JP2554100B2 - ダイヤモンド皮膜の研磨方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、気相合成法で作製したダイヤモンド皮膜を
工業的に利用する際のダイヤモンド皮膜の研磨方法に関
する。

＜従来の技術＞ 現在、ダイヤモンドの人工合成は高温高圧法による方
法のみが工業的に使用されている。しかし、最近炭化水
素ガスを原料とし低温低圧下でのダイヤモンド皮膜の合
成が試みられている。例えば、プラズマを利用した方法
としてマイクロ波無電極放電により、炭化水素と水素ガ
スとの混合ガスをプラズマ化し、ダイヤモンド膜を製造
する方法（特開昭58−110494号公報）等が公知である。
このような方法で合成されたダイヤモンド皮膜は結晶性
が良く、硬度、工学特性とともに天然ダイヤモンドに近
い性質を示す。しかし、ダイヤモンド皮膜表面にはダイ
ヤモンド結晶の自形面が露出しており、７μｍの膜厚で
１μｍ程度の表面粗さを示し、気相合成法で作製したダ
イヤモンド皮膜を工業的に利用する際には研磨処理を行
い、表面粗さを減少させる必要がある。

このため、従来ダイヤモンド皮膜の研磨方法は第６図
に示すように、タング１に取付けたホルダ２にダイヤモ
ンド皮膜をコーティングした基板３を固定し、基板３の
ダイヤモンド皮膜面をダイヤモンドペーストを塗布した
鋳鉄製の研磨板４に押し当てて、研磨板４を回転させる
ことによってダイヤモンド皮膜を研磨していた。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 前記した従来の機械的な研磨方法では、基板３にコー
ティングしたダイヤモンド皮膜面を研磨板４の表面に均
一に押し当てる必要がある。しかしながら、ダイヤモン
ド皮膜のコーティング面が大面積の時は研磨間板４の表
面に均一に押し当てて研磨することは難しく、また、ホ
ルダ７に機械的振動が発生するとダイヤモンド皮膜に剥
離が生じて、ダイヤモンド皮膜面の平滑化が困難であっ
た。更に、コーティングされるダイヤモンド皮膜の膜厚
は、通常10μｍ以下であるため長時間研磨を行うと、ダ
イヤモンド皮膜自体が摩滅する可能性がある。

本発明は上記した問題点を解決する目的でなされ、気
相合成法で作製したダイヤモンド皮膜の表面を良好に平
滑化することができるダイヤモンド皮膜の研磨方法を提
供しようとするものである。

＜問題点を解決するための手段＞ 前記問題点の解決にあたって本発明は、気相合成法で
作製したダイヤモンド皮膜表面に水素ガス、酸素ガス、
窒素ガス又は希ガスのイオンを照射して、前記ダイヤモ
ンド皮膜表面をエッチング処理することを特徴とする。

＜作用＞ 本発明による研磨方法によれば、ダイヤモンド皮膜表
面にイオン照射を行うことで、ダイヤモンド皮膜表面に
エッチング処理が施されて、ダイヤモンド皮膜表面の平
滑性の向上を図れる。

＜実 施 例＞ 以下、本発明を図示の一実施例により詳細に説明す
る。

第１図は、本発明に係るダイヤモンド皮膜の研磨方法
を示す概略図である。この図に示すように、10は真空容
器、11は基板電極、12はシャッタ電極であり、基板電極
11には高周波電極13が接続されており、基板電極11内に
は冷却水14が循環されている。15はダイヤモンド皮膜を
コーティングしたシリコンウエハーであり、基板電極11
の先端面に取付けた基板ホルダ16に固定されている。17
は真空容器10内にガス（水素ガス、酸素ガス、窒素ガス
又は希ガス）を供給するガス導入管、18はガスの流量及
び真空容器10内の圧力を調整するコック、19は基板電極
11を真空容器10と絶縁するシールド板、10aは排気口、2
0は高周波電源13の電力を制御する電源制御機である。

ここで、シリコンウエハー15にコーティングしたダイ
ヤモンド皮膜の作製方法を、第２図を参照して説明す
る。本実施例では、マイクロ波プラズマCVD法によって
ダイヤモンド皮膜を作製した。この図に示すように、反
応室21内には支持台22に載置したシリコンウエハー15が
配置され、また、反応室21には導波管23を連結したマイ
クロ波発振機24と、反応ガス（本例ではメタンガスと水
素ガスの混合ガス）を供給するガス供給装置25と、反応
室21内を減圧する排気装置26とが接続されている。27,2
8,29,30はコックである。次に、ダイヤモンド皮膜の作
製方法について説明する。まず、排気装置26で反応室21
内を減圧し、コック28,29,30を調整してガス供給装置25
からメタンガスと水素ガスとの混合ガスを毎分70ccで反
応室21内に供給する。この際、コック27を調整して反応
室21内の圧力を30torrにする。次に、マイクロ波発振機
24から発振されるマイクロ波（周波数2.45GHz、出力320
W）が導波管23により反応室21内に伝えられて無電極放
電を発生させる。次に、メタンガスと水素ガスとの混合
ガスを励起すると共にシリコンウエハー15を950℃に加
熱し、６時間析出を行ってシリコンウエハー15上に４μ
ｍ厚程度のダイヤモンド皮膜を作製した。

