JPS6289869A - 硬質炭素膜の気相合成法 - Google Patents

硬質炭素膜の気相合成法

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JPS6289869A
JPS6289869A JP23200585A JP23200585A JPS6289869A JP S6289869 A JPS6289869 A JP S6289869A JP 23200585 A JP23200585 A JP 23200585A JP 23200585 A JP23200585 A JP 23200585A JP S6289869 A JPS6289869 A JP S6289869A
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JP
Japan
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plasma
carbon film
phase synthesis
emission spectrum
hard carbon
Prior art date
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Pending
Application number
JP23200585A
Other languages
English (en)
Inventor
Keizo Harada
敬三 原田
Akira Doi
陽 土居
Naoharu Fujimori
直治 藤森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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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〕 この発明は、プラズマCVD法によって基板上に所望の
性状の硬質炭素膜を正確に析出させ得る硬質炭素膜の気
相合成法に関する。
〔従来の技術とその問題点〕
ダイヤモンド若しくはこれに性状の近似した硬質炭素膜
の合成法の1つに、第4図に示すプラズマCVD法があ
る。
この方法は、減圧された反応管内にH,+CH。
の反応ガス2を供給し、このガスを一般には13.56
MHzの高周波(R,F)電源3により励起して反応管
1内に生じるプラズマ4中で化学反応を起こさせ、サセ
プタ5に保持される基板の表面に硬質炭素膜を析出成長
させるものであり、励起源としては、2.45GH2の
マイクロ波電源を使うこともある。また、図の装置はL
型結合のいわゆるバレル形であるが、電極を反応管内に
おくC結合の平行平板形装置を用いる場合もある。
ところで、ダイヤモンドが気相合成されるメカニズムは
、未だ完全に解明されていないが、H2及びCH4ガス
の解離の度合により、ダイヤモンドが生成されるか否か
が大きく支配されることは判っている。
また、その解離の度合は、反応管内に4人するガスの圧
力、流量、流速、励起源の出力、反応管の形状、管内減
圧度等のプラズマ条件と基板の位置に依存しており、プ
ラズマ条件或いは基板位置に変化があると析質膜の性質
も変わる0例えば、ダイヤモンドになったり、i−カー
ボン(アモルファス状ダイヤ)になったりする。
ところが、従来のプラズマCVD法による硬質炭素膜の
気相合成では、基板形状や反応管形状の変化に対して、
例えばダイヤモンドを得るためのプラズマ条件をどのよ
うに変化させるかと云う膜質制御のための指針が無く、
このため、基板形状等に変化がある場合には、その都度
、気相合成試験と、得られた膜の成分分析を繰り返して
プラズマ条件をその結果から求める必要があったが、こ
の方法は、時間的、労力的、経済的な無駄が非常に大き
く、商業ベースにのり難い。
そこで、この発明は、基板形状等が変化しても膜質に合
ったプラズマ条件を容易に求めて析出する膜の性質を任
意にコントロールし得るようにすることを目的としてい
る。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するこの発明の方法は、反応管内に発
生するプラズマの発光スペクトルを分析し、この分析結
果をプラズマ条件の設定指針として利用する。
発光スペクトルの分析は、第1図に示すように、反応管
1が石英系のガラス管から成る周知のプラズマCVD装
置に、監視部6、光ファイバ7、ポリクロメータ8、フ
ォトマルチプライヤ−チューブS1マルチチヤンネルデ
イテクタ及びコントローラ等から成る信号処理部10、
モニタースコープ、プリンター等の表示部11等で構成
される周知のプラズマ分析装置12(プラズマ発光分光
装置)を組込んで行えばよい。第2図は、この分析装置
によって測定された発光スペクトルの一例を示すグラフ
であって、波長λ= 5600〜6200 (人)の領
域にあるスペクトルはH2及びH原子の発光スペクトル
を示している。
本発明者等は、このH2及びH原子がダイヤモンドの合
成に大きく関与していると考え、λ#6500(人)の
波長域に生じる最大発光スペクトルHαのピーク強度と
H2及びH原子のスペクトルのピ一り強度の関係を調べ
たところ、両者のピーク強度比によりダイヤモンドが析
出するか、i−カーボンが析出するかを判断し得ること
を見い出した。
