JPS59174507A - 超硬質カ−ボン膜の製法及びその装置 - Google Patents

超硬質カ−ボン膜の製法及びその装置

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JPS59174507A
JPS59174507A JP58046940A JP4694083A JPS59174507A JP S59174507 A JPS59174507 A JP S59174507A JP 58046940 A JP58046940 A JP 58046940A JP 4694083 A JP4694083 A JP 4694083A JP S59174507 A JPS59174507 A JP S59174507A
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JP
Japan
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gas
arc discharge
hydrocarbon gas
film
magnetic field
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JP58046940A
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English (en)
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Yoshitoshi Nanba
義捷 難波
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26Deposition of carbon only

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は超硬質カーボン膜の製法及びそのための装置
に関するものであって、さらに詳しくは炭化水素ガスを
アーク放電によってイオン化して陰極基板上にカーゼン
膜を形成させる場合において、炭化水素ガスを磁界中に
定置さ几た導電性管路内を通過させ更に多数の細孔から
アーク放電域に放出させるととKよってガスのイオン化
率を高めて超硬質のカーゼン膜f製造する方法及びその
製造装置を提供するものである。
従来から硬質カーゼン膜の製法はいろいろ提案さnてい
る。
その主な方法として例えば(イ)ダイヤモンPをターゲ
ットとしてスノぐツタリングする方法、←)ダイヤモン
P粉末にレニザーピームを照射する方法、(ハ)炭素を
イオンビームによりスノξツタリングする方法、に)ブ
タン等の炭化水素ガスをプラズマ化する方法、及び(ホ
)炭化水素ガスのグロー放電分解法(特開昭56−47
+521号)岬がある。
(イ)及び(ロ)の方法は高価なダイヤモンドf原料と
して用いなければならず、また(ハ)及びに)の方法は
、ダイヤモンP結晶構造金もつ膜を安定に形成させ ・
ることはできない問題がある。
また(ホ)の方法は、前記の方法の中で最も好ましい方
法であるが、この方法の実施装置は第1図に示すように
真空容器(1)内にグロー放t′f行うためマイナス側
電極(カソード)(2)及びプラス側電極(アノ−p 
> (3)が間隔をおいて設けらn1アノ−)″(3)
の中央凹部内に炭化水素ガスの導入口(6)とフィラメ
ント(5)が設けらnており、導入口(6)からの炭化
水素ガスをフィラメントの発熱により熱分解すると共に
、熱電子によってこれらをイオン化し更にグロー放電に
よシイオン化を促進させようとするものである。
しかしこのようにアノ−Pの凹部下方から炭化水素ガス
を供給し、フィラメントから放出される熱電子と衝突さ
せる方法では炭化水素ガスが均一に分散さfず熱電子と
の衝突が十分でなく、また放電電位を安定させることは
できず目的とするダイヤモンド状カーゼン膜を基板上に
均一に形成させることは困難であった。
本発明はこれらの欠点を解決することを目的とするも゛
ので、炭化水素ガスをアーク放電によシイオン化させ基
板上にダイヤモンド状カーゼン膜を形成させる方法にお
いて、蜂巣状の炭化水素ガス通路を備えた電極に磁界を
加えながら炭化水素ガスを装置内に供給することにより
炭化水素ガス供給口の出口付近の放電電位を一定に保つ
ことが可能となり放電電流を大きくすることができる他
、アーク放電によるイオン化率を向上させるという利点
を有する超硬質カーゼン膜の製法及びその装置を提供し
ようとするものである、 すなわち本発明の第1の発明は、真空中に炭化水素ガス
を導入し、こtl−eアーク放電によりイオン化させ蒸
着基板上にダイヤモンP状カーゼン膜を形成させる方法
において、先端部が互に独立し給電極に磁界を加えなが
