JP2754274B2 - ダイヤモンド膜の製造方法及び製造装置 - Google Patents
ダイヤモンド膜の製造方法及び製造装置Info
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- JP2754274B2 JP2754274B2 JP2096231A JP9623190A JP2754274B2 JP 2754274 B2 JP2754274 B2 JP 2754274B2 JP 2096231 A JP2096231 A JP 2096231A JP 9623190 A JP9623190 A JP 9623190A JP 2754274 B2 JP2754274 B2 JP 2754274B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ダイヤモンド膜の製造方法の改良、特に、アセチレン
等の危険性の高い原料を使用する必要をなくする改良に
関し、 危険性の低い燃料を使用して実現しうるダイヤモンド
膜の製造方法を提供することを目的とし、 基板表面に炭素の燃焼炎の内炎を接触させてなすダイ
ヤモンド膜の製造方法において、前記の炭素の燃焼炎の
内炎を貫通してエネルギー線を照射するように構成す
る。
等の危険性の高い原料を使用する必要をなくする改良に
関し、 危険性の低い燃料を使用して実現しうるダイヤモンド
膜の製造方法を提供することを目的とし、 基板表面に炭素の燃焼炎の内炎を接触させてなすダイ
ヤモンド膜の製造方法において、前記の炭素の燃焼炎の
内炎を貫通してエネルギー線を照射するように構成す
る。
本発明は、ダイヤモンド膜の製造方法及び製造装置の
改良、特に、アセチレン等の危険性の高い原料を使用す
る必要をなくする改良に関する。
改良、特に、アセチレン等の危険性の高い原料を使用す
る必要をなくする改良に関する。
〔従来の技術〕 ダイヤモンドはビッカース硬度が10,000と高く、地球
上で最も硬い材料であり、また、ヤング率も高く、耐摩
耗性や薬品に対する安定性の面においても優れている。
さらに、熱伝導率も2,000W/mKと銅の４倍も高く、絶縁
性に優れ、誘電率も低い。また、赤外域から紫外域まで
の広い波長範囲において透明であり、しかも不純物のド
ーピングによって半導体にもなる。このように、多くの
優れた性質を有するため、ダイヤモンドは工具材料とし
てハイテク産業に必要不可欠な存在であるばかりでな
く、耐摩耗性コーティング、スピーカの振動板、光学部
品の透明コーティング、半導体素子のパッシベーション
膜、ヒートシンク、回路基板、耐環境トランジスタ、青
色発光ダイオード等極めて広い分野における応用が期待
されている。
上で最も硬い材料であり、また、ヤング率も高く、耐摩
耗性や薬品に対する安定性の面においても優れている。
さらに、熱伝導率も2,000W/mKと銅の４倍も高く、絶縁
性に優れ、誘電率も低い。また、赤外域から紫外域まで
の広い波長範囲において透明であり、しかも不純物のド
ーピングによって半導体にもなる。このように、多くの
優れた性質を有するため、ダイヤモンドは工具材料とし
てハイテク産業に必要不可欠な存在であるばかりでな
く、耐摩耗性コーティング、スピーカの振動板、光学部
品の透明コーティング、半導体素子のパッシベーション
膜、ヒートシンク、回路基板、耐環境トランジスタ、青
色発光ダイオード等極めて広い分野における応用が期待
されている。
ところで、ダイヤモンド膜の気相合成方法としては、
各種の方法が開発されている。その中で注目すべきもの
に燃焼炎法がある。これは、高純度の炭素ラジカルを含
んでいる炭素の燃焼炎の内炎を、冷却された状態にある
基板上に接触させて、ダイヤモンドとして結晶成膜させ
る方法であり、成膜速度が高いことが特徴である（燃焼
炎法:NEW DIAMOND,No.10、P.34（1988）参照）。
各種の方法が開発されている。その中で注目すべきもの
に燃焼炎法がある。これは、高純度の炭素ラジカルを含
んでいる炭素の燃焼炎の内炎を、冷却された状態にある
基板上に接触させて、ダイヤモンドとして結晶成膜させ
る方法であり、成膜速度が高いことが特徴である（燃焼
炎法:NEW DIAMOND,No.10、P.34（1988）参照）。
本発明は、この燃焼炎法の改良に関するものである。
上記の燃焼炎法は、100μm/時以上と云う高い成膜速
