(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から閉鎖された反応室を内部に有し、外部から電気ヒータ等によって加熱することが可能な反応容器本体と、該反応容器本体に接続され、該反応室にガスを導入したり、該反応容室内のガスを排出したりするためのガス配管とが備えられたＣＶＤ用反応容器において、
前記反応容器本体は、金属製の外側容器と、該外側容器の内側に収容された黒鉛製の内側容器との二重構造とされており、該内側容器の表面はガスバリヤ性を有する表面処理層が形成されていることを特徴とするＣＶＤ用反応容器。
【請求項２】
表面処理層は、熱分解炭素、炭化ケイ素、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、ボロン化処理層の少なくとも一層からなることを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ用反応容器。
【請求項３】
外側容器と内側容器との間には隙間が設けられており、該隙間の雰囲気は不活性ガスによって置換可能とされていることを特徴とする請求項１又は２記載のＣＶＤ用反応容器。
【請求項４】
外側容器と内側容器との間の隙間はシール部材によってシールされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＣＶＤ用反応容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマＣＶＤ、ＣＶＩ、パルスＣＶＩ、ＯＭＣＶＤ、活性化ＣＶＤ等の各種ＣＶＤに用いられる反応容器に関する。このＣＶＤ反応容器は、熱分解炭素、炭化ケイ素、窒化ケイ素等を常圧法によってコーティングするのに用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤは気体原料から化学反応を経て、薄膜や粉体等の固体材料を合成するプロセスであり、その気体原料の種類や温度、圧力といった様々な条件を替えることにより、多様な材料を提供することができる。このため、現在までに、エレクトロニクスデバイス、工具類の表面処理、耐熱材料のコーティング等、様々な分野においてＣＶＤの技術が使われている。
【０００３】
ＣＶＤを行うためには、外部から閉鎖された反応室に気体原料を導入したり、反応室内のガスを排気したりするため、ＣＶＤ用反応容器が必要とされる。そして、ＣＶＤは高温下で行われることもあるため、ＣＶＤ反応容器には耐熱性が要求される。さらに、ＣＶＤは気体原料として水素ガスや炭化水素ガスなどの可燃性ガスを用いることもあるため、ＣＶＤ用反応容器は爆発に耐え得る機械的強度を有することも要求される。従来、こうした耐熱性及び防爆性の要求を満たすＣＶＤ用反応容器の材料としては、インコネル、インコロイ、ハステロイ等の耐熱合金が多く用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、常圧ＣＶＤ法によって炭化ケイ素や窒化ケイ素等のケイ素化合物をコーティングしたりそれらの粉末を合成したりしようとした場合、上記従来の耐熱合金からなるＣＶＤ用反応容器では、原料となるメチルトリクロロシランやテトラクロロシランと、耐熱合金中の鉄とが反応して低融点のケイ化鉄となって溶融してしまうため使用することができないという問題があった。また、常圧ＣＶＤ法によって熱分解炭素をコーティングしたり、その粉末を合成しようとした場合においても、上記従来の耐熱合金からなるＣＶＤ用反応容器では、耐熱合金中の鉄と炭素とが反応して低融点の炭化鉄となって溶融してしまうため、やはり使用することができないという問題があった。
【０００５】
これらの不具合は、常圧下ではなく減圧下においてＣＶＤを行うことにより、ケイ鉄や炭化鉄の生成反応を遅くして防止することができる。しかし、減圧下で炭化ケイ素や窒化ケイ素等を合成するためには１５００〜２０００°Ｃ程度の高温が必要となるため、特別な加熱機構が必要となり、炉材も高度な耐熱材料が必要とされる。このため、ＣＶＤ装置の製造コストが高騰化するとともに、エネルギーの消費量も多くなり、ひいてはＣＶＤ処理コストの高騰化をも招来することとなる。
【０００６】
また、ＣＶＤ用反応容器の材料として耐熱合金の替わりに、石英ガラス製の反応容器を用いることも考えられる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開平８−９１９６３号公報（段落番号００１３）
【０００７】
こうであれば、反応容器内に導入したメチルトリクロロシランやテトラクロロシラン等のガスや炭素によって反応容器が溶融することはなく、十分な耐熱性を有することとなる。しかし、石英ガラスは高価である。また、大きな反応容器を製造することは困難である。さらには、石英ガラスは割れやすいため、水素ガス等のような可燃性ガスの爆発の衝撃によって破損する危険がある。
【０００８】
