JPH0254429B2

JPH0254429B2 -

Info

Publication number: JPH0254429B2
Application number: JP56130354A
Authority: JP
Inventors: Uiriamu Guriin Jefuri; Harorudo Reteinguton Aran
Original assignee: NAT RES DEV
Current assignee: NAT RES DEV
Priority date: 1980-08-21
Filing date: 1981-08-21
Publication date: 1990-11-21
Also published as: DE3175345D1; EP0049032B1; EP0049032A1; US4400410A; JPS5773176A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、グロー放電を使い絶縁材料に被覆を
付着させる方法に関する。

グロー放電付着は、イオンがプラズマを形成し
陰極体に当たり徐徐に層を形成する公知の方法で
ある。プラズマは室内の低圧ガス中に生ずる。た
とえばシリコン層はシランガスプラズマから付着
し、炭素層は炭化水素プラズマから成長する。

高周波電源及び直流電源の両方を使い、導電性
基板に層が生長すると必要なグロー放電を生ず
る。

たとえば炭素を絶縁基板に生長させるにはガス
のRF励振を使いプラズマを生成する必要がある
と考えられる。その理由は電気絶縁陰極基板がグ
ロー放電の発生を妨げるからである。

ガラス基板に無定形炭素を生長させる公知の方
法は米国特許第4060660号明細書に記載してある。
この方法の実質的な特長は基板を300℃以上に加
熱することにある。しかしこのような加熱は望ま
しくない。たとえばガラスはその表面に分解が起
り、炭素層の物理的及び電気的の性質は温度の影
響を受ける。

さらに詳述するならば、よく知られているよう
に陰極は導電性でなければならない。陰極上の導
電性の基板は、それ自体電気的には陰極の一部で
ある。すなわちグロー放電は、陽極と、基板の導
電性部分との間に形成される。グロー放電におい
ては、正イオンは陰極の方へ引付けられ、高エネ
ルギーで陰極に衝突する。アルゴン・イオンに関
しては、このエネルギーは、陰極の分子を移動さ
せるのに充分であり、この場合、陰極はターゲツ
トと呼ばれ、移動させられた分子は、隣接する基
板に付着する。この過程がスパツタリングと呼ば
れる。

炭化水素ガスが使用されるときは、炭素イオン
は陰極上に引付けられ、充分な炭素イオンが陰極
表面に付着し、陰極上に被覆層を築き上げるよう
に、エネルギー・レベルが配列される。このよう
にして、前述したとおりグロー放電により炭素層
が炭化水素プラズマから成長する。正イオンの陰
極表面上への到達と同時に、正イオンを中性する
負の電子が陰極表面上へ到達する。さもなけれ
ば、正のイオンが陰極上に集まつて、さらに正の
イオンが付着するのを妨げることになる。直流グ
ロー放電装置においては、負の電子の陰極への供
給は、導電性の基板と、成長しつつある導電性の
付着層とを経て行なわれる。被覆するようとする
基板か又は被覆層自体のいずれかが、電気的に絶
縁性であるときは、陰極と陽極とに対してRF電
源を使用するのが普通である。電界逆転の間の重
いイオン（ゆつくりと移動する）とより軽い電子
（早く移動する）との移動性の差のために、基板
と被覆との表面は、正味の負の電位のままであ
る。半サイクルの間に基板表面に衝突するイオン
は、他の半サイクルの間に電子によつて中性にさ
れることにより、正の電荷が集積してこの結果さ
らにイオンの付着するのを停止させようとするこ
とのないようにする。

特公昭51―23477号公報に記載された炭素被覆
形成方法においては、黒鉛の形態の炭素層が成長
し、DC電源又はRF電源のどちらも使用できる。
特開昭49―5266号公報に記載された気相成長方法
においては、単結晶シリコンの層が成長し、この
層は450℃ないし1000℃の温度で導電性であり、
したがつてDC電源又はRF電源のどちらも使用で
きる。

RF電源の使用は、DC電源の使用に比べて一層
高価である。RF電源を使用する装置は、作るの
に高価であり、手の込んだ電磁しやへいを必要と
する。それゆえ、グロー放電装置に対しては、
DC電源を使用するのが有利である。従来は、前
述したように正電荷の蓄積を避けるために、電気
的に絶縁性の基板上に赤外線に透明な炭素から成
る電気的に絶縁性の層を成長させるのにはRF電
源の使用が必要であると考えられていた。

