JPH01157411A - 炭素の除去方法 - 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】 本発明は、光学的バンド巾が２．ＯｅＶ以上、特に２．
６〜４．５ｅＶを有する炭素または炭素を主成分とする
被膜をガラス、金属またはセラミックの表面にコーティ
ングすることにより、ガラス板の補強材、また機械的ス
トレスに対する保護材を得んとしている複合体等を除去
する技術に関する。

本発明で対象する炭素は、ガラス、金属またはセラミッ
クス上に炭素被膜をコーティングし、その機械的強度を
補強しようとするものであり、特にアセチレン、メタン
のような炭化水素気体をプラズマ雰囲気中に導入し分解
せしめることにより、Ｃ−Ｃ結合を作り、結果としてグ
ラファイトのような導電性または不良導電性の炭素を作
るのではなく、光学的エネルギバンド巾（Ｅｇという）
が２、ＯｅＶ以上、好ましくは２．６〜４．５ｅＶを有
するダイヤモンドに類似の絶縁性の炭素を形成すること
を特徴としている。さらにこの本発明の炭素は、その硬
度も４５００Ｋｇ／ｍｍ”以上、代表的には６５００Ｋ
ｇ／ｍｍ２というダイヤモンド類似の硬さを有する。そ
してその結晶学的構造はアモルファス（非晶質）または
５〜２００人の大きさの微結晶性を有している。またこ
の炭素は水素、ハロゲン元素が２５モル％以下の量を同
時に含有している。

本発明はこれらの炭素（以下本発明においては単に炭素
という）をガラス、金属またはセラミックス上に設けた
複合体等除去することに関する。

この炭素は形成させる際の基板に加える温度を１５０〜
４５０℃とし、従来より知られたＣＶＤ法において用い
られる基板の温度に比べ５００〜１５００℃も低い温度
で形成したことを他の特徴とする。

またこの炭素に■価の不純物であるホウ素を０゜１〜５
モル％の濃度に添加し、Ｐ型の炭素を設け、また７価の
不純物であるリンを同様に０．１〜５モル％の濃度に添
加し、Ｎ型の炭素を設けることにより、この基板上面の
炭素をグラファイト構造とは異なる価電子制御による半
導電性を有せしめたことを他の特徴としている。

さらにこの基板上にＰＩＮ接合またはＮＩＰ接合を有す
る炭素を設けることにより、ダイオード特性を有する半
導体的特性を有せしめることを特徴としている。

また本発明は基板特にガラスまたはセラミックを用い、
その後この基板の一部を選択的に除去してインクジェッ
トノズル、光通信用石英ガラスの引き出し用ノズルとし
て設けるものである。

またガラス基板上に選択的に炭素被膜を設け、電子ビー
ム露光装置または紫外線の露光装置のフォトマスクとし
て用いることを他の特徴としている。

さらに本発明の複合体はバルブ、耐磨耗材料、またはＰ
ＩＮ型を有する半導体としての装置例えば受光または発
光素子への応用が可能である。

以下に図面に従って本発明に用いられた複合体の作製方
法を記す。

被膜作製例１ 第１図は本発明で用いる炭素を形成するためのプラズマ
ＣＶＤ装置の概要を示す。

図面において反応性気体である炭化水素気体、例えばア
セチレンが（８）よりバルブ、流量計（５）をへて反応
系中の励起室（４）に導入される。さらに必要に応じて
、キャリアガスを水素またはへリュームにより（７）よ
りバルブ、流量計（６）をへて同様に励起室に至る。こ
こに■価または７価の不純物、例えばジボランまたはフ
ォスヒンを導入する場合はさらに同様にこの系に加えれ
ばよい。