即ち、λ= 5600〜6200 (人)の波長域にあ
るスペクトルピークが、最大発光スペクトルHαとの強
度比で1/100以上ある場合には完全なダイヤモンド
が得られるが、その強度比が11500以下である場合
は、析出膜がi−カーボンとなり、また、この強度比が
大きい程、析出膜中にH原子を含まない良質のダイヤ膜
となることが判った。
そして、このピーク強度比から、そのピーク強度比を所
定の値、例えば1/100以上に保つプラズマ条件を求
め、その条件を満足する調整・制御例えば反応ガスの圧
力、流量、流速調整、励起源の出力調整等を行えば、反
応管や基板の形状が変わっても所望の性質の炭素膜を得
ることが可能になり、また、プラズマ条件を変化させて
上記のピーク強度比を変えれば、膜質を任意にコントロ
ールできると云う結論に至った。
なお、発光スペクトルの中には、Hαのスペクトルに比
例するスペクトル、例えば第2図のHβ等が含まれるの
で、このスペクトル強度をHαに代えてH2及びH原子
のスペクトルとの比較に使ってもよい、但し、Hαのよ
うに、強度の大きなスペクトル程、H2及びH原子のス
ペクトルとの比較が容易である。
また、プラズマ条件は、その変化に伴うピーク強度比の
変化から容易に求めることができる。例えば、ガス圧は
、ピーク強度比が所定の値に達する迄圧力を上げるか又
は下げることによって求められる。励起源の出力等の他
の条件も同様の方法で求めればよく、このようにして求
めたプラズマ条件を気相合成中に保持すれば、所望の性
質の炭素膜を成長させることができる。
〔実施例〕
以下に、この発明の有効性を立証するために行った実験
の結果を記す。
第3図は、高周波プラズマCVD装置を用いたダイヤモ
ンドの気相合成において、第1図のAlBの2地点で反
応管1内に生じたプラズマ4の発光スペクトルを調べた
グラフで、位置Aのスペクトルがグラフ(a)に、位f
Bのスペクトルがグラフ(b)に示されている。
この実験におけるガス流量、ガス圧、ガス流速、R,F
電源3の出力等のプラズマ条件は、経験的に求められた
条件の中で、ダイヤモンド生成領域が存在するものを選
んだ。
この2つのグラフのうち、(a)では、λ−5600〜
6200 (人)の波長域にあるHl及びH原子スペク
トルのピーク強度が非常に大きく、そのHαに対する比
が1/100以上あるため、析出する膜はダイヤモンド
結晶であると推測された。
一方、グラフ(b)の場合、H2及びH原子の発光スペ
クトル強度が極めて小さく、Hαに対する比が1150
0以下であるため、析出する膜は、i−カーボンである
と推察された。
そこで、A、 Bの各点においてサセプタ上で気相合成
されたsi基板を反応管より取出し、その基板の表面に
形成された炭素膜を分析したところ、推測した通りの結
果が得られ、発光スペクトルの強度比がプラズマ条件の
設定指針となることが裏付けられた。
〔効果〕
以上述べた通り、本発明は、プラズマCVD法において
、反応管内に生じるプラズマの発光スペクトルを分析し
、その中に含まれるH2及びH原子のスペクトルピーク
強度と最大発光スペクトル又はそれに比例するスペクト
ルのピーク強度とを比較してその強度比から析出する炭
素膜の性質を予測する方法を採るので、ダイヤモンド又
はi−カーボンを析出させるためのプラズマ条件を上記
のピーク強度比を指針として容易に特定できる。
また、基板の位置に対応した発光スペクトルの分析を行
うことにより、どの位置にある基板の被膜がダイヤモン
ドとなるかi−カーボンになるかをプラズマ条件を変え
た場合にも特定できる。
従って、この結果から析出する炭素膜の性質を任意に変
化させ、或いはコントロールすることが可能になり、さ
らに、所望しない性質の膜が形成される位置への基板の
セットを避けて経済的な無駄を省くことも可能になる。
なお、以上の効果は、励起源にマイクロ波電源を使用し
た場合にも、同様に発揮される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の方法の一例を示す線図、第2図は
プラズマの発光スペクトルの一例を示すグラフ、第3図
の(a)、(b)は、効果の立証実験において、第1図
の装置のA、B点で測定した発光スペクトルを示すグラ
フ、第4図は、周知のプラズマCVD装置を示す線図で
ある。 1・・・・・・反応管、2・・・・・・反応ガス、3・
・・・・・R,F電源、4・・・・・・プラズマ、5・
・・・・・サセプタ、12・旧・・プラズマ分析装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. プラズマCVD法による硬質炭素膜の気相合成法におい
    て、反応管内に生じるプラズマの発光スペクトルを分析
    装置を用いて測定し、この測定値に含まれる最大発光ス
    ペクトルもしくはそれに強度の比例するスペクトルとH
    、及びH原子の発光スペクトルとのピーク強度比からそ
    のピーク強度比を所定の値に保持するプラズマ条件を求
    めて析出する炭素膜の膜質をコントロールすることを特
    徴とする硬質炭素膜の気相合成法。
JP23200585A 1985-10-15 1985-10-15 硬質炭素膜の気相合成法 Pending JPS6289869A (ja)

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