度が得られる特徴があるが、燃焼に先立ち、炭素をラジ
カル状態に保つ高温状態が必要であるから、内炎におけ
る温度を高くする必要があり、そのために、高温を発生
しうる燃料が必要である。ところが、高温を発生しうる
燃料として使用しうる燃料は、事実上、危険性の高いア
セチレン等に限られると云う欠点がある。
度が得られる特徴があるが、燃焼に先立ち、炭素をラジ
カル状態に保つ高温状態が必要であるから、内炎におけ
る温度を高くする必要があり、そのために、高温を発生
しうる燃料が必要である。ところが、高温を発生しうる
燃料として使用しうる燃料は、事実上、危険性の高いア
セチレン等に限られると云う欠点がある。
本発明の目的は、この欠点を解消することにあり、二
つの独立した目的を有する。第１の目的は、危険性の低
い燃料を使用して実現しうるダイヤモンド膜の製造方法
を提供することにあり、第２の目的は、そのダイヤモン
ド膜の製造方法の実施に使用される製造装置を提供する
ことにある。
つの独立した目的を有する。第１の目的は、危険性の低
い燃料を使用して実現しうるダイヤモンド膜の製造方法
を提供することにあり、第２の目的は、そのダイヤモン
ド膜の製造方法の実施に使用される製造装置を提供する
ことにある。
上記二つの目的のうち、第１の目的は、基板（11）表
面に炭素の燃焼炎の内炎（12）を接触させてなすダイヤ
モンド膜の製造方法において、前記の炭素の燃焼炎の内
炎（12）を貫通して電磁波・レーザ・磁界のいづれか一
つまたは複数を照射または印加してなすダイヤモンド膜
の製造方法によって達成される。
面に炭素の燃焼炎の内炎（12）を接触させてなすダイヤ
モンド膜の製造方法において、前記の炭素の燃焼炎の内
炎（12）を貫通して電磁波・レーザ・磁界のいづれか一
つまたは複数を照射または印加してなすダイヤモンド膜
の製造方法によって達成される。
なお、前記の基板（11）の温度は、900〜1000℃程度
に保持することが効果的であり、また、ダイヤモンド膜
は、大気雰囲気中においても、数10Torr乃至200Torrの
範囲の減圧雰囲気中においても製造することができる。
に保持することが効果的であり、また、ダイヤモンド膜
は、大気雰囲気中においても、数10Torr乃至200Torrの
範囲の減圧雰囲気中においても製造することができる。
上記二つの目的のうち、第２の目的は、下記いずれの
手段によっても達成される。
手段によっても達成される。
第１の手段は、炭素燃焼炎発生手段（２）と、この炭
素燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（12）と接触す
る位置に、基板（11）を冷却しながら保持する基板冷却
保持手段（３）と、前記の炭素燃焼炎の内炎（12）を貫
通して電磁波を照射する電磁波照射手段（４）（６）と
を有するダイヤモンド膜の製造装置である。
素燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（12）と接触す
る位置に、基板（11）を冷却しながら保持する基板冷却
保持手段（３）と、前記の炭素燃焼炎の内炎（12）を貫
通して電磁波を照射する電磁波照射手段（４）（６）と
を有するダイヤモンド膜の製造装置である。
第２の手段は、前記の第１の手段に、前記の内炎を貫
通して磁界を印加する磁界印加手段（５）を付加したダ
イヤモンド膜の製造装置である。
通して磁界を印加する磁界印加手段（５）を付加したダ
イヤモンド膜の製造装置である。
第３の手段は、炭素燃焼炎発生手段（２）と、この炭
素燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（12）と接触す
る位置に、基板（11）を冷却しながら保持する基板冷却
保持手段（３）と、前記の炭素燃焼炎の内炎（12）を貫
通してレーザを照射するレーザ照射手段（７）とを有す
るダイヤモンド膜の製造装置である。
素燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（12）と接触す
る位置に、基板（11）を冷却しながら保持する基板冷却
保持手段（３）と、前記の炭素燃焼炎の内炎（12）を貫
通してレーザを照射するレーザ照射手段（７）とを有す
るダイヤモンド膜の製造装置である。
第４の手段は、内部を数10Torr乃至200Torrの範囲に