次に、本発明に係るダイヤモンド皮膜の研磨方法を、
第１図を参照して説明する。まず、排気口10aに接続し
た排気装置（不図示）により真空容器10内を減圧し、ガ
ス導入管17からArガスを導入すると共に、高周波電源13
から高周波電力（13.56MHz）を基板電極11に印加して、
基板電極11とシャッタ電極12間にグロー放電を起こす。
すると、この時に発生するArイオンが基板電極11に照射
されるので、基板電極11の前面に取付けたシリコンウエ
ハー15のダイヤモンド皮膜にエッチング処理が施され
る。この時のエッチング処理条件は、 Arガスの圧力…１×10^-2torr 投入高周波電力…100W 予備排気圧…１×10^-5torr以下 である。

第３図は、前記した方法によりダイヤモンド皮膜をAr
ガスのイオンでエッチング処理する時間と、エッチング
処理されるダイヤモンド皮膜の表面粗さとの関係を示し
たものである。この図に示すように、エッチング処理前
のダイヤモンド皮膜の表面粗さは2000Åと悪いが、エッ
チング処理を施すことにより表面粗さは良好になり、90
分でエッチング処理前のほぼ1/3程度の表面粗さになる
のがわかる。

第４図と第５図は、それぞれエッチング処理前のダイ
ヤモンド皮膜の表面と、90分間エッチング処理を行った
ダイヤモンド皮膜の表面とを走査形電子顕微鏡により80
00倍の倍率で60゜の角度から撮影した写真である。この
写真から、エッチング処理後のダイヤモンド皮膜はエッ
チング処理前に比べて表面の凹凸がなくなり、平滑性が
非常に向上しているのがわかる。

また、前記したダイヤモンド皮膜にエッチング処理を
施す際に、スパッタエッチング処理条件の最適化を行っ
た結果、ダイヤモンド皮膜の平滑性を向上させるための
条件は下記のように限定された。

ｉ） スパッタエッチングによりダイヤモンド皮膜の平
滑性を向上させるにはイオン入射方向はシリコンウエハ
ー15に対して垂直方向への指向性が必要であり、この結
果、Arガスの圧力は２×10^-2torr以下にする。

ii） 投入電力は0.6W/cm²未満ではエッチング速度が非
常に遅く、ダイヤモンド皮膜の表面を平滑化するまでの
処理時間が非常に長く、また投入電力を増加させると処
理時間は短くなるが、10W/cm²以上ではダイヤモンド皮
膜に剥離が生じるので、投入電力は0.6〜10W/cm²にす
る。

尚、前記した実施例ではArガスを使用したが、水素ガ
ス、酸素ガス、窒素ガス又はクリプトンガス、キセノン
ガス、ネオンガス等の希ガスを使用しても同様の効果を
得ることができる。

＜発明の効果＞ 以上、実施例とともに具体的に説明したように本発明
によれば、気相合成法で作製したダイヤモンド皮膜表面
に、水素ガス、酸素ガス、窒素ガス又は希ガスのイオン
照射によるエッチング処理を施すことにより、ダイヤモ
ンド皮膜表面の平滑性の向上を図ることができ、且つ、
ダイヤモンド皮膜に剥離が生じることも防止され、大面
積のダイヤモンド皮膜でも容易に平滑性の向上を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明に係るダイヤモンド皮膜の研磨方法を
示す概略図、第２図は、ダイヤモンド皮膜を作製する装
置を示す概略図、第３図は、エッチング処理時間と表面
粗さとの関係を示すグラフ、第４図は、エッチング処理
前におけるダイヤモンド皮膜表面の結晶構造、第５図
は、エッチング処理後におけるダイヤモンド皮膜表面の
結晶構造、第６図は、従来技術による研磨方法を示す概
略図である。 図面中、 10は真空容器、 11は基板電極、 12はシャッタ電極、 13は高周波電源、 15はシリコンウエハー、 17はガス導入管、 21は反応室、 24はマイクロ波発振機、 25はガス供給装置、 26は排気装置である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気相合成法で作製したダイヤモンド皮膜表
   面に水素ガス、酸素ガス、窒素ガス又は希ガスのイオン
   を照射して、前記ダイヤモンド皮膜表面をエッチング処
   理することを特徴とするダイヤモンド皮膜の研磨方法。