎ）、アンモニア、水素を用いて成膜した窒化シリコン膜、ヘキサメチルジシラザン（（ＣＨ3）3ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ3）3、略してＨＭＤＳ）を用いて成膜した窒化シリコン膜、シラン、水素と酸素（Ｏ2）又は一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）を用いて成膜した酸化シリコン膜（ＳｉＯ）、シランと正珪酸四エチル（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4、略してＴＥＯＳ）を用いて成膜した酸化シリコン膜、シラン、水素とホスフィン（ＰＨ3）又はジボランを用いて成膜したリンドープシリコン膜（ｎ＋Ｓｉ膜）やボロンドープシリコン（ｐ＋Ｓｉ膜）、シラン、水素とアセチレン又はメタンを用いて成膜した炭化シリコン膜、シラン、水素、ゲルマンを用いて成膜したシリコンゲルマン膜、シラン、ヘキサフルオロプロピレンオキサイド（略してＨＦＰＯ）を用いて成膜したポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））膜等であってもよい。なお、水素ガスを使用した水素処理を行った場合には、シリコン膜の膜中欠陥の終端や自然酸化膜除去という目的を達成できる。また、アンモニアガスを使用した窒化処理を行った場合には、シリコンの窒化を図ることができる。
具体的には、制御部８により通電加熱線６に直流電圧を印加し、通電加熱線６を例えば１７００℃以上の高温に加熱する。また、このとき基板Ｓを所定温度（例えば３００℃程度）に加熱する。原料ガスは、ガス導入配管７から、互いに対向配置された２枚の基板Ｓの間に導入される。そして、高温に加熱された通電加熱線６に接触し、触媒反応もしくは熱分解反応により生成された反応ガスの分解種が基板Ｓ上に堆積して成膜される。
上述のように、通電加熱線６は、金属タンタルからなる芯部６ａと、炭化タンタルからなり芯部６ａを被覆する周縁部６ｂを有しており、熱的及び機械的耐久性が高い。これにより、成膜中の通電加熱線６の熱延びや溶断の発生が防止され、成膜後に頻繁に通電加熱線を交換する必要もないため、成膜の生産性を向上させることが可能である。
本発明はこの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更され得る。
タンタル線の通電加熱による通電加熱線の作成には成膜装置を用いるものとしたがこれに限られない。通電加熱線の作成に専用の装置を用いてこれを作製し、成膜装置に設置するものとすることも可能である。
１…成膜装置
３…チャンバ
６…通電加熱線
６ａ…芯部
６ｂ…周縁部
７…ガス導入配管
９ａ…原料ガス供給部
９ｂ…炭素源ガス供給部
３…チャンバ
６…通電加熱線
６ａ…芯部
６ｂ…周縁部
７…ガス導入配管
９ａ…原料ガス供給部
９ｂ…炭素源ガス供給部
Claims (4)
- タンタルからなる線状の芯部と、
炭化タンタルからなり、５０μｍ以下の厚さを有し、前記芯部を被覆する周縁部であって、厚さ方向において、炭化タンタルの炭素の組成比が異なる層構造を有しない周縁部と
を具備する通電加熱線。 - チャンバにタンタルからなるタンタル線を設置し、
前記チャンバに炭素源を導入し、
前記タンタル線を通電加熱することで、前記タンタル線の周縁のタンタルを炭化させ、５０μｍ以下の厚さを有し、厚さ方向において、炭化タンタルの炭素の組成比が異なる層構造を有しない周縁部を形成する
通電加熱線の製造方法。 - 請求項２に記載の通電加熱線の製造方法であって、
前記タンタル線を通電加熱する工程は、前記タンタル線の温度が１８００℃以上となる電圧を前記タンタル線に印加する
通電加熱線の製造方法。 - タンタルからなる線状の芯部と、炭化タンタルからなり、５０μｍ以下の厚さを有し、前記芯部を覆う周縁部であって、厚さ方向において、炭化タンタルの炭素の組成比が異なる層構造を有しない周縁部とを有する通電加熱線と、
前記通電加熱線が設置されたチャンバと、
成膜対象物を前記通電加熱線と対向するように支持する支持体と、
前記チャンバ内に、成膜用ガスを導入するためのガス導入系と
を具備する成膜装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010181706A JP5746839B2 (ja) | 2010-08-16 | 2010-08-16 | 通電加熱線、成膜装置及び通電加熱線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010181706A JP5746839B2 (ja) | 2010-08-16 | 2010-08-16 | 通電加熱線、成膜装置及び通電加熱線の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012041576A JP2012041576A (ja) | 2012-03-01 |
| JP5746839B2 true JP5746839B2 (ja) | 2015-07-08 |
Family
ID=45898216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010181706A Active JP5746839B2 (ja) | 2010-08-16 | 2010-08-16 | 通電加熱線、成膜装置及び通電加熱線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5746839B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6043346B2 (ja) * | 2012-05-09 | 2016-12-14 | 麒麟麦酒株式会社 | 複合発熱体並びにそれを用いた薄膜を備える成形体の製造方法及び発熱体ｃｖｄ装置 |
| JP6575020B2 (ja) * | 2015-02-17 | 2019-09-18 | キリンホールディングス株式会社 | 成膜装置及びその制御方法 |
| US20180027613A1 (en) * | 2015-02-18 | 2018-01-25 | Kirin Company, Limited | Heat generation element and method for producing same |
| JP2020164932A (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 株式会社アルバック | 通電加熱線、通電加熱線の製造方法および真空処理装置 |