減圧する減圧反応室（８）と、この減圧反応室（８）に
収容される炭素燃焼炎発生手段（２）と、この炭素燃焼
炎発生手段（２）の発生する内炎（12）と接触する位置
に、基板（11）を冷却しながら保持する基板冷却保持手
段（３）と、前記の炭素燃焼炎の内炎（12）を貫通して
電磁波を照射する電磁波照射段（４）（６）とを有する
ダイヤモンド膜の製造装置である。
減圧する減圧反応室（８）と、この減圧反応室（８）に
収容される炭素燃焼炎発生手段（２）と、この炭素燃焼
炎発生手段（２）の発生する内炎（12）と接触する位置
に、基板（11）を冷却しながら保持する基板冷却保持手
段（３）と、前記の炭素燃焼炎の内炎（12）を貫通して
電磁波を照射する電磁波照射段（４）（６）とを有する
ダイヤモンド膜の製造装置である。
第５の手段は、前記の第４の手段に、前記の炭素燃焼
炎の内炎（12）を貫通して磁界を印加する磁界印加手段
（５）を付加したダイヤモンド膜の製造装置である。
炎の内炎（12）を貫通して磁界を印加する磁界印加手段
（５）を付加したダイヤモンド膜の製造装置である。
第６の手段は、内部を数10Torr乃至200Torrの範囲に
減圧する減圧反応室（８）と、この減圧反応室（８）に
収容される炭素燃焼炎発生手段（２）と、この炭素燃焼
炎発生手段（２）の発生する内炎（12）と接触する位置
に、基板（11）を冷却しながら保持する基板冷却保持手
段（３）と、前記の炭素燃焼炎の内炎（12）を貫通して
レーザを照射するレーザ照射手段（７）とを有するダイ
ヤモンド膜の製造装置である。
減圧する減圧反応室（８）と、この減圧反応室（８）に
収容される炭素燃焼炎発生手段（２）と、この炭素燃焼
炎発生手段（２）の発生する内炎（12）と接触する位置
に、基板（11）を冷却しながら保持する基板冷却保持手
段（３）と、前記の炭素燃焼炎の内炎（12）を貫通して
レーザを照射するレーザ照射手段（７）とを有するダイ
ヤモンド膜の製造装置である。
アセチレン等の危険性の高い燃料を使用する理由は、
内炎を高温に保持することが必要であるためであるか
ら、メタン、プロパン等の危険性が低く、燃焼炎の温度
が低い燃料を使用しても、その内炎中で付加的発熱が発
生するようにすればよいとの着想にもとづいたものであ
って、この着想を実現するための手段としては、内炎中
の炭素がラジカル化していて電荷を帯びていることを積
極的に利用して、電磁波照射、レーザ照射、磁界印加
等、荷電粒子に反応してこれに発熱をもたらす手段を活
用したものである。
内炎を高温に保持することが必要であるためであるか
ら、メタン、プロパン等の危険性が低く、燃焼炎の温度
が低い燃料を使用しても、その内炎中で付加的発熱が発
生するようにすればよいとの着想にもとづいたものであ
って、この着想を実現するための手段としては、内炎中
の炭素がラジカル化していて電荷を帯びていることを積
極的に利用して、電磁波照射、レーザ照射、磁界印加
等、荷電粒子に反応してこれに発熱をもたらす手段を活
用したものである。
例えば、電磁波またはレーザを照射すると、炭素のラ
ジカルは微振動して内炎内部において発熱が発生する。
また、磁界を印加すると、炭素ラジカルの飛行経路が延
びて、炭素ラジカルが他の粒子と衝突する機会が増加し
て、内炎内部で発熱が発生する。
ジカルは微振動して内炎内部において発熱が発生する。
また、磁界を印加すると、炭素ラジカルの飛行経路が延
びて、炭素ラジカルが他の粒子と衝突する機会が増加し
て、内炎内部で発熱が発生する。
〔実施例〕 以下、図面を参照しつゝ、本発明の三つの実施例に係
るダイヤモンド膜の製造方法及び製造装置について説明
する。
るダイヤモンド膜の製造方法及び製造装置について説明
する。
第１例 内炎に照射するエネルギー線として、高周波電力を使
用する例について説明する。
用する例について説明する。
第１図参照 第１図は、高周波電力を使用するダイヤモンド膜製造
装置の構成図である。図において、２はトーチ21と酸素
ガス供給手段22と燃料ガス供給手段23とからなる炭素燃
焼炎発生手段であり、３は冷却水供給口31と冷却水排出
口32とを有する基板冷却保持手段であり、４は高周波電
源41とマッチングボックス42と高周波コイル43とからな
る高周波照射手段であり、５は電極コイル51と直流電源
52とからなる磁界印加手段である。
装置の構成図である。図において、２はトーチ21と酸素