この出願の発明者は、電気的に絶縁性の基板よ
りも陰極を一層大きく作れば、この基板上に赤外
線に透明な炭素の層を成長させるのにDC電源を
使用できることを見出したのである。従来の考え
方によれば、この基板に付着する炭素は、露出し
た陰極表面を、電気的に絶縁性の炭素で被覆する
ことになり、正の電荷の蓄積を与えることによ
り、さらに炭素の付着するのを妨げるであろうこ
とが予測されるのであり、このような考え方が、
グロー放電装置の技術者の従来の見解であつて、
たとえば英国特許第1582231号明細書第１頁第15
ないし第19行に記載されている。この記載によれ
ば、DCグロー放電において金属陰極を炭化水素
ガスに露出させることによつて、炭素の層は金属
陰極上で成長するが、付着した炭素は、導電性が
低いので電流の流通を制限し、正の電荷が金属陰
極の表面に蓄積するのを許容することになると判
断されている。

これに反し、この出願の発明によれば、DCグ
ロー放電を使用しても、絶縁性の基板上に赤外線
に透明な炭素の層を成長させるのに成功したので
ある。

したがつて本発明によれば、電気絶縁性の基板
に、赤外線に透明な硬質炭素の層を被覆する、硬
質炭素層被覆方法において、 (イ) 陰極より小さい面積を持つ前記基板を、前記
陰極の露出区域が前記基板を囲むように、グロ
ー放電室内において前記陰極上に配置する段階
と、 (ロ) 前記グロー放電室内に、真空を維持すると共
にガスを入れる段階と、 (ハ) 前記陰極と陽極との間にグロー放電を確立す
るように、前記グロー放電室内において前記陰
極と前記陽極との間に直流電位を印加して、前
記陰極の露出区域により、前記基板の上方にグ
ロー放電と暗部とを維持する段階と、 (ニ) 炭素被覆を受入れるように、前記基板の表面
を調整する段階と、 (ホ) 炭化水素ガスを前記グロー放電室内に入れる
段階と、 (ヘ) 前記基板の温度を300℃以下に維持する段階
と、を備えることにより、炭素の正イオンが前記基板
に衝突し、この基板に付着して赤外線に透明な硬
質炭素の被覆を形成する、硬質炭素層被覆方法を
提供するものである。

本発明方法を実施する装置は、真空ポンプによ
り減圧することのできる室と、適当なガスの供給
源と、被覆しようとする基板より大きい表面積を
持つ陰極と、直流電力源とを備えている。陰極対
基板の半径比は約1.5又はそれ以上である。

基板は、ガラス質又は結晶質の材料のような電
気絶縁材である。たとえば基板は硫化亜鉛、セレ
ン化亜鉛、シリカ、岩塩又はガラスでよい。

被覆はブタン、メタン、アセチレン等のような
ガスからの硬質ダイヤモンド状付着炭素又はシラ
ンガスからのシリコン又はゲルマンガスからのゲ
ルマニウムである。

薄い基板は導電性陰極上に直接置く。比較的厚
い基板に対しては陰極はたとえばくぼみを形成し
て、陰極及び基板の上面がほぼ同じ平面になるよ
うにする。

付着に先だつて基板はアルゴンイオン衝撃によ
り清掃する。

陰極内には、加熱部片又は冷却部片或いはこれ
等の両部片が組み込まれている。

以下本発明硬質炭素層被覆方法の実施例を添付
図面について詳細に説明する。

第１図に示すようにグロー放電室（以下単に室
と呼ぶ）１は、ガス入口２と真空ポンプ４に連結
した出口３とを備えている。弁５，６はガス入口
２，出口３を通る流れを制御する。室１内には基
板８たとえば偏平板又はレンズを支える陰極７を
設けてある。陰極７内には、加熱部片９及び（又
は）冷却部片が入れられており、陰極は室１から
電気的に絶縁されている。１例では陰極７は、直
径が120mmであり、基板は直径が60mmであつた。
電線１０，１１は陰極７から直流電源１２に又加
熱部片９から加熱源１３にそれぞれ通じ、管部片
１４，１５は、前記冷却部片から室１の外側の冷
却源（図示してない）に通じている。陰極７のま
わりに接地しやへい１６を取付け放電を閉じ込め
る。基板８は第２図に示すように陰極７内に埋込
んでもよい。

基板８に被覆する操作は次の通りである。室第
１は約10^-4トル又はそれ以下に減圧て空気及び汚
染物を除く。アルゴンガスを室１内に送入すると
共に弁６を絞り約10^-1ないし10^-2トルたとえば
0.5トルの圧力にする。