本発明は上記従来の発明に鑑みてなされたものであり、常圧ＣＶＤ法によってケイ化物や熱分解炭素をコーティングしたり、それらの粉末を製造したりするために用いることが可能であり、可燃性ガスの爆発によって破損する危険性が小さく、ＣＶＤ処理コストの低廉なＣＶＤ用反応容器を提供することを解決すべき課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＶＤ用反応容器は、外部から閉鎖された反応室を内部に有し、外部から電気ヒータ等によって加熱することが可能な反応容器本体と、該反応容器本体に接続され、該反応室にガスを導入したり、該反応容室内のガスを排出したりするためのガス配管とが備えられたＣＶＤ用反応容器において、前記反応容器本体は、金属製の外側容器と、該外側容器の内側に収容された黒鉛製の内側容器との二重構造とされていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のＣＶＤ用反応容器では、原料ガスと直接接する内側容器に化学的耐久性に優れた黒鉛を用いている。このため、常圧ＣＶＤ法によって炭化ケイ素や窒化ケイ素等のケイ素化合物や熱分解炭素をコーティングしたり、それらの粉末を合成したりしても、ＣＶＤ用反応容器が原料ガスや生成物と反応して溶融するということは起こらない。このため、減圧ＣＶＤ法より低い温度で炭化ケイ素や窒化ケイ素等のケイ素化合物や熱分解炭素をコーティングしたり、それらの粉末を合成したりすることが可能となる。このため、ＣＶＤ装置の製造コストを低廉化でき、エネルギーの消費量も少なくなり、ひいてはＣＶＤ処理コストが低廉なものとなる。
【００１１】
また、反応容器本体の外側容器には、機械的強度が優れた金属製の外側容器を用いているため、たとえＣＶＤ用反応容器内に存在する水素などの爆発性ガスが爆発したとしても、外側容器が破損するおそれは小さく、安全性に優れている。こうした金属としては、インコネル、インコロイ、ハステロイ等の耐熱耐腐食合金を用いることができる。
【００１２】
したがって、本発明のＣＶＤ用反応容器は、常圧ＣＶＤ法によってケイ化物や熱分解炭素をコーティングしたり、それらの粉末を製造したりするために用いることが可能であり、可燃性ガスの爆発によって破損する危険性が小さく、ＣＶＤ処理コストも低廉なものとなる。
【００１３】
本発明のＣＶＤ用反応容器は、外側容器と内側容器との間に隙間が設けられており、隙間の雰囲気は不活性ガスによって置換可能とされていることが好ましい。こうであれば、例え金属製の外側容器を腐食させる腐食性ガスが内側容器内から隙間に漏れたとしても、その腐食性ガスを不活性ガスによって置換することにより、速やかに外部に排除することが可能となる。このため、外側容器の溶融を食い止めることができる。ここで不活性ガスとは、アルゴンやヘリウムなどの希ガスの他、窒素や炭酸ガス等化学的に不活性なガスも含む。
【００１４】
外側容器と内側容器との間の隙間はシール部材によってシールされていることが好ましい。こうであれば、金属製の外側容器と反応する腐食性ガスが内側容器内から隙間に漏れることを防止することができ、外側容器の腐食をさらに食い止めることが可能となる。このようなシール部材としては、例えば、フッ素樹脂製のＯ−リングなどが挙げられる。
【００１５】
内側容器の表面はガスバリヤ性を有する表面処理層が形成されていることが好ましい。内側容器を構成する黒鉛は、高温下では酸素によって酸化される性質を有している。内側容器の表面にガスバリヤ性を有する表面処理層が形成されていれば、酸素が直接黒鉛に接することがなくなり、高温下における内側容器の酸素による酸化を防止することができる。こうしたガスバリヤ性を有する表面処理層としては特に限定は無く、熱分解炭素、炭化ケイ素、炭化チタン、ボロン化処理層としたり、これらの膜を多層膜としたものを表面処理層とすることもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
（実施例）
実施例のＣＶＤ用反応容器は、図１に示すように、黒鉛からなる略円筒容器形状の内管１と、内管１と一定の隙間を介して外側に配置されたインコネルからなる略円筒形容器形状の外管２とを備えている。外管２及び内管１の上端はドーム形状に閉じられており、外管２と内管１との間の隙間の上部にはアルミナ繊維からなるクッション部材２０が詰められている。内管１の下端の周縁にはフランジ１ａが削り出しによって一体に成形されている。外管２の側面下方には、イナートガス供給管２ａ及びイナートガス排気管２ｂが溶接によって接続されている。フランジ１ａの上面はフッ素樹脂製のＯ−リング３を介して固定リング５が被せられている。固定リング５はＳＵＳ３１６Ｌからなり、断面はクランク形状とされており、その内面の下端には雌ネジが形成されている。固定リング５の上端は外管２の下端と溶接によって接合されている。また、フランジ１ａの下面にはＳＵＳ３１６Ｌ製のストッパリング４が密接して配置されており、ストッパリング４の外周には、固定リング５の内面の下端に形成された雌ネジと螺合可能な雄ネジが形成されている。固定リング５の下面はフッ素樹脂製のＯ−リング７を介して台座６の上面と接している。台座６の下部には、内部に冷却水を流すことが可能な水冷ジャケット６ａが設けられている。台座６の上面は、黒鉛製のサセプター８が載置されており、サセプター８は内管１の下端内部空間をほぼ埋め尽くす形状とされている。