| JP7440346B2 (ja) * | 2020-06-01 | 2024-02-28 | 株式会社アルバック | 通電加熱線の製造方法および製造装置 |
| JP7440347B2 (ja) * | 2020-06-01 | 2024-02-28 | 株式会社アルバック | 通電加熱線の製造方法および製造装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2637177B2 (ja) * | 1988-07-27 | 1997-08-06 | 昭和電工株式会社 | 気相法ダイヤモンドの合成法 |
| JPH04175295A (ja) * | 1990-11-07 | 1992-06-23 | Canon Inc | 半導体ダイヤモンドの製造方法 |
| JPH0761896A (ja) * | 1993-08-23 | 1995-03-07 | Showa Denko Kk | 気相法ダイヤモンドの合成法及び合成装置 |
| JP3498363B2 (ja) * | 1994-06-13 | 2004-02-16 | 住友電気工業株式会社 | ダイヤモンドの合成方法 |
| WO2008143024A1 (ja) * | 2007-05-23 | 2008-11-27 | Canon Anelva Corporation | 薄膜成膜装置 |
-
2010
- 2010-08-16 JP JP2010181706A patent/JP5746839B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2012041576A (ja) | 2012-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5746839B2 (ja) | 通電加熱線、成膜装置及び通電加熱線の製造方法 | |
| US10000850B2 (en) | Deposition method and method of manufacturing a catalyst wire for a catalytic chemical vapor deposition apparatus | |
| JP6731397B2 (ja) | 発熱体及びその製造方法 | |
| JP4856010B2 (ja) | 触媒化学気相成長装置 | |
| JP2005272284A (ja) | カーボンナノチューブの作製方法、及びカーボンナノチューブの作製用基板 | |
| TW200912017A (en) | Conductive and protective film and method for producing the same | |
| Liu et al. | Direct Growth of Graphene over Insulators by Gaseous‐Promotor‐Assisted CVD: Progress and Prospects | |
| JP4963584B2 (ja) | プラズマｃｖｄ装置及びプラズマｃｖｄ方法 | |
| JP2006306704A (ja) | 炭素膜の製造方法および炭素膜 | |
| CN111748793B (zh) | 电热丝、电热丝的制造方法以及真空处理装置 | |
| JP7440347B2 (ja) | 通電加熱線の製造方法および製造装置 | |
| JP5635447B2 (ja) | 通電加熱線の処理方法 | |
| JP5704757B2 (ja) | 通電加熱線、通電加熱線の製造方法および真空処理装置 | |
| JP4890313B2 (ja) | プラズマｃｖｄ装置 | |
| JP4699968B2 (ja) | プラズマｃｖｄ装置 | |
| KR102518584B1 (ko) | 연료 전지용 분리판의 코팅 방법 및 이에 의해 제조된 연료 전지용 분리판 | |
| US20090263593A1 (en) | Method for manufacturing carbon film | |
| JP7440346B2 (ja) | 通電加熱線の製造方法および製造装置 | |
| JP6652770B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池用セパレータの製造方法 | |
| JP6928448B2 (ja) | 導電性炭素膜の形成方法、導電性炭素膜被覆部材の製造方法および燃料電池用セパレータの製造方法 | |
| TWI463030B (zh) | 觸媒化學氣相沈積裝置 | |
| US20240175136A1 (en) | Manufacturing method for graphene film | |
| JP4505366B2 (ja) | アモルファス炭素膜の成膜方法 | |
| CA3235547A1 (en) | Process for direct deposition of graphene or graphene oxide onto a substrate of interest | |
| JP2024036357A (ja) | ダイヤモンド膜堆積基板、およびダイヤモンド膜堆積基板の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130613 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140218 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140225 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140424 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20141202 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150225 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20150306 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150421 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150511 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5746839 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |