KR970000381B1 - A process for coating silica glass with diamond thin layer - Google Patents
A process for coating silica glass with diamond thin layer Download PDFInfo
- Publication number
- KR970000381B1 KR970000381B1 KR1019940019918A KR19940019918A KR970000381B1 KR 970000381 B1 KR970000381 B1 KR 970000381B1 KR 1019940019918 A KR1019940019918 A KR 1019940019918A KR 19940019918 A KR19940019918 A KR 19940019918A KR 970000381 B1 KR970000381 B1 KR 970000381B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- silica glass
- diamond
- thin film
- diamond thin
- coating
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/22—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C19/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by mechanical means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
- C03C2217/28—Other inorganic materials
- C03C2217/282—Carbides, silicides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2218/00—Methods for coating glass
- C03C2218/10—Deposition methods
- C03C2218/15—Deposition methods from the vapour phase
- C03C2218/152—Deposition methods from the vapour phase by cvd
- C03C2218/153—Deposition methods from the vapour phase by cvd by plasma-enhanced cvd
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2218/00—Methods for coating glass
- C03C2218/30—Aspects of methods for coating glass not covered above
- C03C2218/31—Pre-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2218/00—Methods for coating glass
- C03C2218/30—Aspects of methods for coating glass not covered above
- C03C2218/32—After-treatment
Abstract
Description
본 발명은 실리카 유리에 다이아몬드 박막을 코팅하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 IC 제조공정이나 각종 광학용 제품에 사용되고 있는 실리카 유리의 응용 범위를 확대하기 위하여 전기적, 광학적, 화학적 특성이 우수한 다이아몬드 박막을 마이크로파 플라즈마 기상 합성법에 의해 코팅하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of coating a diamond thin film on silica glass. More specifically, the present invention relates to a method of coating a diamond thin film having excellent electrical, optical and chemical properties by microwave plasma vapor phase synthesis in order to expand the application range of silica glass used in IC manufacturing process or various optical products.
일반적으로 실리카 유리는 IC 제조 공정에서 도가니, 플레이트, 확산로 등에 이용되어 그 유용성이 안정되고 있으며, 또한, 광학적 균일성이 좋아 각종 광학적 용도에 사용되고 있고, 특히 광통신용의 실리카 유리파이버가 최근에 주목을 받고 있다.In general, silica glass is used in crucibles, plates, diffusion furnaces, and the like in IC manufacturing processes, and its usefulness is stabilized, and its optical uniformity is used for various optical applications. In particular, silica glass fibers for optical communication have recently been noted. Is getting.
다이아몬드는 탄소 원자가 공유 결합으로 강하게 결합된 것으로 상온에서 화학적으로 대단히 안정하며, 순수한 다이아몬드는 절연체이다.Diamonds are strongly bonded to carbon atoms by covalent bonds and are chemically very stable at room temperature. Pure diamonds are insulators.
다이아몬드의 저항값은 실온에서 1016Ω·cm 이상으로 지금까지 가장 우수한 절연물이라고 하는 용융 석영과 비슷하다. 또한, 다이아몬드는 빛투과에 대해서도 특이한 성질을 가지고 있어 상당히 넓은 파장 범위에서 투명한 특성을 가지고 있으며, 가시 광선 영역에서는 완전히 투명한 특성을 가지고 있다. 그리고, 다이아몬드는 지구상에 존재하는 물질 중에서 가장 단단한 물질이며, 내마모성이 우수한 물질로서 공기 중에서 낮은 마찰계수를 가지고 있다.The resistance value of diamond is more than 10 16 Ω · cm at room temperature, similar to fused quartz, which is the best insulator so far. In addition, diamond has an unusual property in light transmission, and is transparent in a considerably wide wavelength range, and is completely transparent in the visible light region. Diamond is the hardest material on earth, and has a low coefficient of friction in the air as a material having excellent abrasion resistance.
따라서, 다이아몬드는 탁월한 기계적, 광학적, 열적 특성을 이용하여 각종 공업 용도에 폭 넓게 사용되어 왔을 뿐 아니라 실리카 유리 보다 훨씬 경도가 높고, 스크레치 저항성이 높으며, 매우 낮은 마찰계수를 갖고, 화학적으로도 안정하여, 이것을 실리카 유리에 박막으로 코팅하였을 때, 실리카 유리의 내식성과 내화학성을 크게 향상시킬 수 있다.Therefore, diamond has not only been widely used in various industrial applications due to its excellent mechanical, optical and thermal properties, but also much harder, higher scratch resistance, very low coefficient of friction and chemically stable than silica glass. When coated with a thin film on the silica glass, the corrosion resistance and chemical resistance of the silica glass can be greatly improved.
그러나, 이러한 다이아몬드의 합성은 1955년경 미국의 GE에서 처음으로 초고압 상태에서 다이아몬드 합성에 성공하였다. 즉, 흑연에 압력과 온도를 가하면 다이아몬드가 합성된다. 흑연을 직접 다이아몬드로 빠르게 변화시키기 위해서는 10GPa이상, 3,000℃ 정도의 조건이 요구되지만, 이보다 완화된 조건에서 다이아몬드를 변화시키기 위해서는 니켈 철, 코발트, 백금, 팔라듐, 로듐, 망간 등 금속을 흑연과 접촉시켜 4.5GPa, 1,450℃ 이상으로 유지시켜 흑연과 용융된 금속 용매의 계면에서 다이아몬드 결정을 석출시킨다. 그러나, 이 방법은 장치가 고가이고, 생산 단가가 높으며, 또한 분립 상태로만 생상되는 단점이 있다.However, the synthesis of these diamonds first succeeded in synthesizing diamonds at very high pressure at GE in the United States around 1955. That is, diamond is synthesized when pressure and temperature are applied to graphite. In order to change graphite directly into diamond, the conditions of 10GPa or more and 3,000 ℃ are required.However, in order to change the diamond in the relaxed condition, metals such as nickel iron, cobalt, platinum, palladium, rhodium, and manganese are contacted with graphite. It is maintained at 4.5 GPa and 1,450 DEG C or higher to precipitate diamond crystals at the interface between the graphite and the molten metal solvent. However, this method has the disadvantage that the apparatus is expensive, the production cost is high, and it is produced only in a separated state.
이 단점을 보완하는 수단으로 저압 상태에서 탄화 수소 가스를 원료로 하여 박막 상태로 다이아몬드를 합성하는 적압 기상 합성법이 최근에 각광을 받게 되었다. 이 방법은 탄소원으로 보통 메탄과 수소를 반응 가스로 사용하여 CVD법으로 후막(50㎛)이나 박막(1~50㎛)의 다이아몬드 층을 형성시키는 것이다. 즉, 탄소를 함유하고 있는 탄화 수소 등의 기체와 수소를 혼합한 기체를 활성화시켜 다이아몬드 합성에 적합한 기체종을 형성시키는데, 이때 기체의 활성화는 열이나 플라즈마를 이용한다. 이렇게 활성화된 기체를 800~1,000℃ 정도의 기판과 접촉시켜 기판 상에 다이아몬드 결정이 석출되도록 하여 다이아몬드를 합성한다.As a means of compensating for this disadvantage, the red-pressure vapor phase synthesis method of synthesizing diamond in a thin film state using hydrocarbon gas as a raw material under low pressure has recently been in the spotlight. In this method, methane and hydrogen are usually used as a carbon source, and a diamond layer of a thick film (50 µm) or thin film (1-50 µm) is formed by CVD. That is, a gas species suitable for diamond synthesis is formed by activating a gas such as carbon containing hydrocarbons and a mixture of hydrogen, wherein the gas is activated by heat or plasma. The activated gas is brought into contact with a substrate of about 800 to 1,000 ° C. to deposit diamond crystals on the substrate, thereby synthesizing diamond.
이같은 기상 합성법으로 다이아몬드 박막을 만드는 방법에서 원료로 사용되는 가스를 활성화시키는 방법에 따라서 열 필라멘트 CVD법, 마이크로 웨이브 플라즈마 CVD법, 아크 젯트 플라즈마법, RF 플라즈마 CVD법등이 있는데, 박막의 질, 증착 속도, 균질성, 재현성 등에서 마이크로파 플라즈마 CVD법이 우수한 방법으로 인정을 받고 있어 이것이 보편적으로 사용되고 있는 실정이다.According to the method of activating the gas used as a raw material in the method of making a diamond thin film by such vapor phase synthesis method, there are thermal filament CVD method, microwave plasma CVD method, arc jet plasma method, RF plasma CVD method, etc. The microwave plasma CVD method has been recognized as an excellent method in terms of homogeneity, reproducibility, and the like, and this is widely used.
마이크로 플라즈마 CVD법에 의한 다이아몬드 박막 합성 조건은 탄화 수소를 10배 이상의 수소에 희석시키고, 산소를 소량 첨가한 혼합 가스를 사용하여 기판 온도 800~1,000℃에서 이 혼합 가스를 마이크로파(2.45GHz)방전에 의해서 발생된 플라즈마로 혼합 가스를 활성화하여 모재에 증착시키는 것이다. 마이크로파 방전은 전극을 방전관 내에 설치할 필요가 없고, 전력을 국부적으로 집중하는 것이 가능하며, 균일하고, 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있다는 특징이 있다.The conditions for synthesizing diamond thin films by the microplasma CVD method are to discharge the mixed gas into a microwave (2.45 GHz) at a substrate temperature of 800 to 1,000 ° C. using a mixed gas in which hydrocarbon is diluted to 10 times or more hydrogen and a small amount of oxygen is added. Plasma generated by activating the mixed gas is deposited on the base material. The microwave discharge does not require the electrode to be provided in the discharge tube, it is possible to concentrate the power locally, and has the characteristics that a uniform and high-density plasma can be obtained.
이 방법으로 제조된 다이아몬드 박막은 절삭 공구 등 내마모 용도로 이용되고 있으며, 또한, 열전도도가 좋기 때문에 그 우수한 열전도 특성을 이용하여 반도체 소자에 코팅하여 흡열부(heat sink) 등으로 되는 등 다이아몬드의 우수한 성질을 이용하여 다양한 용도로 사용되고 있는 실정이다. 또한, 저합 기상 합성법에 의한 다이아몬드 박막 코팅은 다양한 형태의 기판에 실시할 수 있으며, 고순도의 다이아몬드 박막을 제조할 수 있다는 장점이 있다.The diamond thin film manufactured by this method is used for wear-resistance, such as a cutting tool, and because of its high thermal conductivity, the diamond thin film is coated on a semiconductor device using its excellent thermal conductivity properties to form a heat sink. It is a situation that is used for a variety of uses using excellent properties. In addition, the diamond thin film coating by the low vapor phase gas phase synthesis method can be applied to various types of substrates, there is an advantage that can be produced a high purity diamond thin film.
하지만, 마이크로파 플라즈마 CVD법으로 다이아몬드 박막을 합성할 때는 일반적으로 800~1,000℃의 기판 온도에서 행하기 때문에 Si, Mo 웨이퍼 등 고온에서 견디는 재료 외 기판 사용이 매우 제한적이고, 모재의 특성이 저하되는 등 문제점이 있다.However, when the diamond thin film is synthesized by microwave plasma CVD method, it is generally performed at a substrate temperature of 800 to 1,000 ° C. Therefore, the use of substrates other than materials resistant to high temperatures such as Si and Mo wafers is very limited, and the properties of the base material are degraded. There is a problem.
특히, 렌즈 등 광학용 부품, IC 포토 마스크용 기판 재료, 반도체 제조 공정 중에서 사용되는 노심관 등에 사용되는 실리카 유리에 다이아몬드 박막 코팅을 할 경우 유리가 변형되거나 연화점이 낮아지며, 기판 온도를 낮출 경우, 다이아몬드가 생성되지 않고, 대신에 흑연이 생성되는 문제가 있다. 또한, 마이크로파에 의하여 형성된 플라즈마가 실리카 유리와 직접 닿았을때, 실리카와 프랄즈마가 반응을 일으켜 실리카 유리표면이 매우 고르지 못하고, 접착력이 나쁜 다이아몬드 박막이 형성되는 문제가 있다.In particular, when a diamond thin film is coated on silica glass used for optical components such as lenses, substrate materials for IC photomasks, and core tubes used in semiconductor manufacturing processes, the glass is deformed or the softening point is lowered. There is a problem that is not produced, instead graphite is produced. In addition, when the plasma formed by the microwave directly comes into contact with the silica glass, the silica and prazma react with each other, resulting in a very uneven silica glass surface and a diamond thin film having poor adhesion.
따라서, 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 저온에서 다이아몬드 박막을 코팅시킴으로써 실리카 유리의 변형과 같은 특성 저하를 방지하고, 순도 높은 다이아몬드 박막을 형성시킬 수 있는 코팅방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a coating method capable of forming a high-quality diamond thin film and preventing degradation of properties such as deformation of silica glass by coating a diamond thin film at low temperature in order to solve such a problem.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 실리카 유리 표면에 대한 다이아몬드 박막의 코팅방법은 실리카 유리 기판 표면을 탄화규소 입자 또는 다이아몬드 분말로 블라스팅법에 의해 전처리하고, 메탄, 수소 및 수증기의 혼합 가스를 원료 가스로 하여 마이크로 플라즈마 기상 합성법에 의해 약 3 내지 7㎛ 두께로 다이아몬드 박막을 코팅한 후 산소와 수소 혼합 가스로 석출된 흑연상을 제거하는 것으로 이루어진다.In the method of coating a diamond thin film on the surface of a silica glass of the present invention, the surface of the silica glass substrate is pretreated with silicon carbide particles or diamond powder by blasting, and a microplasma gas phase synthesis method using a mixed gas of methane, hydrogen, and water vapor as a raw material gas. By coating the diamond thin film to a thickness of about 3 to 7㎛ and removes the graphite phase precipitated with oxygen and hydrogen mixed gas.
본 발명에 의하면, 상기 표면 전처리 단계 이전에 다른 크기의 탄화규소 입자로 실리카 유리기판 표면을 연마시키는 단계를 추가로 실시할 수 있으며, 상기 탄화규소 입자로 상기 표면 전처리를 수행할 경우에는 다른 크기의 다이아몬드 입자로 표면 연마를 추가로 실시할 수 있다.According to the present invention, before the surface pretreatment step, the silica glass substrate surface may be further polished with silicon carbide particles of different sizes, and when the surface pretreatment is performed with the silicon carbide particles, Surface polishing can be further performed with diamond grains.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention in more detail as follows.
본 발명은 IC 제조 공정이나 각종 광학용 제품에 사용되고 있는 실리카 유리에 전기적, 광학적, 기계적, 화학적 특성이 우수한 다이아몬드 박막을 마이크로파 플라즈마 기상 합성법으로 코팅하는 방법에 대한 것으로서, 다이아몬드 박막을 코팅하기 위해서는 800 내지 1,000℃ 정도의 기판 온도에서 코팅을 실시해야 하지만, 실리카 유리의 변형을 막기 위해서는 이 보다 낮은 온도에서 다이아몬드 코팅이 이루어져야 한다.The present invention relates to a method for coating a diamond thin film having excellent electrical, optical, mechanical, and chemical properties on silica glass used in an IC manufacturing process or various optical products by microwave plasma vapor phase synthesis. The coating should be carried out at a substrate temperature of around 1000 ° C., but diamond coating should be carried out at lower temperatures to prevent deformation of the silica glass.
본 발명에서는 다이아몬드 생성 속도를 증가시키기 위하여 블라스팅법으로 실리카 유리 기판을 전처리하고, 낮은 기판 온도에서 다이아몬드 박막 코팅을 할 경우에 생기는 흑연상 탄소를 다이아몬드 증착 완료후에 다시 산소를 흘려 보내서 선택적인 에칭에 의해 제거함으로써 순도가 높은 다이아몬드 박막을 얻을 수 있게 된다.In the present invention, in order to increase the diamond formation rate, the silica glass substrate is pretreated by blasting, and graphite carbon generated when the diamond thin film is coated at a low substrate temperature is flowed again after the diamond deposition, and then selectively etched. By removing it, a diamond film having high purity can be obtained.
본 발명에 따른 실리카 유리 기판에 대해 다이아몬드 박막을 코팅하는 제1구현예에 따른 방법으로는, 먼저 실리카 유리 기판을 0.1 내지 0.5㎛ 탄화규소(SiC)로 연마를 하고, 1 내지 5㎛ 탄화규소(SiC) 입자로 상기 기판 표면을 통상의 샌드 블라스터(sand blaster)를 이용하여 블라스팅법으로 표면 전처리를 한 후, 초음파 세척기로 세척을 실시한다.In a method according to the first embodiment of coating a diamond thin film on a silica glass substrate according to the present invention, first, the silica glass substrate is polished with 0.1 to 0.5 μm silicon carbide (SiC), and then 1 to 5 μm silicon carbide ( The surface of the substrate with SiC) particles is subjected to surface pretreatment by blasting using a conventional sand blaster, followed by washing with an ultrasonic cleaner.
그 다음에 다시 0.1 내지 ㎛ 다이아몬드 입자로 실리카 유기 기판 표면을 블라스팅법으로 표면을 처리한 후 역시 초음파 세척을 하여 실리카 유리 표면에 시드(seed) 형성을 촉진시킨다.Then, the surface of the silica organic substrate is further treated by blasting with 0.1 to 탆 diamond particles, followed by ultrasonic cleaning to promote seed formation on the surface of the silica glass.
상기와 같이 전처리된 실리카 유리 기판 표면에 통상의 마이크로파 플라즈마 기상 합성 장치에 의해서 원료가스로 메탄, 수소 및 수증기 혼합 가스를 사용하여 다이아몬드 박막 코팅을 실시한다.The diamond thin film coating is performed on the surface of the silica glass substrate which has been treated as described above using a methane, hydrogen, and water vapor mixed gas as a source gas by a conventional microwave plasma vapor phase synthesis apparatus.
상기 마이크로파 플라즈마 기상 합성 장치로 다이아몬드 박막을 코팅할 때, 석영관 내에서 기판의 온도를 실리카 온도의 안정 온도 영역인 약 700℃로 낮추어서 실시하기 위하여 기판의 위치를 플라즈마 중심에서 적어도 3cm 이상 떨어진 위치에 놓는 것이 바람직하며, 다이아몬드 생성 반응이 진행되는 석영관 내부의 압력은 30 내지 80토르로 유지하는 것이 바람직하다. 만일, 석영관의 내부 압력이 상기 범위를 벗어날 경우에는 플라즈마가 불안정하게 되어 양호한 다이아몬드 박막이 형성되지 못하게 되고, 석출되는 박막에 흑연상 탄소가 다량으로 포함되게 된다.When coating the diamond thin film with the microwave plasma vapor phase synthesis apparatus, the substrate is positioned at least 3 cm away from the center of the plasma in order to lower the temperature of the substrate in the quartz tube to about 700 ° C., which is a stable temperature region of the silica temperature. It is preferable to place, and the pressure inside the quartz tube through which the diamond formation reaction proceeds is preferably maintained at 30 to 80 Torr. If the internal pressure of the quartz tube is out of the above range, the plasma becomes unstable and a good diamond thin film is not formed, and the precipitated thin film contains a large amount of graphite carbon.
한편, 원료 가스로 사용되는 수소, 메탄 및 수증기 혼합 가스의 부피비율은 메탄 가스는 약 2 내지 5부피%, 수증기는 약 1 내지 3부피%, 나머지는 수소 가스의 비율로 하는 것이 바람직하다.On the other hand, the volume ratio of the hydrogen, methane and steam mixed gas used as the source gas is preferably about 2 to 5% by volume of methane gas, about 1 to 3% by volume of water vapor, and the remainder to the ratio of hydrogen gas.
상기와 같이 다이아몬드 박막 코팅을 실시한 후 산소와 수소의 혼합 가스중 산소의 농도를 1 내지 10부피%로 하여 다이아몬드와 함께 기판에 석출된 흑연상을 에칭에 의해 선택적으로 제거한다.After coating the diamond thin film as described above, the graphite phase precipitated on the substrate together with the diamond is selectively removed by etching, with the concentration of oxygen in the mixed gas of oxygen and hydrogen being 1 to 10% by volume.
즉, 기판에 석출되는 미반응 카본의 양을 최소로 하기 위하여 산소를 약간 흘려 보내는 것이며, 흘려주는 산소 가스는 기판에 석출된 흑연층을 제거(에칭)하는 작용을 하므로 순수한 다이아몬드 박막을 얻을 수 있게 된다.That is, to minimize the amount of unreacted carbon precipitated on the substrate, oxygen is slightly flowed, and the flowing oxygen gas serves to remove (etch) the graphite layer deposited on the substrate, thereby obtaining a pure diamond thin film. do.