これらの反応性気体は２．４５Ｇ）Ｉｚのマイクロ波に
よる電磁エネルギにより０．１〜５Ｋｗのエネルギを加
えられ、励起室にて活性化、分解または反応させられる
。さらにこの反応性気体は反応炉（１）にて加熱炉（９
）により１５０〜４５０″Ｃに加熱させ、さらに１３．
５６ＭＨｚの高周波エネルギ（２）により反応、重合さ
れ、Ｃ−Ｃ結合を多数形成した炭素を生成する。この際
、加える電磁エネルギが小さい場合はアモルファス構造
の炭素が生成される。他方、この電磁エネルギを強く加
えた場合は５〜２００人の大きさのダイヤモンド形状の
微結晶性を有する炭素を生成させ得る。この反応は電源
（１３）によりヒータ（１１）を加熱し、さらにその上
の基板（１０）を加熱して行う。そしてこの基板の上面
に被膜として反応生成物の炭素被膜が形成される。反応
後の不要物は排気口（１２）よりロータリーポンプを経
て排気される０反応室（１）は０．００１〜１０ｔｏｒ
ｒ代表的には０．１〜Ｑ、５ｔｏｒｒに保持されており
、マイクロ波（３）、高周波（２）のエネルギにより反
応室（１）内はプラズマ状態が生成される。特にＩＧＨ
ｚ以上の周波数にあっては、Ｃ−Ｈ結合より水素を分離
し、０゜１〜５０ＭＨｚの周波数にあってはＣ−Ｃ結合
、Ｃ＝Ｃ結合を分解し、；Ｃ−Ｃ＜結合または−Ｃ−Ｃ
−結合を作り、炭素の不対結合手同志を互いに衝突させ
て共有結合させ、安定なダイヤモンド構造を有せしめた
。

かくしてガラス、金属、セラミックスよりなる被形成面
を有する基板上に炭素特に炭素中に水素を２５モル％以
下含有する炭素またＰ、■またはＮ型の導電型を有する
炭素を形成させた。

被膜作製例２ 第２図（Ａ）は第１図の製造装置により作られた複合体
の一例である。第２図（Ａ）はガラスの上にＰまたはＮ
型の導電型を有する炭素膜を形成させた。この電気伝導
率はｉｏ−’〜１０−２（０ｃｍ）　−’を有し、自動
車の窓の内表面に設けて、ここに電流を０．０１〜ＩＡ
流すことにより発熱せしめ、雨等の環境による曇どめを
実施せしめた。

これは自動車のみならず、多くの分野においてその応用
が可能である。

被膜作製例３ 第２図（Ｂ）は実施例１を用いた本発明方法によってこ
の炭素（２２）を基板（２０）の表面全面に形成したも
のである。かかる炭素を板状の基板のみならず任意の形
状を有する基体（２０）にも形成して、複合体とし得る
。更にこの複合体は切さく機の歯、耐摩耗性表面を有せ
しめる金属またはセラミックの表面とし得る。

被膜作製例４ 第２図（Ｃ）は実施例１の作製方法によって得られた炭
素を用いた複合体の例である。即ち円錐状の穴があけら
れた被形成面を有するセラミックまたは金属の基板の表
面に炭素（２２）を０．１〜３μｍの厚さに設けである
。穴（２３）　、　（２３”）をインクジェット又は光
通信用の石英の紡錘ジグに用いる場合、０．０５〜５μ
ｍの大きさを有し、かつこの穴が耐摩耗性を必要とする
ため、かかる複合体はきわめて好都合であった。この炭
素をコーティングしないものに比べて、１０２〜１０４
倍もの耐久性を有していた。

被膜作製例５ 第２図（Ｄ）は実施例１に示される方法で形成される炭
素を用いた本発明の他の複合体の実施例を示す。即ち基
板（２０）上にＰＩＮ接合をまたはＮＩＰ接合を有する
価電子制御用の炭素を設けたものである。即ちＰまたは
Ｎ型の炭素半導体（２５）、■型の炭素、ＮまたはＰ型
の炭素半導体（２７）よりなる炭素半導体（２４）であ
る。このＰまたはＮ型の炭素層は０．０１〜５モル％例
えば１〜３モル％の濃度にホウ素またはリンを添加した
。これは（２８）の部分にリフトオフ用の材料を選択的
に設け、全面に形成した後、リフトオフを第３図の製造
方法と同様の方法を用いて得たものである。本発明は基
板の全面に炭素を形成してもまたＰＮ接合またはその他
の構造を設けてもよい。