ガス供給手段22と燃料ガス供給手段23とからなる炭素燃
焼炎発生手段であり、３は冷却水供給口31と冷却水排出
口32とを有する基板冷却保持手段であり、４は高周波電
源41とマッチングボックス42と高周波コイル43とからな
る高周波照射手段であり、５は電極コイル51と直流電源
52とからなる磁界印加手段である。
基板冷却保持手段３に10×10×２（厚さ）mmのモリブ
デン基板11を拘止具（図示せず）を使用して固定し、酸
素ガス供給手段22から４/minの酸素をトーチ21に供給
し、同時に、燃料ガス供給手段23から1.1/minのプロ
パンガスをトーチ21に供給し、プロパンガスを燃焼さ
せ、その燃焼炎の内炎12を基板11に接触させる。なお、
13は燃焼炎の外炎である。基板冷却保持手段３を冷却水
をもって冷却することによって、基板11の温度を、900
℃に保持し、高周波電源41の発生する出力300W、周波数
16.7MHzの高周波電力をマッチングボックス42を介して
高周波コイル43に印加して、内炎12中の荷電粒子を振動
させて内炎の温度を上昇させ、基板11上にダイヤモンド
膜を形成する。
デン基板11を拘止具（図示せず）を使用して固定し、酸
素ガス供給手段22から４/minの酸素をトーチ21に供給
し、同時に、燃料ガス供給手段23から1.1/minのプロ
パンガスをトーチ21に供給し、プロパンガスを燃焼さ
せ、その燃焼炎の内炎12を基板11に接触させる。なお、
13は燃焼炎の外炎である。基板冷却保持手段３を冷却水
をもって冷却することによって、基板11の温度を、900
℃に保持し、高周波電源41の発生する出力300W、周波数
16.7MHzの高周波電力をマッチングボックス42を介して
高周波コイル43に印加して、内炎12中の荷電粒子を振動
させて内炎の温度を上昇させ、基板11上にダイヤモンド
膜を形成する。
１時間の成膜工程終了後、生成物を、Ｘ線回折、ラマ
ン分光、二次イオン質量分析計（SIMS）、SEMを使用し
て調査した。生成物は200μｍ厚の膜状多結晶体であ
り、Ｘ線回折では立方晶ダイヤモンドのピークのみが検
出され、ラマン分光では1,332cm-1にダイヤモンド特有
のシャープなピークが検出された。また、二次イオン分
析計（SIMS）を使用して測定した結果、炭素以外に窒素
と微量の酸素が検出された。上記の測定結果から、酸素
とプロパンガスとを使用して、200μm/hという高い成膜
速度をもって良質のダイヤモンド膜を合成しうることが
確認された。
ン分光、二次イオン質量分析計（SIMS）、SEMを使用し
て調査した。生成物は200μｍ厚の膜状多結晶体であ
り、Ｘ線回折では立方晶ダイヤモンドのピークのみが検
出され、ラマン分光では1,332cm-1にダイヤモンド特有
のシャープなピークが検出された。また、二次イオン分
析計（SIMS）を使用して測定した結果、炭素以外に窒素
と微量の酸素が検出された。上記の測定結果から、酸素
とプロパンガスとを使用して、200μm/hという高い成膜
速度をもって良質のダイヤモンド膜を合成しうることが
確認された。
なお、磁界印加手段５を使用して内炎12に磁場を印加
すれば、高周波照射手段４の発生する高周波電場との相
乗効果によって、内炎の温度がさらに上昇し、ダイヤモ
ンドの成膜速度が向上する。
すれば、高周波照射手段４の発生する高周波電場との相
乗効果によって、内炎の温度がさらに上昇し、ダイヤモ
ンドの成膜速度が向上する。
第２例 内炎に照射するエネルギー線として、マイクロ波を使
用する例について説明する。
用する例について説明する。
第２図参照 第２図はマイクロ波を使用するダイヤモンド膜製造装
置の構成図である。
置の構成図である。
図において、２はトーチ21と酸素ガス供給手段22と燃
料ガス供給手段23とからなる炭素燃焼炎発生手段であ
り、３は冷却水供給口31と冷却水排出口32とを有する基
板冷却保持手段であり、５は電磁コイル51と直流電源
（図示せず）とからなる磁界印加手段であり、６はマイ
クロ波発信器61と導波管62とチューニング用のプランジ
ャー63とからなるマイクロ波照射手段であり、８は減圧
反応室であり、９は排気系であり、10はトーチ21のノズ
ルである。
料ガス供給手段23とからなる炭素燃焼炎発生手段であ
り、３は冷却水供給口31と冷却水排出口32とを有する基
板冷却保持手段であり、５は電磁コイル51と直流電源