이와 같은 저압 기상 합성법으로 실리카 유리 상에 형성시킨 다이아몬드 박막의 두께는3 내지 7㎛이다.The thickness of the diamond thin film formed on silica glass by such a low pressure vapor phase synthesis method is 3-7 micrometers.
본 발명에 따른 실리카 유리 기판에 대해 다이아몬드 박막을 코팅하는 제2구현예의 방법으로는, 먼저 실리카 유리 기판을 0.1 내지 0.5㎛ 탄화규소(SiC)로 연마를 하고, 0.5 내지 5㎛ 다이아몬드 입자로 상기 기판 표면을 상기 동일한 샌드 블라스터를 이용하여 블라스팅법으로 표면을 처리한 후 초음파 세척기로 세척을 하여 유리 표면에 시드(seed)형성을 촉진시킨다.As a method of the second embodiment of coating a diamond thin film on a silica glass substrate according to the present invention, first, a silica glass substrate is polished with 0.1 to 0.5 탆 silicon carbide (SiC), and the substrate is made of 0.5 to 5 탆 diamond particles. The surface is treated with a blasting method using the same sand blaster, and then washed with an ultrasonic cleaner to promote seed formation on the glass surface.
상기아 같이 전처리된 실리카 유리 기판 표면에 상기와 동일한 마이크로파 플라즈마 기상 합성 장치에 의해서 원료가스로 메탄, 수소 및 수증기 혼합 가스를 사용하여 다이아몬드 박막 코팅을 실시한다.The thin diamond coating is performed on the surface of the silica glass substrate pretreated as above using methane, hydrogen, and steam mixed gas as the source gas by the same microwave plasma vapor phase synthesis apparatus.
상기 마이크로파 플라즈마 기상 합성 장치로 다이아몬드 박막을 코팅할때, 석영관 내에서 기판의 온도를 실리카 유리의 안정온도 영역인 약 700℃로 낮추어서 실시하기 위하여 기판의 위치를 플라즈마 중심에서 적어도 3cm 이상 떨어진 위치에 놓는 것이 바람직하며, 다이아몬드 생성 반응이 진행되는 석영관 내부의 압력은 30 내지 80토르로 유지하는 것이 바람직하다. 만일 석영관 내부 압력이 상기 범위를 벗어날 경우에는 플라즈마 불안정하게 되어 양호한 다이아몬드 박막이 형성되지 못하게 되고, 석출되는 박막에 흑연상 탄소가 다량으로 포함되게 된다.When coating the diamond thin film with the microwave plasma vapor phase synthesis apparatus, the substrate is positioned at least 3 cm away from the center of the plasma in order to lower the temperature of the substrate in the quartz tube to about 700 ° C. which is a stable temperature region of the silica glass. It is preferable to place, and the pressure inside the quartz tube through which the diamond formation reaction proceeds is preferably maintained at 30 to 80 Torr. If the internal pressure of the quartz tube is out of the above range, the plasma becomes unstable and a good diamond thin film cannot be formed, and the precipitated thin film contains a large amount of graphite carbon.
한편, 원료 가스로 사용되는 수소, 메탄 및 수증기의 혼합 가스의 부피 비율은 메탄가스는 약 2 내지 5부피%, 수증기는 약 1 내지 3부피%, 나머지는 수소 가스의 비유로 하는 것이 바람직하다.On the other hand, the volume ratio of the mixed gas of hydrogen, methane and water vapor used as the raw material gas is preferably about 2 to 5% by volume of methane gas, about 1 to 3% by volume of water vapor, and the remainder as the ratio of hydrogen gas.
상기와 같이 다이아몬드 박막 코팅을 실시한 후 산소와 수소의 혼합 가스중 산소의 농도를 1 내지 10피%로 하여 다이아몬드와 함께 기판에 석출된 흑연상을 에칭에 의해 선택적으로 제거한다.After the diamond thin film coating as described above, the graphite phase precipitated on the substrate together with the diamond is selectively removed by etching with the concentration of oxygen in the mixed gas of oxygen and hydrogen being 1 to 10% by weight.
즉, 기판에 석출되는 미반응 카본의 양을 최소로 하기 위하여 산소를 약간 흘려 보내는 것이며, 흘려주는 산소 가스는 기판에 석출된 흑연층을 제거(에칭)하는 작용을 하므로 순수한 다이아몬드 박막을 얻을 수 있게 된다.That is, to minimize the amount of unreacted carbon precipitated on the substrate, oxygen is slightly flowed, and the flowing oxygen gas serves to remove (etch) the graphite layer deposited on the substrate, thereby obtaining a pure diamond thin film. do.
이와 같은 저압 기상 합성법으로 실리카 유리 상에 형성시킨 다이아몬드 박막의 두께는 3 내지 7㎛이다.The thickness of the diamond thin film formed on silica glass by such a low pressure vapor phase synthesis method is 3-7 micrometers.