ら炭化水素ガスを真空装置内に供給することを特徴とす
るものであり、第2の発明は直空中に炭化水素ガスを導
入しこれをアーク放電によシイオン化させ蒸着基板上に
超硬質カーゼン膜を形成させる装ftにおいて、先端部
に互に独立した蜂巣状の炭化水素ガス通路を備えた多孔
ガス供給電極とこれを囲むように電磁石を設けたことを
特徴とするものである。
本発明忙おいては、イオン化ガスが独立した複数の細長
い蜂巣状通路電極から供給されるようになっているから
放出量も均−且つ安定であム。更に従来装置のように供
給口が広い場合は、電極周辺部と供給口の中心部とでは
電位が一様でなくなる欠点があシ従って放電が不安定と
なるので放電電流を大きくとn、ない欠点があったので
あるが、本発明では放電が安定でありこの為放電電流を
大きくとするの・で超硬質カーボン膜が生成できる利点
がある。
更に多孔ガス供給電極を囲む電磁コイルから発生する磁
界により電子と熱分解ガスとの衝突回数が増えるためw
熱分解ガスのイオン化率は高くなる利点があるものであ
る。
以下K、本発明を第2図の実施例装置に基いて説明する
図中OQは、真空容器、αηはチャンバーであり排気系
O刊に接続されて1o Torr  a度オで高真空に
引か#n、る、(2)は基板8f固定する基板ホルダー
であって陰極f構成している。
alけグリッドであ秒、陰極とけ別の電圧源VC接続さ
1ている。α4はフィラメントであり、交流電源によっ
て加熱さnそれ自体は零電位に維持されている。09は
金属製、多孔ガス供給電極(峰巣状通路付電極)であっ
て前記フィラメン) 041の直下に位置さn且つξt
lf囲繞する電磁コイルQlの軸中心に位置せしめら1
て設けられている。
本発明において金pA製多孔ガス供給電極は、ガス噴出
方向に独立して平行な細%F6a’)が多数篩の巣状に
穿設されて構成されスと共にその材質はタングステン、
タンタルおよびモリブデン等の耐熱性金属である。
次に、上記装置を用いて本発明方法を実施する場合につ
いて説明すると2先ずチャンバー内を10”’ %rr
tで高真空とし、バルブQηを操作して所定流量のメタ
ンガスを導入しながら排気系(2)を調節して所定のガ
ス圧倒スば10’Torrとする。
一方、電極の先端面(1’5b)とフィラメントの間に
はアーク放電が行なわれており、電極面から放出さnp
メタンガスは熱分解さnると共にフィラメントからの熱
電子と衝突してプラスのイオン粒子と電子とを生ずる。
この電子は別の熱分解粒子姉衝突する。この・ような現
象を繰シ返すことによってメタンガスは熱分解さn分解
物質のプラスイオン粒子となる。
プラスイオン粒子はグリッドα→を通過し陰極の基板S
K加速さj5ながら衝突する。
蒸着基板上にイオン化さAた粒子が付着すると同時に付
着した膜面でスパンタリングを生じ 比較的結合エネル
ギーの小さいC−H結合は膜面からたたき出さnて結合
力の強いC−C結合が残る。
このようにしてカーゼン膜が生成していくものと考えら
れる。
本発明において、多孔ガス供給電極の細管径は0.5〜
5mm好ましくは1〜3IIWIがよく、またその直径
と長さの比は5以上、好ましい範囲は10〜60であり
、比が5以下ではアーク放電の熱によって孔が変形し易
くなる。
なお先端面(15b)の形状は曲面でも平面でもよい。
また電極への印加電圧はフィラメントに対しプラス10
〜60vであり10V未満では安定なアーク放電が生ぜ
ず60V  を超えると放電電流が大きくなり電極の温
度が高(なり過ぎる。
電磁コイル0呻による磁束密度は磁束密度が高い程炭化
水素ガスのイオン化率は高くなる上得られるカーゼン膜
の硬度も高くなるが500 Gauss以上になるとイ
オン−75X集束してしまうために蒸着基板の広い面積
に均一に膜を形成するのが難かしくなる。好ましい範囲
は100〜500 Gaussである。
陰極、従って蒸着基板への印加電圧は高いほど膜の形成
が出来なくなるので好ましくない。好ましい範囲は60
0〜1,0OOVである。
実施例1 基板に直径30割のシリコンウェーハー+用いた。真空
容器内1cArガスを導入し、10  Torrとして
アーク放電を行なわせ基板の表面fボンノN  )l)
した。
次いで、容器内のAr ガスを排気してからメタンガス
を導入しガス圧を10”I’orrとしてアーク放電を
起させた。磁束密度Jd 400 Ga’uss 、基
板電圧−400V1基板温度200℃とした。
この条件で、フィラメント04とガス供給電極0均との
間のアーク電流を0.6 、0.8 、1.0 、1.
2 。
1.4Aとして膜厚うμmのカーボン薄膜を生成させた
。(15A /ja−) 実施例2 基板の温度を300℃にした以外は、実施例1と同一条
件で膜厚3μmの薄膜を生成させた。