（図示せず）とからなる磁界印加手段であり、６はマイ
クロ波発信器61と導波管62とチューニング用のプランジ
ャー63とからなるマイクロ波照射手段であり、８は減圧
反応室であり、９は排気系であり、10はトーチ21のノズ
ルである。
基板冷却保持手段３に10×10×２（厚さ）mmのモリブ
デン基板11を拘止具（図示せず）を使用して固定し、減
圧反応室８内の圧力を排気系９を使用して200Torrと
し、酸素ガス供給手段22から10.0/minの酸素をトーチ
21に供給し、同時に、燃料ガス供給手段23から5.3/mi
nのメタンガスをトーチ21に供給して、メタンガスを燃
焼させ、その内炎12を基板11に接触させる。なお、13は
外炎である。基板冷却保持手段３を冷却水をもって冷却
することによって、基板11の温度を、1,000℃に保持
し、マイクロ波発信器61の発生する出力500W、周波数2.
54GHzのマイクロ波を導波管62を介して燃焼炎部に導入
するとゝもに、磁界印加手段５を使用してトーチ21のノ
ズル10における磁界密度が800ガウスになるように磁界
を印加して内炎12の温度を上昇させ、基板11上にダイヤ
モンド膜を形成する。
デン基板11を拘止具（図示せず）を使用して固定し、減
圧反応室８内の圧力を排気系９を使用して200Torrと
し、酸素ガス供給手段22から10.0/minの酸素をトーチ
21に供給し、同時に、燃料ガス供給手段23から5.3/mi
nのメタンガスをトーチ21に供給して、メタンガスを燃
焼させ、その内炎12を基板11に接触させる。なお、13は
外炎である。基板冷却保持手段３を冷却水をもって冷却
することによって、基板11の温度を、1,000℃に保持
し、マイクロ波発信器61の発生する出力500W、周波数2.
54GHzのマイクロ波を導波管62を介して燃焼炎部に導入
するとゝもに、磁界印加手段５を使用してトーチ21のノ
ズル10における磁界密度が800ガウスになるように磁界
を印加して内炎12の温度を上昇させ、基板11上にダイヤ
モンド膜を形成する。
１時間の成膜工程終了後、生成物を、Ｘ線回折、ラマ
ン分光、二次イオン質量分析計（SIMS）、SEMを使用し
て調査した。生成物は300μｍ厚の膜状多結晶体であ
り、Ｘ線回折では立方晶ダイヤモンドのピークのみが検
出され、ラマン分光では1,322cm-1にダイヤモンド特有
のシャープなピークが検出された。また、二次イオン質
量分析計（SIMS）を使用して測定した結果、炭素以外に
微量の酸素が検出された。上記の測定結果から、酸素と
メタンガスとを使用して300μm/hという高い成膜速度を
もって良質のダイヤモンド膜を合成しうることが確認さ
れた。
ン分光、二次イオン質量分析計（SIMS）、SEMを使用し
て調査した。生成物は300μｍ厚の膜状多結晶体であ
り、Ｘ線回折では立方晶ダイヤモンドのピークのみが検
出され、ラマン分光では1,322cm-1にダイヤモンド特有
のシャープなピークが検出された。また、二次イオン質
量分析計（SIMS）を使用して測定した結果、炭素以外に
微量の酸素が検出された。上記の測定結果から、酸素と
メタンガスとを使用して300μm/hという高い成膜速度を
もって良質のダイヤモンド膜を合成しうることが確認さ
れた。
第３例 内炎に照射するエネルギー線として、レーザを使用す
る例について説明する。
る例について説明する。
第３図参照 第３図は、レーザを使用するダイヤモンド膜製造装置
の構成図である。
の構成図である。
図において、２はトーチ21と酸素ガス供給手段22と燃
料ガス供給手段23とからなる炭素燃焼炎発生手段であ
り、３は冷却水供給口31と冷却水排出口32とを有する基
板冷却保持手段であり、７は炭酸ガスレーザ発信器71と
フッ化カルシウムよりなる収斂レンズ72とレーザを吸収
して反射を防止するレーザ吸収体73とからなるレーザ照
射手段である。
料ガス供給手段23とからなる炭素燃焼炎発生手段であ
り、３は冷却水供給口31と冷却水排出口32とを有する基
板冷却保持手段であり、７は炭酸ガスレーザ発信器71と
フッ化カルシウムよりなる収斂レンズ72とレーザを吸収
して反射を防止するレーザ吸収体73とからなるレーザ照
射手段である。
基板冷却保持手段３に10×10×２（厚さ）mmのモリブ
デン基板11を拘止具（図示せず）を使用して固定し、酸
素ガス供給手段22から4.0/minの酸素をトーチ21に供
給し、燃料ガス供給手段23から2.1/minのメタンガス
をトーチ21に供給して、メタンガスを燃焼させ、その内
炎12を基板11に接触させる。なお、13は外炎である。基
板冷却保持手段３を冷却水をもって冷却することによっ
て、基板11の温度を、900℃に保持し、炭酸ガスレーザ
発信器71の発生する200Wのレーザをレンズ72を使用して
収斂させて燃焼炎に照射し、内炎12の温度を上昇させ、
基板11上にダイヤモンド膜を形成する。
デン基板11を拘止具（図示せず）を使用して固定し、酸
素ガス供給手段22から4.0/minの酸素をトーチ21に供
給し、燃料ガス供給手段23から2.1/minのメタンガス
をトーチ21に供給して、メタンガスを燃焼させ、その内
炎12を基板11に接触させる。なお、13は外炎である。基
板冷却保持手段３を冷却水をもって冷却することによっ
て、基板11の温度を、900℃に保持し、炭酸ガスレーザ
発信器71の発生する200Wのレーザをレンズ72を使用して
収斂させて燃焼炎に照射し、内炎12の温度を上昇させ、
基板11上にダイヤモンド膜を形成する。
燃焼炎中の分子やラジカルの吸収率が入射レーザ光の
波長と一致していれば、強力なレーザ光の吸収によって
燃料炎の温度が上昇する。たとえ、吸収帯と一致してい
なくても、燃焼炎中においてはガス分子の一部が電離し
た状態になっているので、強力な電磁波であるレーザ光
による電場によって燃焼炎中の荷電粒子が振動して燃焼
炎の温度が上昇し、ダイヤモンドが合成される。
波長と一致していれば、強力なレーザ光の吸収によって
燃料炎の温度が上昇する。たとえ、吸収帯と一致してい
なくても、燃焼炎中においてはガス分子の一部が電離し
た状態になっているので、強力な電磁波であるレーザ光
による電場によって燃焼炎中の荷電粒子が振動して燃焼
炎の温度が上昇し、ダイヤモンドが合成される。
１時間の成膜工程終了後、生成物を、Ｘ線回折、ラマ
ン分光、二次イオン質量分析計（SIMS）、SEMを使用し
て調査した。生成物は150μｍ厚の膜状多結晶体であ
り、Ｘ線回折では立方晶ダイヤモンドのピークのみが検
出され、ラマン分光では1,332cm-1にダイヤモンド特有
のシャープなピークが検出された。また、二次イオン分
析計（SIMS）を使用して測定した結果、炭素以外に窒素
と微量の酸素が検出された。上記の測定結果から、酸素
とメタンガスとを使用して、150μm/hという高い成膜速
度をもって良質のダイヤモンド膜を合成しうることが確
認された。
ン分光、二次イオン質量分析計（SIMS）、SEMを使用し
て調査した。生成物は150μｍ厚の膜状多結晶体であ
り、Ｘ線回折では立方晶ダイヤモンドのピークのみが検
出され、ラマン分光では1,332cm-1にダイヤモンド特有
のシャープなピークが検出された。また、二次イオン分
析計（SIMS）を使用して測定した結果、炭素以外に窒素
と微量の酸素が検出された。上記の測定結果から、酸素
とメタンガスとを使用して、150μm/hという高い成膜速
度をもって良質のダイヤモンド膜を合成しうることが確
認された。
上記の三つの実施例において使用されたダイヤモンド
膜製造装置を使用して、内炎の温度を昇温する手段、燃
料の種類及び流量、酸化ガスの種類及び流量、成膜の雰
囲気、基板の種類、基板の温度のそれぞれを変えてダイ
ヤモンド膜を気相合成した結果を、上記の三つの実施例
の結果とゝもに第１表に示す。
膜製造装置を使用して、内炎の温度を昇温する手段、燃
料の種類及び流量、酸化ガスの種類及び流量、成膜の雰
囲気、基板の種類、基板の温度のそれぞれを変えてダイ
ヤモンド膜を気相合成した結果を、上記の三つの実施例
の結果とゝもに第１表に示す。
なお、燃料ガスとしてはメタン、エタン、プロパン、
及び、これらの混合ガスを使用することができ、また、
酸化ガスとしては純酸素のみでなく、空気等の酸素混合
ガスを使用することができる。
及び、これらの混合ガスを使用することができ、また、
酸化ガスとしては純酸素のみでなく、空気等の酸素混合
ガスを使用することができる。
さらに、ダイヤモンド膜は大気雰囲気中においても、
また、第２図に示すように減圧反応室８を使用して、減
圧雰囲気中においても合成可能である。減圧雰囲気中に
おいて合成する方が、不純物の混入が少なく、製膜速度
が1.5倍程度に速くなるという利点がある。