본 발명에 따른 실리카 유리 기판에 대한 다이아몬드 박막의 코팅방법은 다이아몬드 박막과 실리카의 접착력을 우수하게 하고, 저온에서 다이아몬드 박막 코팅이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 그리고, 블라스팅법에 의해 실리카 유리 표면을 전처리함으로써 단기간에 전처리가 가능할 뿐 아니라 다이아몬드 박막코팅 초기에 다이아몬드 핵 생성 밀도가 증가하므로 치밀하고 균일한 다이아몬드 박막을 얻을 수 있게 된다.The coating method of the diamond thin film on the silica glass substrate according to the present invention has an advantage of excellent adhesion between the diamond thin film and the silica and coating the diamond thin film at low temperature. In addition, the pretreatment of the silica glass surface by the blasting method enables not only pretreatment in a short period of time, but also the diamond nucleation density increases in the initial stage of the diamond thin film coating, thereby obtaining a dense and uniform diamond thin film.
또한, 산소 가스를 흘려 에칭을 실시함으로서 순수한 다이아몬드 박막을 얻을 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage that a pure diamond thin film can be obtained by performing etching by flowing oxygen gas.
본 발명에 따른 방법에 의해 얻어진 다이아몬드 박막이 코팅된 실리카 유리는 실제로 광학 렌즈, 프리즘, 반사경 등 광학용 부품의 보호 코팅에 이용될 수 있으며, 실리카 유리에 다이아몬드 박막이 코팅된 광학부품은 높은 광학적 투과성을 유지하면서 HF 또는 NaOH와 같은 물질로 부터 보호할 수 있다. 그 이외에 IC 포토 마스크용 기판 재료, 반도체 제조 공정중에 사용되는 노심관(爐芯管)과 그 주변 치구 등에 이용이 가능하다.The silica glass coated with the diamond thin film obtained by the method according to the present invention can be actually used for the protective coating of optical components such as optical lenses, prisms, reflectors, and the optical component coated with the diamond thin film on silica glass has high optical transmittance. It can protect against substances such as HF or NaOH while maintaining In addition, it can be used for substrate materials for IC photomasks, core tubes used in semiconductor manufacturing processes, and peripheral fixtures thereof.
실시예 1Example 1
용융법으로 제작된 두께 2mm, 길이 1cm 폭 1cm의 실리카 유리를 0.2㎛의 SiC를 연마재를 사용하여 표면을 연마한 후, 다시 0.5㎛의 다이아몬드 분말을 사용하여 샌드 블라스터(미국 EMPIRE사제, 모델명 : EF2463)로 60psi 압력으로 5cm 거리에서 실리카 유리 표면에 대해서 직각 방향으로 분사하여 표면 처리를 한후, 아세톤 용액 속에서 초음파 세척기를 사용하여 세척하였다. 그리고 0.5㎛ 다이아몬드 분말을 사용하여 연마한 후 메탄올을 사용하여 초음파 세척기에서 다시 세척을 하였다.After polishing the surface of silica glass with a thickness of 2mm and a length of 1cm and width of 1cm by using the melting method, the surface was polished using 0.2C SiC and an abrasive, and then sandblasted with a 0.5μm diamond powder (manufactured by EMPIRE, USA, model name: EF2463). Surface treatment by spraying in a direction perpendicular to the silica glass surface at a distance of 5 cm at a pressure of 60 psi), and washed in an acetone solution using an ultrasonic cleaner. After polishing using 0.5 μm diamond powder, washing was again performed using an ultrasonic cleaner using methanol.
그리고 마이크로파 플라즈마 CVD 기기(미국 ASTeX사제, 모델명 : PDS 16)을 사용하여 다이아몬드 박막 코팅을 하였다. 이때 사용되는 마이크로파 주파수는 2.45GHx, 출력은 1.3KW로 하였으며, 원료 가스는 수소 가스, 메탄 가스 및 수증기를 사용하였으며, 실리카 유리기판이 놓여 있는 흑연 재질의 시료 홀더는 실리카 유리와 플라즈마의 반응을 피하기 위하여 플라즈마 중심에서 3cm 아래에 위치시켰으며, 기판의 온도는 700℃로 유지시켰다. 다이아몬드 합성 조건은 총 혼합 가스 유량을 450scm 중에서 메탄 2부피% , 수증기 1부피%, 나머지는 모두 수소를 사용하였으며, 이러한 비율의 혼합 가스를 석영관을 통하여 반응기 속으로 흘려 보냈다. 반응 용기 압력은 40토르에서 박막 코팅을 실시하였다. 그리고, 2시간 동안 다이아몬드 증착을 실시한 산소와 수소 혼합 가슬(산소2%)를 20분간 흘려 보내서 기판에 석출되어있는 흑연 석출물을 에칭시켜 제거하였다. 이 에칭 처리 조건도 다이아몬드 증착 조건과 동일하게 실시하였다.(출력, 기판 온도).And a diamond thin film coating was carried out using the microwave plasma CVD apparatus (model made by US ASTeX, model name: PDS 16). The microwave frequency used was 2.45GHx, the output was 1.3KW. The source gas was hydrogen gas, methane gas and water vapor. The graphite sample holder with silica glass substrate was used to avoid the reaction between silica glass and plasma. 3 cm below the center of the plasma, and the temperature of the substrate was maintained at 700 ℃. Diamond synthesis conditions used a total mixed gas flow rate of 2% by volume of methane, 1% by volume of water vapor, and the rest of the hydrogen in 450scm, this mixed gas flows into the reactor through a quartz tube. The reaction vessel pressure was thin film coated at 40 Torr. Then, oxygen and hydrogen mixed gas (oxygen 2%) subjected to diamond deposition for 2 hours were flowed for 20 minutes, and the graphite precipitate deposited on the substrate was removed by etching. This etching treatment condition was also performed in the same manner as the diamond deposition condition. (Output, substrate temperature).
