JP2864466B2

JP2864466B2 - ダイヤモンド製造装置

Info

Publication number: JP2864466B2
Application number: JP28781389A
Authority: JP
Inventors: 昌史笠谷; 健太郎庄
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1989-11-07
Filing date: 1989-11-07
Publication date: 1999-03-03
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JPH03150296A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、熱フィラメント法によりダイヤモンドを基
板表面に形成するダイヤモンド製造装置に関する。

［従来の技術］ダイヤモンドの気相合成法の一つとして、熱フィラメ
ント法と呼ばれるものがある。この方法は、反応容器内
の基板支持台上に基板を載せ、反応容器内にメタン−水
素の混合ガス（原料ガス）を満たし、その状態で基板上
方のフィラメントを加熱することにより、基板表面にダ
イヤモンドを析出させる、というものである。

この方法でダイヤモンドを製造する場合、基板の温度
が生成ダイヤモンドの品質等に大きな影響を及ぼすの
で、基板温度を正確に制御することが重要である。

この点、従来では、フィラメントの温度を光高温計等
の測定手段で測定し、その結果に応じてフィラメントに
流す電流値を制御し、それにより基板の温度を管理して
いる。

［発明が解決しようとする課題］しかし、フィラメントに流す電流値を制御するだけで
は、基板温度を精度良く管理することができなかった。

本発明は、上記事情を考慮し、基板の温度を精度良く
管理することのできるダイヤモンド製造装置を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明のダイヤモンド製造装置は、原料ガスが満たさ
れる反応容器と、該反応容器内に配置された基板支持台
及びその上方に位置するフィラメントとを有し、フィラ
メントを加熱することにより、基板支持台上の基板の表
面にダイヤモンドを析出させるものにおいて、上記基板
の温度を測定する手段を設けると共に、上記基板支持台
に、加熱手段と、冷却手段と、上記基板が密着して載置
され、この載置された基板に上記加熱手段及び冷却手段
の熱を伝達する熱伝導調整材とを設け、上記熱伝導調整
材の周縁が上記基板の周縁よりも外側に突出するよう
に、上記熱伝導調整材を上記基板よりも大型に形成した
ことを特徴としている。

［作用］基板はフィラメントの熱により高温に熱せられる。そ
の状態で、基板温度を測温手段で測定する。そして、測
定した基板温度が基準温度より高い場合は冷却手段の冷
却作用を強め、基板支持台を介して基板の温度を下げ
る。また測定した基板温度が基準温度より低い場合は加
熱手段の加熱作用を強め、基板支持台を介して基板の温
度を上げる。それにより、微小な温度調節が可能とな
り、基板温度を略一定の値に制御することができるよう
になる。さらに、基板が熱伝導調整材に密着して載置さ
れ、熱伝導調整材の周縁が基板の周縁よりも外側に突出
するように、熱伝導調整材が基板よりも大型に形成され
ているので、基板を効率的に、しかも、基板全体にわた
って隅々まで均一に、加熱、冷却させることができる。

［実施例］以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

図中１は反応容器である。この反応容器１の上部に
は、メタン−水素の混合ガス（原料ガス）が流入する入
口1Aが設けられ、下部には該ガスを吸引排出する出口1B
が設けられている。反応容器１内の、入口1Aからの流入
ガスの当たる位置には、フィラメント２が配置され、該
フィラメント２の下方には基板支持台３が設けられてい
る。

基板支持台３の上面は基板載置面とされており、図に
おいてはここに基板４が載置されている。基板載置面
は、基板４の裏面が密着するよう平坦に形成されてお
り、この部分は熱伝導調整材５により構成されている。
熱伝導調整材５とは、熱伝導率の高い金属材料で構成さ
れた部材のことである。

この熱伝導調整材５は厚肉円板状に形成され、セラミ
ック製の円筒台座６の上面に密着固定されている。この
熱伝導調整材５の周縁は基板４の周縁よりも外側に突出
し、熱伝導調整材５が基板４よりも大型になっている。
セラミック製の円筒台座６の外周には電熱線（加熱手
段）７が巻かれ、内周には冷却パイプ（冷却手段）８が
巻かれている。電熱線７は電流を流すことにより加熱さ
れ、冷却パイプ８は冷却水または油を循環させることに
より冷却される。なお、電熱線７、冷却パイプ８は、共
にセラミック製円筒台座６の表面に密着しており、電熱
線７、冷却パイプ８からの熱が円筒台座６に良好に伝達
されるようになっている。

また、セラミック製の円筒台座６は、断熱材で構成さ
れた基台９の上に固定されている。そして、熱伝導調整
材５の基板載置面から基台９の底面まで、小径の貫通孔
10が形成されている。この貫通孔10は、石英ガラス11を
嵌め込んだ覗き窓12に通じており、覗き窓12から、熱伝
導調整材５上の基板４の裏面を目視できるようになって
いる。そして、この覗き窓12の外側に、基板４の温度を
測定するための光高温計13が配置されている。

この装置でダイヤモンドを製造するには、まず基板支
持台３上に基板４を載置し、反応容器１内に混合ガスを
満たす。そして、フィラメント２に通電して、フィラメ
ント２の熱により混合ガスを反応させると共に、基板４
を加熱する。所定の条件を充足すると、ダイヤモンドＤ
が基板４の表面に析出する。

この際、基板４の温度を光高温計13で測定し、基板４
の温度が基準温度より高ければ、冷却パイプ８に冷却水
または油を送給して冷却作用を促す。また、基板４の温
度が基準温度より低ければ、電熱線７に電流を供給して
加熱作用を促す。そうすると、セラミック製円筒台座６
を介して、熱（または冷熱）が熱伝導調整材５に伝達さ
れ、ここで熱が均一に分布されて基板４に伝わる。基板
４の周縁部では、中心部に比べて熱が放散されやすい
が、熱伝導調整材５が基板４よりも大型になっているの
で、熱伝導調整材５の突出部分からも基板４の周縁部に
熱が伝えられ、上記放散分の熱が補給される。したがっ
て、基板４の温度が全体にわたって均一化された状態
で、基板４が加熱または冷却される。そして、基板４の
温度が基準温度に制御される。この場合の基準温度は75
0℃である。また、この際のフィラメント温度は2200℃
である。

このように基板４の温度が基準温度に精度良く管理さ
れることにより、良好な品質のダイヤモンドが成長す
る。

また、基板４の冷却が可能なことから、基板４の温度
を一定に保持しながら、フィラメント２の温度を上昇さ
せることもできる。そうした場合は、基板４に損傷を与
えることなく、ダイヤモンドの成長速度を速めることが
できる。

なお、上記実施例においては、基板４の温度を検出す
る手段として、光高温計13を用いているが、熱電対等、
他の測温手段を用いても勿論よい。また、電熱線７の代
わりにパイプを用い、このパイプに高温ガスを供給して
加熱を行ってもよい。

［発明の効果］以上説明したように、本発明のダイヤモンド製造装置
は、基板支持台に加熱手段と冷却手段とを設けているの
で、基板の温度を正確に、また長時間にわたって安定的
に制御することができる。また、基板を熱伝導率の高い
熱伝導調整材に密着させて載置し、この熱伝導調整材の
周縁が基板の周縁よりも外側に突出するように、熱伝導
調整材を基板よりも大型に形成することによって、基板
を効率的に、しかも、基板全体にわたって隅々まで均一
に、加熱、冷却させることができる。その結果、高品質
のダイヤモンド膜（あるいは粒）を再現性良く製造する
ことができる。

また、基板支持台に冷却手段を設けているので、基板
に損傷を与えることなく、フィラメント温度を上昇させ
ることができ、それによりダイヤモンドの成長速度をア
ップさせることもできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例の概略構成を示す断面図であ
る。１……反応容器、２……フィラメント、３……基板支持
台、４……基板、５……熱伝導調整材、６……セラミッ
ク製円筒台座、７……電熱線、８……冷却パイプ、12…
…覗き窓、13……光高温計（測温手段）、Ｄ……ダイヤ
モンド。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原料ガスが満たされる反応容器と、該反応
容器内に配置された基板支持台及びその上方に位置する
フィラメントとを有し、フィラメントを加熱することに
より、基板支持台上の基板の表面にダイヤモンドを析出
させるダイヤモンド製造装置において、上記基板の温度を測定する手段を設けると共に、上記基板支持台に、加熱手段と、冷却手段と、上記基板
が密着して載置され、この載置された基板に上記加熱手
段及び冷却手段の熱を伝達する熱伝導調整材とを設け、上記熱伝導調整材の周縁が上記基板の周縁よりも外側に
突出するように、上記熱伝導調整材を上記基板よりも大
型に形成したことを特徴とするダイヤモンド製造装置。