この半導体のうち、炭素ＩＪ　（２６）のエネルギバン
ド巾は他の炭素層（２５）　、　（２７）に比べて小さ
く、珪素またはゲルマニュームを添加して形成し、ここ
に電極（２９）を設け、縦方向に電流を基板との間に流
すことにより炭素の発光素子を基板上に集積化して設け
ることができた。かかる発光素子とする複合体にあって
は、基板はステンレス等の導体であることが必要である
。この場合、炭素層（２５）、炭素層（２７）はエネル
ギバンド巾が２．６〜４．５ｅＶであり、また炭素層（
２６）は２〜３ｅＶとすることによって白色または緑、
青等の色の発光素子を基板上に設けることができた。

被膜作製例６ 第３図はフォトマスクを設けた場合の構造である。すな
わち第３図（Ａ）においては、ガラス特に石英ガラス（
２０）上に選択的にエツチングして被膜（２９）を設け
、この上面に炭素被膜を０．１〜１μｍの厚さに実施例
１の方法で形成した。ｑの後リフトオフを行うことによ
り、選択的に炭素被膜（２１）層を設けた。これは超Ｌ
ＳＩ等の半導体用のマスクとしてきわめてすぐれたもの
であり、電子ビームまたは遠紫外光に対してマスク効果
を有するとともに、耐摩耗性に優れており、また半永久
的に使用が可能である。

かかるフォトマスク用の炭素被膜の作製に際し識別しや
すくするため、若干の色調をつけることは有効である。

このためには炭素被膜の作成の際同時に着色用不純物を
添加したプラズマＣＶＤ方法を用いることもできる。

炭素被膜の選択的な除去方法として、基板全面に設けら
れた炭素に対し、酸化物雰囲気中にてレーザ光を選択的
にコンピュータ制御により行い、不要の部分の炭素を酸
化して炭酸ガスとして放出して除去する。その結果、第
３図（Ｂ）のごときマスクを作ることができた。

このレーザ光による選択エツチングは被膜作製例１〜５
に対しても、その工業的応用に関して任意に用いること
ができる。また選択的に除去を行う方法としては残した
い部分にフォトレジスト等によりマスクを形成し、同様
に酸化物雰囲気中にてプラズマ処理を行い炭素を炭酸ガ
スに変化せしめて除去することも可能である。

さらに全面的に炭素を除去する場合は被処理物を酸化物
雰囲気中におき、熱またはプラズマ処理を施こし炭素を
酸化させ炭酸ガスに変化せしめて除去することができる
。

以上の説明より明らかな如く、本発明はガラス、金属ま
たはセラミックの表面または内部に炭素または炭素を主
成分とした被膜をコーティングして設けたものを酸化物
雰囲気中にて炭素を酸化して炭酸ガスに変化せしめて除
去するものであり、選択的に除去することが必要であれ
ばマスク又はレーザ光を用いて部分的に除去することが
可能である。

またこの除去の対象となる炭素被膜は数多くの作製例に
みられる如く、その応用は計り知れないものであり、特
にこの炭素が４５０°Ｃ以下の低温で形成され、その硬
度また基板に対する密着性がきわめて優れているのが特
徴である。

本発明で用いられたセラミックはアルミナ、ジルコニア
、またはそれらに炭素またはランタン等の希土類元素が
添加された任意の材料を用いることができる。また金属
にあっては、ステンレス、モリブデン、タングステン等
の少な（とも３００〜４５０″Ｃの温度に耐えられる材
料ならばすべてに応用可能である。またガラスは石英の
みならずソーダガラス等に対しても被膜化が可能であり
、その応用はきわめて広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の炭素を被形成面上に作製する製造装置
の概要を示す。 第２図（Ａ）〜（Ｄ）および第３図は本発明で用いる炭
素の作製例を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に設けられたダヤモンドと類似の硬さを有す
   る炭素または炭素を主成分とする炭素を酸化物雰囲気中
   にて酸化させ炭酸ガスに変化せしめることにより除去す
   ることを特徴とする炭素の除去法。 ２、特許請求の範囲第１項において前記炭素に対し酸化
   物雰囲気中にてレーザ光を照射し、酸化せしめ炭酸ガス
   として除去することを特徴とする炭素の除去方法。