이렇게 하여 제작된 다이아몬드 박막을 라만 분광 분석기, 주사형 전자 현미경, 박막 두께 측정기를 사용하여 측정한 박막의 특성은 다음과 같다.The diamond thin film thus prepared was measured using a Raman spectrometer, a scanning electron microscope, and a thin film thickness meter.
이렇게 하여 제작된 다이아몬드 박막은 실리카 유리와 밀착성이 우수하여 실리카 유리 기판과 다이아몬드 박막 사이에서 박리가 전혀 관찰되지 않았다.The diamond thin film thus produced was excellent in adhesion to silica glass, and no peeling was observed between the silica glass substrate and the diamond thin film.
-결정성:다이아몬드Crystallinity: Diamond
-막 두께:4.8㎛Film thickness: 4.8 μm
-성장 속도:2㎛/hrGrowth rate: 2 μm / hr
실시예 2Example 2
용융법으로 제작된 두께 2mm, 길이 1cm, 폭 1cm의 실리카 유리를 0.5㎛의 SiC를 연마재를 사용하여 표면을 연마한 후, 다시 0.5㎛의 다이아몬드 분말을 사용하여 샌드 블라스터로 60psi 압력으로 5cm 거리에서 실리카 유리 표면에 대해서 직각 방향으로 분사하여 표면 처리를 한 후, 아세톤 용액 속에서 초음파 세척기를 사용하여 세척하였다. 이때 사용한 샌드 블라스터는 소량의 다이아몬드 입자를 사용하기 위하여 10cm×10cm×10cm의 소형 샌드 블라스터를 제작하였다. 이렇게 하여 전처리된 실리카 유리를 초음파 세척기에서 메탄올로 세척하였다.After melting the silica glass with a thickness of 2mm, 1cm in length and 1cm in width by using the abrasive, 0.5μm SiC was used to polish the surface, and then using 0.5μm diamond powder at a distance of 5cm at 60psi pressure with a sand blaster. After surface treatment by spraying at right angles to the silica glass surface, the resultant was washed in an acetone solution using an ultrasonic cleaner. The sandblaster used at this time produced a small sandblaster of 10 cm x 10 cm x 10 cm in order to use a small amount of diamond particles. The pretreated silica glass was thus washed with methanol in an ultrasonic cleaner.
그리고 실시예 1과 같이, 마이크로파 플라즈마 CVD 기기(미국 ASTeX사제, 모델명 : PDS 16)을 사용하여 다이아몬드 박막 코팅을 하였다. 이때 사용되는 마이크로파 주파수는 2.45GHx, 출력은 1.3KW로 하였으며, 원료 가스는 수소 가스, 메탄 가스 및 수증기를 사용하였고, 실리카 유리기판이 놓여 있는 흑연 재질의 시료 홀더는 실리카 유리와 플라즈마의 반응을 피하기 위하여 플라즈마 중심에서 3cm 아래에 위치시켰으며, 기판의 온도는 700℃로 유지시켰다. 다이아몬드 합성 조건은 총 혼합 가스 유량을 450scm 중에서 메탄 5부피% , 수증기 1부피%, 나머지는 모두 수소를 사용하였으며, 이러한 비율의 혼합 가스를 석영관을 통하여 반응기 속으로 흘려 보냈다. 반응 용기 압력은 40토르에서 박막 코팅을 실시하였다. 그리고, 2시간 동안 다이아몬드 증착을 실시한 후 산소와 수소 혼합 가스(산소2%)를 20분간 흘려 보내서 기판에 석출되어있는 흑연 석출물을 에칭시켜 제거하였다. 이 에칭 처리 조건도 다이아몬드 증착 조건과 동일하게 실시하였다(출력, 기판 온도).As in Example 1, a diamond thin film coating was performed using a microwave plasma CVD apparatus (Model: PDS 16 manufactured by ASTeX, USA). The microwave frequency used was 2.45 GHx and the output was 1.3 KW. The source gas was hydrogen gas, methane gas and water vapor. The graphite sample holder with silica glass substrate was used to avoid the reaction between silica glass and plasma. 3 cm below the center of the plasma, and the temperature of the substrate was maintained at 700 ℃. Diamond synthesis conditions used a total mixed gas flow rate of 5% by volume methane, 1% by volume of water vapor, and the rest all hydrogen in 450scm, this mixed gas flows into the reactor through a quartz tube. The reaction vessel pressure was thin film coated at 40 Torr. After diamond deposition was carried out for 2 hours, oxygen and hydrogen mixed gas (oxygen 2%) were flowed for 20 minutes to etch and remove the graphite precipitate deposited on the substrate. These etching treatment conditions were also performed in the same manner as the diamond deposition conditions (output, substrate temperature).