約―2KVの直流電圧を陰極７に加え陰極７の
非しやへい区域にグロー放電を生じさせ、電流の
流れにより基板８の正電荷の蓄積を減らす。この
ようにして生ずるプラズマからのアルゴンイオン
は基板８に当たりその表面を清掃する。たとえば
10minのアルゴンイオン衝撃を使う。

グロー放電を保ちながらアルゴン供給を止め炭
化水素ガスを室１内に送入する。このガスは10^-1
ないし10^-2トルの圧力のブタン、メタン、アセチ
レン等でよく炭化水素プラズマを形成する。硬質
ダイヤモンド状炭素の層は負に帯電した基板８に
当たる炭素原子及びイオンにより生成する。この
場合これ等の原子及びイオンは所要の厚さの層を
徐徐に生成する。たとえば1μｍの厚さの層は約
1hrで生成する。

層が十分に生成すると直流の供給を止め、室内
の真空を釈放し基板を取出す。

付着に先だつて約250℃までの基板の加熱を行
い接着を強める。炭素層が付着すると、温度は
300℃又はそれ以上に上げてはならない。さもな
ければ赤外線吸収黒鉛炭素が付着する。

シリコン及びゲルマニウムはそれぞれシラン及
びゲルマンを使い炭素と同様にして付着させる。

多重層被覆は、グロー放電を保持すると共に室
内のガスを変えることにより図示の装置で形成で
きる。たとえばシリコン層及びゲルマニウム層は
それぞれシランガス及びゲルマンガスを使い直流
グロー放電で成長させる。

硫化亜鉛のような若干の材料に対しては薄いた
とえば約1000Åのシリコン層を付着させ引続く炭
素付着のための接着層を形成する。

英国特許願第8027279号［特願昭56―130355号
（特開昭57―111220号公報参照）］に記載してある
ようにゲルマニウム及びシリコンの基板は直流グ
ロー放電法により硬質炭素の薄い層を被覆でき
る。この方法は導電性基板に厚い絶縁層を成長さ
せるのに使うことができる。

炭素被覆の若干の利点は、その赤外線波長にお
ける透明度とその高い硬度とその化学耐久性とで
ある。

以上本発明をその実施例について詳細に説明し
たが本発明はなおその精神を逸脱しないで種種の
変化変型を行うことができるのはもちろんであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気絶縁基板に被覆する本発明硬質炭
素層被覆方法を実施する付着装置の線図的配置
図、第２図は本発明硬質炭素層被覆方法で厚い基
板に被覆するときに使う陰極の側面図である。１…グロー放電室、７…陰極体、８…基板。

Claims

【特許請求の範囲】１電気絶縁性の基板に、赤外線に透明な硬質炭
素の層を被覆する、硬質炭素層被覆方法におい
て、 (イ) 陰極より小さい面積を持つ前記基板を、前記
陰極の露出区域が前記基板を囲むように、グロ
ー放電室内において前記陰極上に配置する段階
と、 (ロ) 前記グロー放電室内に、真空を維持すると共
にガスを入れる段階と、 (ハ) 前記陰極と陽極との間にグロー放電を確立す
るように、前記グロー放電室内において前記陰
極と前記陽極との間に直流電位を印加して、前
記陰極の露出区域により、前記基板の上方にグ
ロー放電と暗部とを維持する段階と、 (ニ) 炭素被覆を受入れるように、前記基板の表面
を調整する段階と、 (ホ) 炭化水素ガスを前記グロー放電室内に入れる
段階と、 (ヘ) 前記基板の温度を300℃以下に維持する段階
と、を備えることにより、炭素の正イオンが前記基板
に衝突し、この基板に付着して赤外線に透明な硬
質炭素の被覆を形成する、硬質炭素層被覆方法。２前記基板の表面を調整する段階が、シリコン
の被覆を、シランガスから付着させることである
特許請求の範囲第１項記載の硬質炭素層被覆方
法。３前記基板の表面を調整する段階が、ゲルマニ
ウムの被覆を、ゲルマンガスから付着させること
である特許請求の範囲第１項記載の硬質炭素層被
覆方法。４前記硬質炭素の層を被覆するに先立つて、前
記基板を加熱する特許請求の範囲第１項記載の硬
質炭素層被覆方法。５前記基板の表面を調整する段階が、前記硬質
炭素の層を被覆するに先立つて、前記基板をイオ
ン衝撃により清掃することである特許請求の範囲
第１項記載の硬質炭素層被覆方法。６前記基板の被覆される表面を、前記陰極の露
出面と実質的に同一平面にするように、前記基板
を、前記陰極のくぼみに配置する特許請求の範囲
第１項記載の硬質炭素層被覆方法。