また、第２図に示すように減圧反応室８を使用して、減
圧雰囲気中においても合成可能である。減圧雰囲気中に
おいて合成する方が、不純物の混入が少なく、製膜速度
が1.5倍程度に速くなるという利点がある。
以上説明せるとおり、本発明に係るダイヤモンド膜の
製造方法及び製造装置においては、炭素の燃焼炎の内炎
にエネルギー線を照射するか、磁界を印加するかするこ
とによって、その温度を高温に保持することを可能にし
たので、危険性が低く、燃焼炎の温度が本来的には低い
メタン、プロパン等の燃料を使用しても、その燃焼炎の
内炎の温度を十分高温に保持してダイヤモンド膜を合成
することが可能になった。
製造方法及び製造装置においては、炭素の燃焼炎の内炎
にエネルギー線を照射するか、磁界を印加するかするこ
とによって、その温度を高温に保持することを可能にし
たので、危険性が低く、燃焼炎の温度が本来的には低い
メタン、プロパン等の燃料を使用しても、その燃焼炎の
内炎の温度を十分高温に保持してダイヤモンド膜を合成
することが可能になった。
第１図は、内炎の昇温に高周波を使用するダイヤモンド
膜製造装置の構成図である。 第２図は、内炎の昇温にマイクロ波を使用するダイヤモ
ンド膜製造装置の構成図である。 第３図は、内炎の昇温にレーザを使用するダイヤモンド
膜製造装置の構成図である。 ２……炭素燃焼炎発生手段、 21……トーチ、 22……酸素供給手段、 23……燃料供給手段、 ３……基板冷却保持手段、 31……冷却水供給口、 32……冷却水排出口、 ４……高周波照射手段、 41……高周波電源、 42……マッチングボックス、 43……高周波コイル、 ５……磁界印加手段、 51……電磁コイル、 52……直流電源、 ６……マイクロ波照射手段、 61……マイクロ波発信器、 62……導波管、 63……プランジャー、 ７……レーザ照射手段、 71……レーザ発信器、 72……レンズ、 73……レーザ吸収体、 ８……減圧反応室、 ９……排気系、 10……ノズル、 11……基板、 12……内炎、 13……外炎。
膜製造装置の構成図である。 第２図は、内炎の昇温にマイクロ波を使用するダイヤモ
ンド膜製造装置の構成図である。 第３図は、内炎の昇温にレーザを使用するダイヤモンド
膜製造装置の構成図である。 ２……炭素燃焼炎発生手段、 21……トーチ、 22……酸素供給手段、 23……燃料供給手段、 ３……基板冷却保持手段、 31……冷却水供給口、 32……冷却水排出口、 ４……高周波照射手段、 41……高周波電源、 42……マッチングボックス、 43……高周波コイル、 ５……磁界印加手段、 51……電磁コイル、 52……直流電源、 ６……マイクロ波照射手段、 61……マイクロ波発信器、 62……導波管、 63……プランジャー、 ７……レーザ照射手段、 71……レーザ発信器、 72……レンズ、 73……レーザ吸収体、 ８……減圧反応室、 ９……排気系、 10……ノズル、 11……基板、 12……内炎、 13……外炎。
Claims (11)
- 【請求項１】基板（11）表面に炭素の燃焼炎の内炎（1
2）を接触させてなすダイヤモンド膜の製造方法におい
て、 前記炭素の燃焼炎の内炎（12）を貫通して電磁波を照射
してなす ことを特徴とするダイヤモンド膜の製造方法。 - 【請求項２】基板（11）表面に炭素の燃焼炎の内炎（1
2）を接触させてなすダイヤモンド膜の製造方法におい
て、 前記炭素の燃焼炎の内炎（12）を貫通してレーザを照射
してなす ことを特徴とするダイヤモンド膜の製造方法。 - 【請求項３】基板（11）表面に炭素の燃焼炎の内炎（1
2）を接触させてなすダイヤモンド膜の製造方法におい
て、 前記炭素の燃焼炎の内炎（12）を貫通して磁界を印加し
てなす ことを特徴とするダイヤモンド膜の製造方法。 - 【請求項４】大気雰囲気中においてなすことを特徴とす
る請求項［１］、［２］、または、［３］記載のダイヤ
モンド膜の製造方法。 - 【請求項５】数10Torr乃至200Torrの範囲の減圧雰囲気
中においてなすことを特徴とする請求項［１］、
［２］、または、［３］記載のダイヤモンド膜の製造方
法。 - 【請求項６】炭素燃焼炎発生手段（２）と、 該炭素燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（12）と接
触する位置に、基板（11）を冷却しながら保持する基板
