JPS6318077A - 硬質炭素膜の合成方法及びその装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はダイヤモンド等の硬質炭素膜の合成方法及びそ
の装置に関するものである。

〔従来技術〕

ダイヤモンド粒などの硬質炭素の合成は旧来超高圧高温
下で合成する方法が取られていたが、硬質炭素膜につい
ては近年イオンビーム堆積合成法、熱化学的堆積合成法
、光分解堆積法等が採用されている。

第４図は従来の光分解堆積法の実施状態を示す模式図で
あり、反応器１０の側壁に設けた窓１０ａの外部に、ミ
ラー１１ａ２　　レンズｌｌｂを介在させて紫外光発生
装置１１を配設すると共に反応器１０内に反応ガスを供
給するガス供給装置１２、ガスを排出するガス排出装置
１３を設置し、また反応器１０の内部には温度コントロ
ーラ１４と接続したヒータ１４ａにて加熱される基板Ｓ
を配置し、基板Ｓを適正温度に加熱しつつ反応器１０内
にガス供給装置１２から反応ガスを供給し、同時に紫外
光発生装置１１から紫外光を基板Ｓに入射させて反応ガ
スを分解し、基板Ｓ表面に活性な炭素素子を堆積せしめ
て、硬質炭素膜の合成を行うようになっている（特開昭
６０−１１２６９７号）。

〔発明を解決しようとする問題点〕

ところで上述した如き従来方法では反応ガスに炭化水素
系ガスを用いているため、紫外光の吸収の程度が小さく
て分解効率が低く、多光子吸収過程での光分解を行わざ
るを得す、従って高密度のエネルギが必要となり、硬質
炭素膜の成長速度も遅いという問題があった。また、成
膜過程では炭素原子の一部が紫外光を導く反応器１０の
窓１１ａにも付着堆積し、窓１１ａの頻繁な保守を必要
とするなどの問題もあった。

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであって、その
目的とするところは低いエネルギ密度でしかも高い成長
速度が得られ、反応器の窓への反応生成物の堆積を抑制
して連続した長時間の成膜を行い得る硬質炭素膜の合成
方法及びその装置を捷供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明方法にあっては反応ガスとして四塩化炭素、塩化
メチル等の塩素系炭化物を用い、また本発明装置にあっ
ては、紫外光を反応器内に導入する窓の内側にパージ用
ガスを供給する装置を具備する。

〔作用〕

塩素系炭化物は低エネルギで分解され、炭素原子の堆積
速度が速（、また窓の内側へのパージガスの供給で窓へ
の反応生成物等の堆積を抑制する。

〔実施例〕

本発明方法にあっては反応ガスとして四塩化炭素（ＣＣ
Ｚ、）等の塩素系炭化物を用い、この反応ガスを反応器
内に所要の圧力で導入し、これに紫外光を投射して分解
し、生成された活性な炭素原子を基板上に堆積せしめて
硬質炭素膜を合成する。

塩素系炭化物としては四塩化炭素（ＣＣ１＋４）の外に
、クロロホルム（ＣＨＣｊ’３）、ジクロロメタン（Ｃ
１ｂＣ１２）　、塩化メチル（ＣＨ３Ｃ１’）等を用い
てもよい。

紫外光発生装置としては上記した塩素系炭化物ガスを分
解し得るものであればよく、特に限定するものではない
が従来知られた例えばＡｒＦ、　Ｆ２　。

Ａｒ２　＋　ｋｒ２エキシマレーザ装置、或いはローダ
ミン１１０を用いた色素レーザ装置、或いは高周波のＹ
ＡＧレーザ装置等を適宜採択すればよい。

ちなみにＡｒＦレーザ（波長１９３ｎ＊　）装置を紫外
光発生装置として用いたときの上記各塩素系炭化物の吸
収スペクトルをみると第１図（イ）、（ロ）に示す如く
である。第１図（イ）、（ロ）のグラフはいずれも横軸
に波長（ｎｗ）を、また縦軸に吸収係数をとって示して
あり、このグラフから明らかな如（、ＡｒＦレーザ装置
から発せられる波長１９３ｎｉｉの光に対し、四塩化炭
素は２２．６、また塩化メチル１．５の吸収係数を有し
ていることが解る。

これは炭化水素系ガスの吸収係数が０．５程度であるの
と比較して格段に大きな値となっている。

また反応室内の反応ガス圧力は反応ガスの種類に応じて
適宜選択すればよいがこのガス圧力と炭素原子の堆積速
度とは密接な関係にあり、夫々に応じた適正な圧力に設
定するのが望ましい。

第２図は反応器内における四塩化炭素の圧力と硬質炭素
膜の堆積速度（μｍ／時）との関係を示すグラフであり
、横軸にＣＣＺ４の圧力（Ｔｏｒｒ）を、また縦軸に堆
積速度（μｍ／時）をとって示しである。このグラフか
ら明らかな如く反応ガス圧力の上昇と共に堆積速度も上
昇しており、四塩化炭素ガス圧力が０．３Ｔｏｒｒ以上
、望ましくは０．５Ｔｏｒｒで５〜１０μｍ／時の堆積
速度が得られており、特に０．５Ｔｏｒｒのとき、電気
抵抗が高く、透明度に優れた硬質炭素膜が得られること
が確認された。

このような堆積速度は例えばグロープラズマ法によって
エチレンをＩ　Ｔｏｒｒの圧力で分解したときの堆積速
度は０．１　μｍ／時、また電子線ＣＶＯ法にてメタン
を４０Ｔｏｒｒの圧力で分解したときの堆積速度は１〜
２μｍ／時、更にプラズマ法にてベンゼンをＩ　Ｘ　１
Ｏ−３Ｔｏｒｒの圧力で分解したときの堆積速度は３．
６μｍ／時程度であるのと比較して堆積速度が格段に大
きいことが解る。