固定リング５の周囲は水冷ジャケット９によって取り囲まれており、水冷ジャケット９の内部には冷却水を流すことが可能な冷却水路９ａが設けられている。固定リング５及び台座６には互いに整合する位置の８箇所に雌ネジ１０が形成されており、ボルト１１を雌ネジ１０に螺合させることによりＯ−リング３及びＯ−リング７が下方へ押圧され、内管１とストッパリング４とサセプター８と台座６とが密着するようにされている。台座６の中央にはガス配管１２が溶接によって接続されており、ガス配管１２は途中で分岐され、それぞれ電磁弁１３ａ及び電磁弁１３ｂに接続されている。電磁弁１３ａはガス供給管１４ａを介して図示しない原料ガス供給装置に接続されている。また、電磁弁１３ｂはガス排気管１４ｂを介して図示しない真空ポンプに接続されている。サセプター８には、サセプター８の下端中央から上方へ垂直に延在し、途中から斜め上方の四方向に分岐するガス通路１５が設けられている。ガス通路１５の下端はガス配管１２の上端と整合されている。
【００１８】
内管１の表面及びサセプター８の表面には、パルスＣＶＩ法によりβ型炭化ケイ素がコーティングされている。パルスＣＶＩ法の条件としては、原料ガスとして４容量％のメチルトリクロロシランを含む水素ガスを用い、温度を１０００°Ｃとし、排気とガス導入とを２〜４秒／サイクルの間隔で１００００回繰り返した。こうして、パルスＣＶＩ法を行うことにより、内管１の表面及びサセプター８の表面には１０μｍの厚さの緻密なβ型炭化ケイ素がコーティングされる。
【００１９】
＜パルスＣＶＩ法による炭化ケイ素コーティング＞
以上のように構成された実施例のＣＶＤ用反応容器を用い、以下のようにしてパルスＣＶＩ法による炭化ケイ素のコーティングを行った。
【００２０】
ボルト１１を外し、外管１及び内管２を固定リング５、ストッパリング４及び水冷ジャケット９とともに引き上げて取り外す。こうして剥き出しにされたサセプター８の上面に、炭化ケイ素のコーティングを行おうとする炭素質多孔体を載置し、再び外管１及び内管２を固定リング５、ストッパリング４及び水冷ジャケット９ととも載せ、ボルト１１を雌ネジ１０に挿入し固定する。
【００２１】
図示しない窒素ボンベからイナートガス供給管２ａを介して内管１と外管２との隙間に窒素ガスを導入し、イナートガス排気管２ｂから排出することによって、内管１と外管２との隙間が絶えず窒素で満たされるようにする。また、水冷ジャケット６ａ及び冷却水路９ａに冷却水を流す。そして、図示しない制御装置によって電磁弁１３ａを閉じ、電磁弁１３ｂを開けて真空ポンプを駆動し、内管１の内部の圧力を１３０Ｐａ以下とした後、外管２の周囲から図示しない電気ヒータによって加熱し、内管１の内部の温度を１０００°Ｃとする。さらに電磁弁１３ｂを閉じ、電磁弁１３ａを開け、原料ガス供給装置からガス配管１２及びサセプター８のガス通路８ａを介して４容量％のメチルトリクロロシランを含む水素ガスを内管１内に導入する。その後、内管１内の排気とガス導入とを２〜４秒／サイクルの間隔で１００００回繰り返す。こうして、パルスＣＶＩ法により、炭素質多孔体に対し炭化ケイ素のコーティングを行った後、電気ヒータによる加熱を停止しする。そして、冷却後、ボルト１１を外し、外管１及び内管２を固定リング５、ストッパリング４及び水冷ジャケット９とともに引き上げて取り外し、炭化ケイ素がコーティングされた炭素質多孔体を取り出す。こうして、パルスＣＶＩ法による炭化ケイ素コーティング作業が終了する。
【００２２】
実施例のＣＶＤ用反応容器は、内管１及びサセプター８に化学的耐久性の優れた黒鉛を用いているため、原料ガスに含まれているメチルトリクロロシランによって腐食溶融することはない。また、内管１及びサセプター８を構成する黒鉛の表面には、パルスＣＶＩ法によって極めて化学的耐久性に優れたβ型炭化ケイ素が緻密にコーティングされている。このため、たとえ内管１内の雰囲気に酸素が混入したとしても、黒鉛の表面に緻密にコーティングされたβ型炭化ケイ素のガスバリヤ性によって、内部の黒鉛の酸化が防止される。さらに、内管１の外側にはインコネル製の外管２によって覆われているため、内管１の内部で可燃性である水素ガスの爆発があったとしても、爆発の影響を外管２によって食い止められ、安全性が高い。また、黒鉛製の内管１とインコネル製の外管２との間には隙間が形成されており、その隙間には、イナートガス供給管２ａから絶えず窒素ガスが供給されており、例え内管１内に存在するメチルトリクロロシランがその隙間に漏れたとしても、窒素ガスとともにイナートガス排気管２ｂから速やかに排気されることとなり、インコネルが腐食溶融することはない。しかも、Ｏ−リング３及びＯ−リング７によるシール効果により、内管１内のガスが内管１と外管２との隙間に漏れるおそれもほとんどない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のＣＶＤ用反応容器の断面図である。
【符号の説明】
１、２、６…反応容器本体（１…内管、２…外管、６…台座）
１２…ガス配管
１…内側容器（内管）
２…外側容器（外管）
３、７…シール部材（Ｏ−リング）
【図１】
0003683572.tif 000002