冷却保持手段（３）と、 前記炭素燃焼炎の内炎（12）を貫通して電磁波を照射す
る電磁波照射手段（４）（６）と を有することを特徴とするダイヤモンド膜の製造装置。 - 【請求項７】前記内炎を貫通して磁界を印加する磁界印
加手段（５）を有することを特徴とする請求項［６］記
載のダイヤモンド膜の製造装置。 - 【請求項８】炭素燃焼炎発生手段（２）と、 該炭素燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（12）と接
触する位置に、基板（11）を冷却しながら保持する基板
冷却保持手段（３）と、 前記炭素燃焼炎の内炎（12）を貫通してレーザを照射す
るレーザ照射手段（７）と を有することを特徴とするダイヤモンド膜の製造装置。 - 【請求項９】内部を数10Torr乃至200Torrの範囲に減圧
する減圧反応室（８）と、該減圧反応室（８）に収容さ
れる炭素燃焼炎発生手段（２）と、 該炭素燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（12）と接
触する位置に、基板（11）を冷却しながら保持する基板
冷却保持手段（３）と、 前記炭素燃焼炎の内炎（12）を貫通して電磁波を照射す
る電磁波照射手段（４）（６）と を有することを特徴とするダイヤモンド膜の製造装置。 - 【請求項１０】前記炭素燃焼炎の内炎（12）を貫通して
磁界を印加する磁界印加手段（５）を有することを特徴
とする請求項［９］記載のダイヤモンド膜の製造装置。 - 【請求項１１】内部を数10Torr乃至200Torr範囲に減圧
する減圧反応室（８）と、該減圧反応室（８）に収容さ
れる炭素燃焼炎発生手段（２）と、 該炭素燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（12）と接
触する位置に、基板（11）を冷却しながら保持する基板
冷却保持手段（３）と、 前記炭素燃焼炎の内炎（12）を貫通してレーザを照射す
るレーザ照射手段（７）と を有することを特徴とするダイヤモンド膜の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2096231A JP2754274B2 (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | ダイヤモンド膜の製造方法及び製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2096231A JP2754274B2 (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | ダイヤモンド膜の製造方法及び製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03295897A JPH03295897A (ja) | 1991-12-26 |
| JP2754274B2 true JP2754274B2 (ja) | 1998-05-20 |
Family
ID=14159456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2096231A Expired - Lifetime JP2754274B2 (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | ダイヤモンド膜の製造方法及び製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2754274B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03247592A (ja) * | 1990-02-23 | 1991-11-05 | Japan Steel Works Ltd:The | 燃焼法によるダイヤモンドの合成方法 |
-
1990
- 1990-04-13 JP JP2096231A patent/JP2754274B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03295897A (ja) | 1991-12-26 |
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