なお、ＣＣｌ４のガス圧力をｌ　Ｔｏｒｒ以上とした場
合は膜中にスス状物が析出し易いことも確認された。

次に本発明装置につき図面に基づき具体的に説明する。

第３図は本発明装置の模式図であり、図中１は反応器、
２は紫外線発生装置、３は反応ガスの供給装置、４はパ
ージガスの供給装置を示している。反応器１はその側壁
の一部に、先端に窓１ａを備えた筒体１ｂを延設し、ま
た筒体１ｂと反応器１０本体部分との間には小孔又はス
リットを備えた遮蔽部材１ｃ、　ｌｄが設置されている
。反応器１の外部には窓１ａに面してレンズｌｌｂを介
在させて紫外光発生装置２が設置され、これから発せら
れた紫外光をレンズ１１ｂ、窓１ａ、遮蔽部材１ｃ、　
ｌｄの小孔又はスリットを通して、反応器１内の加熱さ
れた基板Ｓに投射されるようにしである。基板Ｓの背面
には温度コントローラ１４にて調節されるヒータ１４ａ
が配置され、基板Ｓを適正温度に加熱するようにしであ
る。紫外光発生装置２としては前述した如＜　ＡｒＦ等
のエキシマレーザ装置、色素レーザ装置、ＹＡＧレーザ
装置等が用いられる。

反応器１にはこれに反応ガスとしての塩素系炭化物ガス
を供給するガス供給装置３が流量コントローラ３ａを介
して連結され、また別に反応器１からガスを排出する排
気装置１３及び排ガスの処理装置５が連設設置されてい
る。

そして、反応器１における筒体１ｂの窓１ａと遮蔽部材
１ｃ、　Ｉｄとの間にはＡｒ、　Ｎ２等の不活性ガスを
パージガスとして供給する供給装置４が流量コントロー
ラ４ａを介在させて連結されており、筒体１ｂ内を反応
器１の本体部分内の圧力よりも若干高く維持して筒体１
ｂ内に反応ガスの分解生成物が侵入し窓１ａに付着する
のを防止するようになっている。

而してこのような本発明装置にあっては反応器１内にガ
ス供給装置３から塩素系炭化物のガスを流量コントロー
ラ３ａを通じて供給し、基板Ｓを温度コントローラ１４
で制御されるヒータ１４ａにて適正温度に加熱しつつ紫
外光発生装置２で発せられた紫外光をレンズ１１ｂ、窓
１ａを通じて基板Ｓ面に投射せしめる。

紫外光を投射された塩素系炭化物は高効率で光分解され
活性状態の炭素原子が多量に生成され、基板Ｓ表面に硬
質炭素膜が高速で成長せしめられる。

なお、この間筒体１ｂ内には供給装置４からＡｒ等の不
活性ガスがパージガスとして供給され筒体１ｂ内への反
応器１０本体部分からの反応生成物の侵入を阻止し、窓
１ａを常時清浄に維持する。

〔効果〕

以上のどと（本発明方法にあっては塩素系炭化物を反応
ガスとして用いるから、紫外光の吸収による分解が迅速
でそれだけ膜成長速度も大きく、生産効率が大幅に向上
する。また本発明装置にあっては紫外光を反応器内に投
射する窓の内側にはパージガスを供給することとしてい
るから、反応ガスの分解生成物が窓に付着して紫外光の
投射が阻害されるなどのおそれがなく、連続的な作用が
可能となり、大量生産に適するなど本発明は優れた効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法において用いる塩素系炭化物の紫外
光に対する吸収スペクトルを示すグラフ、第２図は塩素
系炭化物からなる反応ガス圧力と硬質炭素膜堆積速度と
の関係を示すグラフ、第３図は本発明方法を実施するた
めの装置の模式図、第４図は従来方法の実施状態を示す
模式図である。 ｌ・・・反応器　１ａ・・・窓　１ｂ・・・筒体　１ｃ
、１ｄ・・・遮蔽部材　２・・・紫外光発生装置　３・
・・反応ガス供給装置　４・・・パージガス供給装置　
５・・・排気処理装置なお、図中、同一符号は同一、又
は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、塩素系炭化物からなる反応ガスに紫外光を照射して
   これを分解し、生成された活性な炭素原子を加熱した基
   板上に堆積せしめることを特徴とする硬質炭素膜の合成
   方法。 ２、前記塩素系炭化物は四塩化炭素、塩化メチル、クロ
   ロホルム又はジクロロメタンである特許請求の範囲第１
   項記載の硬質炭素膜の合成方法。 ３、反応ガスを分解し、基板上に炭素原子を堆積させる
   反応器と、該反応器に反応ガスとして塩素系炭化物のガ
   スを供給するガス供給装置と、反応器内にその窓を通じ
   て紫外光を投射する紫外光発生装置と、前記窓の内側に
   パージガスを供給する装置とを具備することを特徴とす
   る硬質炭素膜の合成装置。 ４、前記ガス供給装置の供給する塩素系炭化物のガスは
   、四塩化炭素、塩化メチル、クロロホルム又はジクロロ
   メタンである特許請求の範囲第３項記載の硬質炭素膜の
   合成装置。５、前記紫外光発生装置はＡｒＦ、Ｆ＿２、
   Ａｒ＿２、Ｋｒ＿２エキシマレーザ装置、ローダミン１
   １０を用いた色素レーザ装置又はＹＡＧレーザ装置であ
   る特許請求の範囲第３項記載の硬質炭素膜の製造装置。