硬度測定 上記各実施例妬よって得らnた夫々の嘆について、寺沢
式マイクロ硬度テスター(分銅252、時間約15秒)
により、ビッカース硬度を測定した結果は第3図のよう
であった。
この図から明らかなように膜の硬度は基板の温度が高い
方が硬くなること、アーク電流に極大値があることが知
られる。
実施例5 基板に直径10%のMfO板を用い、基板温度300℃
磁束密度400Gauss  、アーク電流1、OA基
板電圧−400vとして、膜厚300Aのものを作製し
た。
この蒸着基板のMgOを塩酸で溶解除去し、残った膜片
をメツシュにとって、加速電圧200KVで電子線回折
による結晶解析を行った。
なお、面間隔を定めるためにkf膜を標準試料とした。
得らnた各結晶面の面間隔は第1表のようであってダイ
ヤモンドの面間隔と略一致しておへ更K(200)面、
(222)面等の回折が出ていないことなどからこの蒸
着膜はダイヤモンP状カーゼン膜であることがわかる。
なお、放電電流1.OAの蒸着膜についてEs0Aによ
多結合エネルギーを測定するとダイヤモンドの微結晶か
ら構成さnていることが明らかである。
第1表
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のイオン化蒸着装置の断面図、第2図は本
発明に用いた装置の実施例断面図、第3図はアーク放電
電流と生成膜の硬度との関係を示すグラフである。 αQ・・・蜂巣状多孔ガス供給電極、Q時・・・を磁コ
、イル翰・・・細管 7−2放倉脣憂 (A) オ 2 図 手続補正書 昭和58年5月3叶 特許庁長官 若杉 和 夫殿 ■、事件の表示 昭和58年特許願第 46940  号2、発明の名称 超硬質カーボン膜の製法及びその装置 3、補正をする者 事件との関係    特許出願人 住 所   東京都八王子市片倉町911−50氏名 
難波義捷 4、代理人 5、補正命令の日付け     (自効6、補正により
増加する発明の数   ナシ7、補正の対象 明細書中の、発明の詳細な説明、図面の簡単な説明の各
欄、及び図面OIIす。 補正書 1、明細書の第4頁下から3行目に「直空中」とあるの
を、「真空中」と補正する。 2、明細書の第6頁第11〜13行目に[電極は、・・
・構成されると共に」とあるのを1次の通り補正する。 「電極(15)は、その先端部(15a)にガス噴出方
向に向は且つ独立して平行な炭化水素ガス通路(20)
を多数蜂巣状に穿設すると共に先端部(15a)内部に
炭化水素ガス通路(20)をガス管路(16)に連通さ
せる空洞室(15c)を形成して構成され、」3、明細
書の第8頁下から2行目の「導入」とある前に、[ガス
管路(1B)を介して」を挿入する。 4、明細書の第7頁下から4行目に「細管径」とあるの
を、「炭化水素ガス通路(20)の孔径jと補正する。 5、明細書の第8頁第11〜12行目に「生成させた。 (15A /spa ) Jとあるのを、「形成させた
。蒸着速度は15 X/seaであった。」と補正する
。 6、明細書の第8頁第15行目に「生成」とあるのを、
「形成」と補正する。 7、明細書の第10頁第8行目にr’Mg0Jとあるの
を、rMpo」と補正する。 8、明細書の第10頁下から3行目に「の蒸着膜」とあ
るのを、「で形成した蒸着膜jと補正する。 8、明細書の第10頁下から2行目に「測定すると」と
あるのを、「測定した結果からもその膜は」と補正する
。 10、明細書の第11頁最下行目にr(20)、・・・
細管」とあるのを、  r(20)・・・炭化水素ガス
通路Jと補正する。 11、図面中の竿2図を別紙のように補正する。 以  上 才 2gl

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)真空中に炭化水素ガスを導入し、こtLfアーク
    放電によりイオン化させ蒸着基板上に硬質カーfン膜を
    形成させる方法において、先端部が互に独立した蜂巣状
    の炭化水素ガス通路を備えた多孔ガス供給電極に磁界を
    加えながら炭化水素ガスを真空装置内に供給することを
    特徴とする超硬質カーゼン膜の製法。
  2. (2)真空中を炭化水素ガスを導入し、こ゛t1.fア
    ーク放電によりイオン化させ蒸着基板上に超硬質カーボ
    ン膜を形成させる装置において、先端部に互に独立した
    蜂巣状の炭化水素ガス通路を備えた多孔ガス供給電極と
    こnを囲むように電磁石を設けたことf特徴とする超硬
    質カーボン膜の製造装置。
JP58046940A 1983-03-18 1983-03-18 超硬質カ−ボン膜の製法及びその装置 Pending JPS59174507A (ja)

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