이렇게 하여 제작된 다이아몬드 박막을 라만 분광 분석기, 주사형 전자 현미경, 박막 두께 측정기를 사용하여 측정막 박막의 특성은 다음과 같다.The diamond thin film thus prepared was characterized using a Raman spectroscopic analyzer, a scanning electron microscope, and a thin film thickness meter.
이렇게 하여 제작된 다이아몬드 박막은 실리카 유리와 밀착성이 우수하여 실리카 유리 기판과 다이아몬드 박막 사이에서 박리가 전혀 관찰되지 않았다.The diamond thin film thus produced was excellent in adhesion to silica glass, and no peeling was observed between the silica glass substrate and the diamond thin film.
-결정성:다이아몬드Crystallinity: Diamond
-막 두께:62㎛Film thickness: 62 μm
-성장 속도:3㎛/hrGrowth rate: 3 μm / hr
상기 실시예 1과 2에서 얻어진 다이아몬드 박막이 코팅된 실리카 유리는 다이아몬드 박막과 실리카 유리의 접착력이 우수하고, 저온에서 다이아몬드 박막 코팅이 가능하다는 특징을 가지고 있다. 그리고, 블라스팅에 의해 실리카 유리 표면을 전처리함으로써 단시간에 전처리가 가능한 장점을 가지고 있으며, 다이아몬드 박막 코팅 초기에 다이아몬드 핵 생성 밀도가 증가되므로 치밀하고 균일한 다이아몬드 박막을 얻을 수 있다. 그리고, 산소 가스를 흘려 에칭을 시켜 순수한 다이아몬드 박막을 얻는 것이 가능하다.The silica glass coated with the diamond thin film obtained in Examples 1 and 2 has an excellent adhesion between the diamond thin film and the silica glass, and has a feature of coating the diamond thin film at low temperature. In addition, the pretreatment of the silica glass surface by blasting has the advantage that the pretreatment can be performed in a short time, and the diamond nucleation density is increased in the initial stage of the diamond thin film coating, thereby obtaining a dense and uniform diamond thin film. It is possible to obtain a pure diamond thin film by etching by flowing oxygen gas.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019940019918A KR970000381B1 (en) | 1994-08-12 | 1994-08-12 | A process for coating silica glass with diamond thin layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019940019918A KR970000381B1 (en) | 1994-08-12 | 1994-08-12 | A process for coating silica glass with diamond thin layer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR960007485A KR960007485A (en) | 1996-03-22 |
| KR970000381B1 true KR970000381B1 (en) | 1997-01-09 |
Family
ID=19390274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019940019918A KR970000381B1 (en) | 1994-08-12 | 1994-08-12 | A process for coating silica glass with diamond thin layer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR970000381B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020095861A (en) * | 2001-06-16 | 2002-12-28 | 타오-쿠앙 장 | Method of manufacturing a baseplate with a gene or albuminous substance implanted viochip and the baseplate |
-
1994
- 1994-08-12 KR KR1019940019918A patent/KR970000381B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR960007485A (en) | 1996-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5186973A (en) | HFCVD method for producing thick, adherent and coherent polycrystalline diamonds films | |
| US5124179A (en) | Interrupted method for producing multilayered polycrystalline diamond films | |
| US5126206A (en) | Diamond-on-a-substrate for electronic applications | |
| US5230931A (en) | Plasma-assisted cvd of carbonaceous films by using a bias voltage | |
| US5147687A (en) | Hot filament CVD of thick, adherent and coherent polycrystalline diamond films | |
| JPH0218392A (en) | Production of polycrystalline diamond film | |
| US5897924A (en) | Process for depositing adherent diamond thin films | |
| JPH1060652A (en) | Method for plasma treatment of surface and apparatus therefor | |
| US5286524A (en) | Method for producing CVD diamond film substantially free of thermal stress-induced cracks | |
| US4123571A (en) | Method for forming smooth self limiting and pin hole free SiC films on Si | |
| US5145711A (en) | Cyclotron resonance chemical vapor deposition method of forming a halogen-containing diamond on a substrate | |
| Yara et al. | Low temperature fabrication of diamond films with nanocrystal seeding | |
| JP2002265296A (en) | Diamond thin film and manufacturing method therefor | |
| US5478513A (en) | CVD diamond growth on hydride-forming metal substrates | |
| US5837322A (en) | Deposition of polycrystalline diamond film on zinc sulfide substrate having nitride interlayer | |
| JPH0948693A (en) | Method for forming diamond single crystal film | |
| KR970000381B1 (en) | A process for coating silica glass with diamond thin layer | |
| CN1157641A (en) | Diamond-phase carbon tubes and CVD process for their production | |
| EP0822268B1 (en) | Process for depositing adherent diamond thin films | |
| JPH01167211A (en) | Diamond-like carbon film and production thereof | |
| USH1792H (en) | Selection of crystal orientation in diamond film chemical vapor deposition | |
| JPH03115572A (en) | Improvement of adhesive property of synthetic diamond film on a base | |
| EP0534729A2 (en) | Method for obtaining thick, adherent diamond coatings | |
| JPH06262525A (en) | Grinding wheel and its manufacture | |
| JP2799849B2 (en) | Diamond synthesis by chemical vapor deposition |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| G160 | Decision to publish patent application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20000104 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |