JP3166226B2 - ダイヤモンドの製造法及び製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はダイヤモンドの気相合
成による製造法、及び製造装置に関する。特に高品質の
ダイヤモンドを高速且つ大面積に形成することを可能と
するダイヤモンドの気相合成法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドを気相合成する方法とし
て、原料ガスを分解活性化するための手段により幾多の
ものが知られている。 熱フィラメントＣＶＤ法 ．． 高温加熱されたフ
ィラメントから熱電子を発生させこれによって原料ガス
を活性化する。 マイクロ波プラズマＣＶＤ法 ．． マイクロ波プ
ラズマにより原料ガスを活性化する。 ＤＣプラズマＣＶＤ法 ．． ＤＣ熱プラズマを利
用する。 ＤＣア−クプラズマＣＶＤ法 ．． ＤＣア−クプ
ラズマを利用する。 プラズマジェットＣＶＤ法 ．．ＤＣやＲＦ熱プラ
ズマト−チを利用する。 バ−ナ−法 ．． 酸素アセチレン炎を利用する。 これらの内、ダイヤモンドを高速で合成する技術として
最も有利な方法は、ＤＣプラズマト−チを利用するＤＣ
プラズマジェットＣＶＤ法である、と本発明者は考え
る。

【０００３】ＤＣプラズマジェットＣＶＤ法といっても
多くの提案がなされており、それぞれ長所短所がある。 （１）特開昭６４−３３０９６号 プラズマ溶射用のト−チをダイヤモンド合成に利用した
ものである。円柱状の陰極とこれをとり囲む円環状の陽
極との間に直流電圧を印加し、陽極と陰極の間のノズル
に炭素を含むガスと水素ガスとＡｒとを流し、ア−ク放
電を発生させ、形成されるプラズマを放電ガスとともに
ノズルから噴出させ、プラズマジェットを形成する。こ
れは非移行式の内部ア−ク放電を利用するものである。
プラズマ化すべき気体は原料気体であって、炭素を含む
原料気体が陽極と陰極の間を通過する。つまり放電によ
ってプラズマ化する気体と原料気体とが区別されていな
い。これは気体の流速が速くジェットとなっており、し
かも熱プラズマを利用するので成膜の速度が速い。高速
性という点で優れている。

【０００４】しかしながら、これはト−チ内部の陽極、
陰極間に炭素含有ガスを流すため電極の表面に炭素が析
出する。このため、ア−ク放電が不安定になり、安定な
放電を長時間維持することができない。また大面積にダ
イヤモンドを形成するという点でもこの装置は未だ不十
分である。電極上への炭素析出の問題を解決するため
に、炭素源ガスやプラズマを不安定にするガスをプラズ
マト−チの内部に流さないようにした方法も提案されて
いる。プラズマト−チには炭素含有ガス以外のガスのみ
を流しプラズマジェットを吹き出させ、これに対して側
方から炭素源ガスを吹き付けるものである。しかしこの
方法もプラズマ流が小さいときは有効であるが、大きな
プラズマ流や、高速のプラズマ流では、次のような問題
があって十分な解決にはならない。即ちプラズマが高速
の流れであるから慣性が大きく、側方からガスを吹き付
けても大きなプラズマ流であると、プラズマの流れの内
部にまで十分に炭素源ガスを入り込ませる事ができな
い。炭素源ガスが有効利用できないのである。

【０００５】（２）特開平１−１７９７８９号 陰極がト−チの中心にあるが、この陰極自体に穴を穿ち
ここから炭素源ガスを吹き込むようにしている。これは
炭素ガス噴出口がプラズマの中にあるので、やはり噴出
口に炭素が析出し、放電が不安定になるという欠点があ
る。ノズルはもともと狭いので炭素が薄く析出しても電
極間の間隔が著しく不均一になるから放電の状態が変わ
ってくるのである。

【０００６】以上説明したように、ＤＣア−クプラズマ
ジェット法は、ダイヤモンドを高速に合成できるという
点では優れており、最高で１００μｍ／ｈの合成速度を
発揮する。しかしながら、大面積にわたって合成できず
大面積性という点では不十分である。また電極間にカ−
ボンが付着堆積しア−ク放電が不安定になるという欠点
を克服できていない。

【０００７】（３）プラズマト−チの大型化、大電力化 大面積のダイヤモンド膜を得るためには、プラズマト−
チを大きくし投入電力を大きくすれば良いはずである。
このような観点からプラズマト−チを大きくする事が試
みられた。しかし、ア−ク放電によってプラズマを生成
しているのであるから、プラズマト−チを大きくすると
電極間のア−ク放電が起こる領域が広くなり、ア−ク放
電を広い範囲にわたって安定させるのが難しいという欠
点がある。またプラズマジェットを維持するために莫大
なガス供給が必要となるのでプラズマト−チの大きさに
は自ら限界があって、あまり大きくする事はできない。
どのように大型化しようとしても２インチ径を越えるダ
イヤモンド形成領域を得る事はできない。

【０００８】大電力を投入すると電極が加熱され昇温
し、電極の溶損が生じる。これを避けるため電極内部に
冷却水を通したりシ−スガスを流したりして冷却を行う
が、電極の冷却能力には限界がある。この限界のため投
入電力は規定されてしまう。従ってある程度以上に電力
を大きくする事ができない。このような問題が起こる原
因は、陰極と陽極との間の狭い空隙においてア−ク放電
を発生させているということによる。

【０００９】（４）プラズマト−チの複数化（特開平１
−１７２２９４号） ひとつのプラズマト−チでは小面積のダイヤモンド形成
しかできない。かといってひとつのプラズマト−チを大
面積化する事も有効でない。とすれば同じ構造のプラズ
マト−チを複数個並べて使えば良い筈である。複数のプ
ラズマト−チを用いこれらから発生したプラズマ流を合
流させており大きいプラズマ流を得る事ができる。例え
ば、特開平１−１７２２９４号は同等なプラズマト−チ
を２つ並べて使っている。しかしこのような方法では、
互いに独立したプラズマ流を単に合流させているだけで
あるから、合流したプラズマ流の密度が周縁や内部に於
いて大きく異なり不均一な膜形成しかできない。これら
は単に等価なプラズマト−チを並列に使っているためで
ある。

【００１０】（５）移行式プラズマト−チ（特開昭６１
−２５９７７８号） 以上述べたものは、全てひとつのプラズマト−チの内部
にア−ク放電を起こさせ内部でプラズマ発生させるもの
であった。これらのプラズマト−チで形成されるもの
は、非移行式の内部プラズマジェットという。この方式
のプラズマト−チでは形成するプラズマジェットが超高
温、高速のために、ト−チの陰極、陽極を溶損し、長時
間の連続運転が困難であった。またプラズマ形成ガスと
しては不活性ガスしか使用できず、例えば前述のように
炭素源ガスを用いることができなかった。それでこのよ
うな問題を解決するために複数のプラズマト−チ間でア
−ク放電させる事が考えられた。軸芯の陰極とともにそ
の外側に同心円状に陽極となる第１外套電極、第２外套
電極を有する陰極として使用するプラズマト−チと、陽
極として使用するプラズマト−チとをひとつずつ真空容
器の内部に設置する。そして、個々のプラズマト−チの
陰極と陽極との間に電圧を加えて内部でプラズマ放電を
起こさせる。このプラズマ放電を次のような手順によっ
てト−チ間の外部のプラズマ放電に転化させる。

【００１１】（ａ）陰極として使用するプラズマト−チ
（陰極ト−チと略記）の陽極、陰極間の電圧印加を中止
し、陰極ト−チの陰極−陽極間の放電を停止する。 （ｂ）（ａ）の操作と同時に陰極ト−チの陰極と、陽極
として使用するプラズマト−チ（陽極ト−チと略記）の
陽極との間に陰極ト−チで陰極−陽極間にかけていた電
圧を加えて、この間に放電を起こす。 （ｃ）陽極ト−チの陰極陽極間の放電を停止する。 （ｄ）以上の操作で最終的には陰極ト−チの陰極と、陽
極ト−チの陽極との間に移行式の外部プラズマジェット
を形成させる。 このようにすると最終的には非移行式の内部プラズマジ
ェットのように狭い電極間で放電するのではなく、陰極
ト−チの陰極の陰極点より発したア−クは陰極ト−チの
第１外套電極及び第２外套電極のノズルを通って、いっ
たんト−チの外に出てヘアピン状のア−ク柱を形成し、
陽極ト−チの第２外套電極の先端を通って第１外套電極
のノズル先端の陽極点に終端する。このようにしてア−
ク柱の始点と終点が確実に固定保護されるためア−ク柱
を長時間にわたって安定に維持することが可能となり、
非移行式のプラズマト−チにおけるプラズマガス速度
と、陽極点の状態変化によって起こるア−ク柱の不安定
化の問題が解決された。

【００１２】特開昭６１−２５９７７８号はもうひとつ
別異の特徴がある。これは極数を３つにしたト−チを提
供しているということである。中心の陰極を囲んで、同
心円状の陽極が２重（第１外套電極及び第２外套電極）
にあり、空間が２重に生ずる。このいずれの空間にもガ
スを流す事ができるようになっている。移行式外部プラ
ズマが確立した後、陰極ト−チでは陰極とこれを囲む内
側の陽極との間に不活性ガスを流して陰極を保護する。
陽極ト−チでは外側の陽極と内側の陽極（これが放電の
陽極となっている）の間に不活性ガスを流して陽極を保
護する。

【００１３】このように複数のト−チの間でプラズマジ
ェットを生成する技術が提案されている。はじめに個々
のプラズマト−チの内部で放電を起こさせるのはト−チ
間に放電を発生させるための点灯作用であるからであ
る。いきなり陰極ト−チの陰極と陽極ト−チの陽極の間
に電圧を印加しても外部放電は起こらない。移行式外部
放電が起こってしまえば、内部放電は停止させる。外部
放電の持続している間、上記の不活性ガス流によって電
極が保護されるという利点もある。

【００１４】（６）特開平２−２４８３９７号 これも複数のプラズマト−チ間に外部プラズマを形成す
るものである。これの特徴を列挙する。 （ａ）２つのプラズマト−チの軸芯が交差するように配
置する。一方のト−チ（陰極ト−チ）の陰極と、他方の
ト−チ（陽極ト−チ）の陽極との間に移行式の外部ア−
クプラズマを発生させる。陰極ト−チの中心軸線の延長
上に基材を置いておき、この上にダイヤモンドを合成す
る。 （ｂ）ひとつのプラズマト−チが同心の３層構造になっ
ている。つまり中心に陰極棒があり、これを同心状に囲
んで内外２層の円筒状の陽極（第１外套電極、第２外套
電極）がある。従来は陰極を陽極で囲んだ構造であった
が、ここでは陰極と、内陽極（第１外套電極）、外陽極
（第２外套電極）の３層を持つ構造となっている。内陽
極を単に陽極、外陽極を外套極という事もある。陰極と
第１外套電極の間、第１外套電極と第２外套電極との間
にはガス流路があって、外部に向けてガスを流すことが
できるようになっている。このように３層構造にするの
は、外部放電が持続している時に電極を有効に保護する
ためである。

【００１５】移行式の外部放電は陰極ト−チの陰極と、
陽極ト−チの内陽極（第１外套電極）の間で起こってい
る。そこで陰極ト−チでは陰極と第１外套電極の間に不
活性ガスを流し陰極を保護する。陽極ト−チでは第１外
套電極と第２外套電極との間に不活性ガスを流し陽極
（第１外套電極）を保護する。これらは炭素を含まない
ので電極間に炭素が堆積しない。その他のガス流路つま
り陰極ト−チの第１外套電極と第２外套電極との間には
水素ガスを流すと良い。水素ガスは放電を不安定にする
作用がないし、気相反応によって電極に付着物が生ずる
という事もない。そして水素ガスにより電極を冷却する
事ができるのである。

【００１６】（ｃ）炭素源ガスは別途ガスノズルからプ
ラズマジェットに吹き付ける。特開平２−２４８３９７
号は以上のような工夫をする事によって、電極に炭素が
堆積せず、陰極及び陽極が不活性ガスによって保護さ
れ、長時間の安定放電を可能としている。また、電極間
に流す不活性ガスと水素ガスがプラズマを安定化させ、
電極を冷却させる作用があるので、電極の加熱、消耗を
防ぐ事ができる。電極の消耗が少ないので長時間安定し
てア−ク放電を維持できる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ＤＣプラズマジェット
ＣＶＤ法は高速性に優れるが放電が不安定であるという
事を最初に述べた。特開昭６１−２５９７７８号、特開
平２−２４８３９７号は非移行式の内部プラズマジェッ
トに代えて移行式の外部プラズマジェットを用いる事に
より、プラズマア−クの長時間安定性という課題は解決
されている。しかしながら、最初に述べたダイヤモンド
の形成領域を大きくするという大面積化の問題はこれら
によっても解決されない。またプラズマト−チの内部を
炭素によって汚染しないようにするため炭素源ガスを外
部からプラズマジェットに吹き付けるようにしたものは
プラズマジェットの断面積が大きい場合、プラズマジェ
ットの内部にまで炭素源ガスを吹き込めないという問題
があった。

【００１８】本発明は、本来高速合成という点では優れ
たプラズマジェットＣＶＤ法に於いて、ダイヤモンド合
成の面積を拡げる事を目的とする。つまり高速合成、プ
ラズマの安定性という課題が解決された後も未解決のも
のとして残された大面積性という問題を解決しようとす
るものである。本発明者は、ダイヤモンドのＤＣプラズ
マジェットＣＶＤ法に於いて、高い品質、高い合成速
度、プラズマの長時間安定性などの長所を損なう事なく
ダイヤモンドの形成面積を増大させる方法を鋭意研究し
た。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明のダイヤモンド製
造方法は、炭素を含む原料ガスの分解、活性化を、陰極
と陽極の間に直流電圧を印加することによって発生する
ＤＣプラズマによって行い、活性化されたプラズマを基
材に吹きつけることによってダイヤモンドを合成する方
法に於いて、同心状に陽極と陰極とを配置しその間にガ
ス流路を有する非移行式の内部ＤＣア−クプラズマジェ
ットを形成することのできるプラズマト−チを少なくと
も３個以上用い、そのうち少なくともひとつのプラズマ
ト−チは陰極として使用するべきプラズマト−チ（陰極
ト−チという）とし、他のプラズマト−チは陽極として
使用するべきプラズマト−チ（陽極ト−チという）と
し、陰極ト−チ及び陽極ト−チを同一軸線上に並ばず平
行にもならず、これらから出射されるプラズマジェット
がほぼ一点に収束するように配置し、個々のプラズマト
−チの内部の陰極と陽極とのに不活性ガス又は不活性ガ
スと水素の混合ガスを流し直流電圧又は高周波電圧を重
畳した直流電圧を陰極と陽極の間に印加して個々のプラ
ズマト−チ内に非移行式のＤＣプラズマを発生させ、こ
の後、陰極ト−チと陽極ト−チとの間に直流電圧を加え
ることによって両者の間に移行式の外部ＤＣプラズマジ
ェットを形成し、複数の陽極ト−チと陰極ト−チとの間
に形成される複数の移行式プラズマジェットを合流させ
て均一で大きなプラズマジェットを形成し、炭素を含む
原料ガス或は炭素を含む原料ガスと水素ガスをプラズマ
ジェットの合流部に吹き付けて、合流したプラズマジェ
ットの下流域に置いた基材にプラズマジェットを吹き付
けて気相反応で生じたダイヤモンド薄膜を基材の上に形
成するようにした事を特徴とする。

【００２０】陰極ト−チから発生するプラズマジェット
と、陽極ト−チから発生するプラズマジェットの合流点
に向けて、炭素源ガスを含有するガスをノズルから吹き
付けるようにしている。２つのト−チからのプラズマジ
ェットの合流点に於いてはプラズマジェットの断面積が
あまり大きくないので、炭素源ガスをプラズマジェット
の内部に均一に入り込ませる事ができる。炭素源ガスが
吹き込まれた後、それぞれのプラズマジェットは一体に
合流合体する。これは大面積のプラズマジェットであ
る。そうすると炭素源ガスを吹き込むノズルは、陰極ト
−チから出るプラズマジェットと陽極ト−チから出るプ
ラズマジェットの合流点の数だけあるというのが望まし
い。例えば陰極ト−チの数Ｍが１、陽極ト−チの数Ｎが
３であれば、陰極ト−チのプラズマジェット合流点は３
つある。この場合、ノズルも３つあるのが良い。

【００２１】例えば、陰極ト−チの数Ｍが２、陽極ト−
チの数Ｎが２であれば陰陽ト−チからのプラズマジェッ
トの合流点は４つある。この場合炭素源ガスを吹き込む
ノズルも４つあるのが望ましい。但し、炭素源ガス吹き
込みノズルは２以上あれば、炭素源ガスをプラズマジェ
ットの内部へ均一に入り込む事ができる。本発明の方法
は、まずプラズマト−チ個々の内部で非移行式の放電を
起こさせ、これを特別の操作によってプラズマト−チ間
で外部の放電とし、外部に移行式のプラズマジェットを
作り出すのである。さらに、外部のプラズマジェット生
成領域を拡大させるという優れて新規な手法を提案して
いる。これらの個々の手法についてより詳しく述べる。

【００２２】複数のプラズマト−チの間で移行式の外部
プラズマジェットを形成するには次の方法がある。 ひとつの陰極ト−チと、２つ以上の陽極ト−チとの間
に移行式の外部ア−クプラズマジェットを形成する方法
（Ｍ＝１，Ｎ≧２）。 ひとつの陽極ト−チと、２つの陰極ト−チとの間で移
行式の外部ア−クプラズマジェットを形成する方法（Ｍ
＝２，Ｎ＝１）。 ひとつの陰極ト−チと２以上の陽極ト−チとの間で移
行式外部ア−クプラズマジェットを形成するとともに、
ひとつの陽極ト−チと２つの陰極ト−チの間で移行式の
外部プラズマジェットを形成する方法。 これらの移行式の外部ア−クプラズマジェットを形成す
るには次のようにすると良い。非移行式の内部ＤＣア−
クプラズマジェットを形成させることのできる複数のプ
ラズマト−チを用い、或るものは陰極ト−チ、或るもの
は陽極ト−チとする。最初は陰極ト−チの中心軸と陽極
ト−チの中心軸とを交差させ、各々のト−チのノズル先
端を近接させて配置する。先ず個々のプラズマト−チの
陰極と陽極間に電圧を印加して、内部に非移行式のＤＣ
ア−クプラズマを形成させる。

【００２３】次に陰極ト−チと陽極ト−チの間に移行式
のア−クプラズマジェットを形成する。さらにこれに留
まらず、ト−チの位置や角度を変えてプラズマジェット
の形成領域を拡大する。この点が重要である。従来法と
しては既に述べたように陰極として使用するト−チ（陰
極）がひとつで陽極として使用するト−チ（陽極ト−
チ）もひとつであってこの間に外部ア−クプラズマを発
生させているものがある（特開昭６１−２５９７７８
号、特開平２−２４８３９７号）。しかしこれらはＭ＝
１、Ｎ＝１のケ−スに該当しプラズマ形成領域を拡大す
るという目的に対してはあまり有効でない。本発明はそ
うではなく、Ｍ＋Ｎ≧３であり、陰極ト−チと陽極ト−
チの間に生ずるプラズマジェットの合流点が２以上のも
のを提案する。合流点の数が増えると、これらをさらに
合体させたプラズマジェットは大面積のものになる。本
発明はさらに、陰極ト−チや陽極ト−チを動かしてプラ
ズマ形成領域を動的に拡大するという優れて新規な手法
を提案している。このようにして大面積のプラズマジェ
ットを基材に吹き付ける事ができるので大面積のダイヤ
モンド合成が可能となる。

【００２４】ト−チノズルを動かしてプラズマ形成領域
を拡げる方法としては次のようなものがあり得る。これ
は陰極ト−チが１つで陽極ト−チが複数の場合である
（Ｍ＝１，Ｎ≧２）。 陽極ト−チをその中心軸に沿って、陰極ト−チから遠
ざかる方向へ平行移動させる方法。 陰極ト−チをその中心軸に沿って、陽極ト−チから遠
ざかる方向へ平行移動させる方法。 陽極ト−チをそのノズルが陰極ト−チから遠ざかる方
向へ回転させる方法。 陰極ト−チ、陽極ト−チの中心軸の最初の交差点０か
ら、陰極ト−チ、陽極ト−チの中心軸の延長線が外れる
ようにする。 このような方法があり得るので、このうちひとつ或は複
数のものを組み合わせて用いれば良い。

【００２５】又陰極ト−チが２以上ある場合（Ｍ≧２）
は前記〜の手法の他に陰極ト−チ間の距離が拡がる
ように陰極ト−チを動かしても良い。あるいは陰極ト−
チを傾けてプラズマジェットの形成領域を拡大するよう
にする事もできる。本発明に於いてはプラズマト−チの
中へ炭素源ガスを通さない。炭素源ガスは別にノズルを
設けて、陰極ト−チから生ずるプラズマジェットと陽極
ト−チから生ずるプラズマジェットの合流点へ吹き付け
るようにしている。前述のように陽極ト−チと陰極ト−
チを平行移動、回転させると当然それらから出るプラズ
マジェットの合流点も変動する。従って常に最適の地点
へ炭素源ガスを吹き込もうとすれば、炭素源ガスの吹き
込みノズルの位置、方向もこれに伴って変化させなけれ
ばならない。そこで本発明に於いてはノズルにも移動機
構を設けるのが望ましい。

【００２６】

【作用】従来の方法では陰極ト−チをひとつ、陽極ト−
チをひとつ（Ｍ＝１，Ｎ＝１）としてこの間にプラズマ
ジェットを生成するものが提案されていた。本発明はこ
れを越えて、３つ以上のプラズマト−チを用いる。そし
て外部プラズマジェットは陰極ト−チの陰極と陽極ト−
チ内の陽極（第１外套電極）との間に発生させる。この
場合、陰極ト−チの数Ｍと陽極ト−チの数Ｎは同一でな
くても良い。Ｍ＝１でＮ≧２であることが可能である。
Ｍ≧２でＮ＝１である事もできる。当然であるがＭ≧２
でＮ≧２であることも可能である。陰極ト−チがひとつ
で陽極ト−チが複数である（Ｍ＝１，Ｎ≧２）場合は、
陰極ト−チの中心軸線のまわりに、回転対称になるよう
な位置に陽極ト−チを設置すれば良い。そして陽極ト−
チのプラズマジェットが出てゆく方向において中心軸線
が同一点で交差するように並べる。このようにすると、
陰極ト−チ、陽極ト−チからのプラズマジェットの合流
点の数がＮ個になる。この合流点に向けて炭素源ガス、
或はこれに水素を加えたガスを吹き込むノズルを設け
る。ノズルの数は最も望ましくはＮ個である。これは静
的な位置であるが、本発明ではプラズマジェットの形成
領域を拡げるために、ト−チや吹き込みノズルをプラズ
マ点火後に移動させる。ト−チの移動により合流点が変
化するから、これに伴ってガスの吹き込みノズルの位置
や方向も変更しなければならない。Ｍ＝１、Ｎ≧２の例
についてより詳しく説明する。陰極ト−チの中心軸をｚ
軸とし、初期状態での陰極ト−チ、陽極ト−チの中心軸
線の交点を原点とする。陰極ト−チの中心Ｐ、陽極ト−
チの中心Ｑ₁ 、Ｑ₂ 、．．．は、ＯＰ＝ｇ、ＯＱ₁ ＝Ｏ
Ｑ₂ ＝．．．．＝ｈとし、∠ＰＯＱ₁ ＝Θ、２π／Ｎ＝
Φとして、

【００２７】 陰極ト−チ Ｐ（０， ０， ｇ） （１） 陽極ト−チ Ｑ₁ （ｈsin Θcos Φ，ｈsin Θsin Φ，ｈcos Θ） （２） Ｑ₂ （ｈsin Θcos ２Φ，ｈsin Θsin ２Φ，ｈcos Θ）（３） ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． Ｑ_N （ｈsin Θ ， ０，ｈcos Θ） （４） と書く事ができるし、ト−チの方向を示す単位ベクトル
ｐ、ｑ₁ 、ｑ₂ 、．．．は、 陰極ト−チ ｐ（０， ０， −１） （５） 陽極ト−チ ｑ₁ （−sin Θcos Φ，−sin Θsin Φ，−cos Θ） （６） ｑ₂ （−sin Θcos ２Φ，−sin Θsin ２Φ，−cos Θ）（７） ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ｑ_N （−sin Θ， ０， −cos Θ） （８）

【００２８】となる。初期状態に於いては原点Ｏに対し
て、ト−チの位置ベクトルと方向ベクトルは当然のこと
であるが反平行である。陰極ト−チも陽極ト−チも複数
である場合は、両者を２つの仮想円錐の母線に沿って並
べるようにすれば良い。そして２つの仮想円錐の頂点が
一致するようにすれば良いのである。但しＭ＝Ｎであれ
ば陰極ト−チを含む鉛直面が陽極ト−チを含む鉛直面に
重ならないようにした方が良い。つまりＮ個の陰極ト−
チとＮ個の陽極ト−チを、φ＝２π／２Ｎ＝π／Ｎとし
て、θを陰極ト−チのｚ軸に対する傾斜角として、

【００２９】 第１陰極ト−チＰ₁ （ｇsin θcos φ，ｇsin θsin φ，ｇcos θ） （９） 第１陽極ト−チＱ₁ （ｈsin Θcos ２φ，ｈsin Θsin ２φ，ｈcos Θ）（10） 第２陰極ト−チＰ₂ （ｇsin θcos ３φ，ｇsin θsin ３φ，ｇcos θ）（11） 第２陽極ト−チＱ₂ （ｈsin Θcos ４φ，ｈsin Θsin ４φ，ｈcos Θ）（12） というように並べる。Ｍ≠Ｎである場合であっても両者
が比較的大きい最大公約数を持つ時は対称性を持つよう
にする事ができる。このようなプラズマト−チの配置に
より、まず個々のト−チ内部でプラズマジェットを発生
させる。ついで陰極ト−チと陽極ト−チの間の外部のプ
ラズマジェットに転化させる。移行式のプラズマジェッ
トである。これが点灯してしまうと次にはト−チを移動
させプラズマジェットの形成領域を拡げる。この方法と
しては、様々のものがあり得る。たとえば、

【００３０】陽極ト−チを中心軸に沿って、陰極ト−
チから遠ざかる方向へ平行移動させる。 陰極ト−チを中心軸に沿って、陽極ト−チから遠ざか
る方向へ平行移動させる。 陽極ト−チの中心軸を傾けて中心軸の延長線が陰極ト
−チのノズル先端から遠ざかるようにする。 陽極ト−チの中心軸が、交差点Ｏから横に外れる方向
に陽極ト−チを回転する。 というようなモ−ドがあり得る。これらのモ−ドのひと
つ或はふたつを組み合わせて用いプラズマ形成領域を拡
げる事ができる。前記〜はＭ＝１、Ｎ≧２の場合に
ついて述べているが、その他の場合もこれらに準ずる移
動モ−ドがあり得る。

【００３１】の移動モ−ドは、陽極ト−チをそのまま
原点Ｏ（プラズマの交差点）から遠ざけるもので、
（２）〜（４）式に於いて、ｈを増加するものである。
の移動モ−ドは、陰極ト−チをそのまま原点Ｏから遠
ざけるもので（１）式に於いてｇを増すものである。
の移動モ−ドは陽極ト−チを平行移動するのでなく（位
置は変えず）方向ベクトルを変えるもので（６）〜
（８）式に於いてΘを減ずるものである。の移動モ−
ドは方向ベクトルの式の中のΦ、２Φ、．．．などを変
化させる。Φ→Φ＋ε、２Φ→２Φ＋εというように回
転させる。もちろんこれとともにΘを減ずる方向にして
も良い。又陰極ト−チが２以上ある場合（Ｍ≧２）は前
述〜の手法の他に陰極ト−チ間の距離が拡がるよう
に陰極ト−チを動かすことができる。この移動モ−ドは
陰極ト−チを並べる仮想円錐を相似形に大きくするもの
である。（９）式において、ｇsin θcos φ→ｇsin θ
cos φ×α、ｇsin θsin φ→ｇsin θsin φ×αを、
α（α＞１）倍変化させるものである。また陰極ト−チ
を傾けてプラズマジェット形成領域を拡大することもで
きる。この場合は、陰極ト−チを並べる仮想円錐の頂角
を小さくするように変化させるものである。この場合は
（９）〜（１２）式において、陰極ト−チの軸心の交差
点はＺ軸方向に−βだけ移動させ、同時にＺ軸とト−チ
の軸心との傾斜角θを減する方向に変化させるものであ
る。プラズマジェットの形成領域を制御するための方法
としては、上記のト−チの移動回転の他に、 （イ）個々のプラズマト−チのノズル形状 （ロ）プラズマト−チのノズルから噴出させるプラズマ
ガスの流量 （ハ）プラズマガスの組成 （ニ）プラズマの維持電力 （ホ）プラズマ形成圧力 （ヘ）炭素源ガスを吹き付けるノズルの形状、先端の位
置、ガス流量 といったパラメ−タを変化させる方法がある。

【００３２】

【実施例】

〔実施例１〕（Ｍ＝１，Ｎ＝３の場合） 図１は本発明を実施するためのＤＣプラズマジェットＣ
ＶＤ装置の概略断面図である。但しプラズマト−チの部
分は相互の関係を分かりやすく示すために斜視図となっ
ている。プラズマト−チ１、２、３、４は内部に同心円
状に陰極、陽極を有し非移行式のア−ク放電を起こして
プラズマを生ずることができる。背面からガスを導入し
これを放電によって励起してプラズマとし前方の狭いノ
ズルから噴出しプラズマジェットとするものである。こ
れらの内、１を陰極とし、２、３、４を陽極として使用
し、陰極陽極間に移行式の外部ア−クプラズマジェット
を形成する。そこで１を陰極ト−チ、２、３、４を陽極
ト−チと略称する。プラズマト−チの内部には不活性ガ
ス、水素ガスのみを通す事とし炭素源ガスを通さない。

【００３３】ガス供給ノズル５、６、７は炭素源ガス又
は炭素源ガスと水素ガスの混合ガスをプラズマジェット
の中に供給するためのノズルである。これらは陰極ト−
チ、陽極ト−チからのプラズマジェットの合流点にめが
けて炭素源ガスなどを吹き付ける。このため合流点の手
前にガス供給ノズル５、６、７の終端が位置している。
つまりト−チ１、２の合流点、ト−チ１、３の合流点、
ト−チ１、４の合流点に対してそれぞれガス供給ノズル
５、６、７が対応している。これらのプラズマト−チの
間に移行式外部プラズマジェット８が形成される。これ
らプラズマト−チ１〜４、ガス供給ノズル５〜７は真空
容器９の内部にある。これは真空排気口１０があってこ
こから真空排気できる。真空容器９の内部でプラズマト
−チの下方には冷却支持台１１があり、この上にダイヤ
モンドを形成すべき基材を戴置する。高温のプラズマジ
ェット８′が基材に入射するのでこれを冷却する必要が
ある。冷却支持台１１の内部に水を通して冷却するよう
になっている。

【００３４】この例では陰極ト−チ１がｚ軸上にあり、
陽極ト−チ２、３、４はｚ軸のまわりに１２０°ずつの
中心角をなして回転対称の位置に並んでいる。鉛直軸に
対する陽極ト−チの傾角Θは９０°〜６０°程度であ
る。図２はΘ＝９０°として、これらト−チを側面から
見た図である。但し中心の陰極ト−チは縦断面図で示し
ている。図３は陽極ト−チを横断して示す断面図と電気
回路図である。陽極ト−チ３つは同じものであるが、陰
極ト−チは陽極ト−チに比べて容量の大きいものを使用
している。外部ア−クプラズマを形成する時に陰極、陽
極とするのでそのように呼ぶ事にする。陰極ト−チ１は
円柱状で３つの電極が同心円状に配置されている。外か
ら第２外套電極（陽極）１３、第１外套電極（陽極）１
４、陰極棒１５である。これらは絶縁体によって互いに
絶縁されている。陰極棒１５はＷ製で、外套電極１４、
１５は銅製である。これらは実際には２重壁になってお
り冷却水を間に流して冷却できるようにしている。陰極
棒１５は根元の部分が冷却される。第１外套電極１４、
第２外套電極１３の先端は縮径し狭いノズルとなってい
る。陰極棒１５と第１外套電極１４の間の空間へガスを
吹き込む第１ガス導入口１６が背後の絶縁体を貫いて設
けられる。第１外套電極１４と第２外套電極１３の間の
空間へガスを吹き込む第２ガス導入口１７が同様に設け
られる。これらを通してガス１８、１９がト−チ内部へ
導入される。これらはプラズマを生成するためのガスで
ある。

【００３５】陽極ト−チ２、３、４も同一の構造を持
つ。陽極ト−チ２は第２外套電極２０、第１外套電極２
１、陰極棒２２を同心円状に有する。ガス導入口２３、
２４からプラズマ生成用のガス２５、２６が導入され
る。陽極ト−チ３は第２外套電極２７、第１外套電極２
８、陰極棒２９を有する。ガス導入口３０、３１からプ
ラズマ生成用のガス３２、３３がト−チ内に導入され
る。陽極ト−チ４は、第２外套電極３４、第１外套電極
３５、陰極棒３６を同心円状に有する。ガス導入口３
７、３８からガス３９、４０が導入される。陽極ト−チ
２、３、４についても第２外套電極（外陽極）２０、２
７、３４、第１外套電極（内陽極）２１、２８、３５は
二重壁となっており内部から水冷されている。陰極棒２
２、２９、３６も根元の部分から冷却されている。いず
れのプラズマト−チに於いても、プラズマを生成するた
めには陰極と外套電極の間にガスを流さなくてはならな
い。これは不活性ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、Ｋｒ）かこ
れと水素との混合ガスとする。炭素源ガスはプラズマト
−チの内部に流さない。

【００３６】それぞれのプラズマト−チは内部の電極間
に電圧を印加して内部ア−クプラズマを発生させたり、
ト−チ間に電圧を印加して外部ア−クプラズマを発生す
るための電源を有する。陰極ト−チ１は電源４１を有す
る。これは直流電源と表現しているが、ア−ク駆動時に
は直流に高周波を重畳した電圧を生ずることができる電
源である。高周波を加えるのはプラズマが立ち易くする
ものである。他のト−チの電源についても同様である。
この電源は直流電源であるから、正極と負極の区別があ
る。負極はスイッチ４４を介して陰極棒１５に接続され
る。正極はスイッチ４２を介して第２外套電極１３に、
スイッチ４３を介して第１外套電極１４に接続される。
陽極である外套電極が２重になっているのは、内部ア−
クプラズマを励起した後、これを外部ア−クプラズマに
転化させる際、これを確実に行うためと、ガスを流す事
によって電極を保護する際に便利だからである。このた
め２つの陽極はスイッチ４２、４３の切り換えにより択
一的に電圧が印加される。陽極ト−チ２は直流電源４５
を持つ。負極はスイッチ４６を介して陰極棒２２に接続
される。正極はスイッチを介することなく第１外套電極
２１に接続される。第２外套電極２０は最外殻の電極で
あるが、これは電源に接続されていない。陽極ト−チ３
は直流電源４７を備える。負極はスイッチ４８を介して
陰極棒２９に接続される。正極は直接第１外套電極２８
に接続される。陽極ト−チ４の直流電源４９も負極はス
イッチ５０を介して陰極棒３６に接続される。正極は直
接第１外套電極３５に接続される。これらの他に陰極ト
−チ１の電源４１の負極と他の陽極ト−チの電源４９、
４５、４７の負極との間を接続遮断するスイッチ５１、
５２、５３がある。

【００３７】以上の構成に於いてその操作を説明する。
はじめに各プラズマト−チで独立に内部ア−クプラズマ
を形成し、次にこれを外部プラズマに転換する。 （１）真空容器９に於いて、冷却支持台１１に基材１２
を戴置し熱伝導が十分に行えるようしっかりと固定して
おく。そして冷却支持台１１は真空容器９の下方へ下げ
ておく。内部を１×１０^-3Ｔｏｒｒ以下の高真空に引
く。内外のガス導入路１６、１７、２３、２４、３０、
３１、３７、３８からＡｒガスをト−チの内部に供給す
る。スイッチ４３、４４、４６、４８、５０を接続す
る。スイッチ４２、５１、５２、５３は遮断してある。 （２）真空容器９内の圧力が６００Ｔｏｒｒになったら
陰極ト−チ１のプラズマ形成用電源４１を動作させ、陰
極ト−チ１の陰極棒１５と第１外套電極１４の間に非移
行式内部プラズマを形成する。これは電極間距離が短い
ので容易に点灯する。 （３）次にスイッチ４２を接続しスイッチ４３を遮断す
る。これにより陽極電圧は第２外套電極１３に移る。従
って内部プラズマは陰極棒１５と第２外套電極１３の間
に発生するようになる。つまり内部プラズマであるが、
これが外部へ転化し易いように外側へ移動させたのであ
る。この段階では陰極ト−チ１のみにア−クプラズマが
形成されている。

【００３８】（４）続いて陽極ト−チ２、３、４のプラ
ズマ形成用電源４５、４７、４９を動作させる。それぞ
れのト−チの内部で陰極棒と第１外套電極との間に直流
電圧が印加（駆動時のみ高周波電圧が重畳されている）
されるのでこれらの間にア−クプラズマが点灯される。
こうして４つのプラズマト−チ１〜４のいずれにもパイ
ロットア−クが形成された状態になる。 （５）次に移行式の外部ア−クプラズマの形成動作に移
る。まず陰極ト−チ１と、陽極ト−チ２との間に移行式
ア−クプラズマを形成する。電源４１、４５の出力を上
げてゆき、陰極ト−チ１と陽極ト−チ２のア−クプラズ
マを大きくしてゆく。やがて両方のプラズマフレ−ムが
互いに接触するに至る。 （６）スイッチ５２を接続し、スイッチ４６を遮断す
る。これにより直流電源４１、４５の負極同士が接続さ
れる。また陽極ト−チでプラズマ形成ガス２５を流すの
を中止する。こうする事により陽極ト−チ２の内部ア−
クプラズマは消える。陰極ト−チ１の内部ア−クプラズ
マは存続している。新たに陰極ト−チ１の陰極１５と陽
極ト−チ２の第１外套電極２１との間で移行式の外部ア
−クプラズマ２が形成される。この状態で外部ア−クプ
ラズマのパワ−を供給しているのは電源４５である。電
源４１は陰極ト−チ１の内部ア−クプラズマに電力を与
えているだけである。この他、スイッチ４６を切った
後、スイッチ４２も切って陰極ト−チ１の内部に於ける
陰極棒１５と第２外套電極１３との間の非移行式内部ア
−クプラズマを消しても、外部ア−クプラズマを維持す
る事ができる。しかし、陰極ト−チ１の内部ア−クプラ
ズマを点灯したままにした方が、陰極ト−チ１と陽極ト
−チ２の間の外部ア−クプラズマを安定に保持でき、ど
うかして消えてしまうという惧れが少ない。

【００３９】（７）電源４５の出力を上げて、陰極ト−
チ１と陽極ト−チ２の間の外部ア−クプラズマを強化す
る。次に陰極ト−チ１と第２の陽極ト−チ３との間に外
部ア−クプラズマを形成しなければならない。陽極ト−
チ３の電源４７の出力を上昇させる。陽極ト−チ３の陰
極棒２９と第１外套電極２８との間に形成されていた内
部ア−クプラズマのフレ−ムを大きくしてゆく。やがて
内部ア−クプラズマフレ−ムが、既に存在している陰極
ト−チ１と陽極ト−チ２の間の外部ア−クプラズマフレ
−ムに接触する。この状態でスイッチ５３を入れる。こ
れによって陽極ト−チ３の電極４７の負極が陰極ト−チ
１の陰極棒１５に接続された事になる。次いでスイッチ
４８を切る。ト−チ３の内部にプラズマ形成用ガス３２
を流すのを中止する。陽極ト−チ３の内部ア−クプラズ
マが消え、かわりに陽極ト−チ３の第１外套電極２８と
陰極ト−チ１の陰極棒１５の間に外部ア−クプラズマが
形成される。この時は３つのア−クプラズマが存在する
ことになる。陰極ト−チ１と陽極ト−チ２の間の外部ア
−クプラズマ、陰極ト−チ１と陽極ト−チ３の間の外部
ア−クプラズマ２、陰極ト−チ１内部の陰極棒１５と第
２外套電極１３との間の内部ア−クプラズマである。

【００４０】（８）次に第３の陽極ト−チ４と陰極ト−
チ１の間で外部ア−クプラズマを形成しなければならな
い。陽極ト−チ４には内部プラズマが点灯している。こ
れの電源４９の出力を上げてゆき陽極ト−チ４の内部ア
−クプラズマを拡大してゆく。やがてこの内部ア−クプ
ラズマフレ−ムが既に存在する陽極ト−チ２、陽極ト−
チ３と陰極ト−チ１の間の外部ア−クプラズマフレ−ム
に接触する。この状態に達した後スイッチ５１を入れ
る。これにより陰極ト−チ１の陰極棒１５と電源４９の
負極とが接続される。スイッチ５０を切る。陽極ト−チ
４に流していたプラズマ形成ガス３９の供給を停止す
る。陽極ト−チ４の内部ア−クプラズマが消えて、陽極
ト−チ４の第１外套電極３５と陰極ト−チ１の陰極棒１
５の間で外部ア−クプラズマが形成される。 （９）こうして３本の陽極ト−チと、１本の陰極ト−チ
との間に３つの外部ア−クプラズマが形成された事にな
る。これらは陽極ト−チ２、３、４の第１外套電極２
１、２８、３５と陰極ト−チ１の陰極棒１５との間に形
成される移行式外部ア−クプラズマである。 （１０）しかし陰極ト−チ１の内部では陰極棒１５と第
２外套電極１３の間で内部ア−クプラズマが存在してい
る。そこでスイッチ４２を切り、この内部ア−クプラズ
マを消灯させる。残ったものは前述のとおりの３本の陽
極ト−チの第１外套電極２１、２８、３５と陰極ト−チ
１の陰極棒１５の間の３つの外部ア−クプラズマであ
る。 以上の（１）〜（１０）の操作によって、陰極ト−チと
３つの陽極ト−チの間に、移行式の外部ア−クプラズマ
ジェットを広い範囲に渡って形成することができる。こ
れをさらに拡げるために

【００４１】（１１）本発明ではプラズマト−チを平行
移動或は回転させる。これを図４によって説明する。図
４（ａ）は初期状態を示す。上下方向にｚ軸を取って述
べる。陰極ト−チはｚ軸に沿い下向きに設定される。陽
極ト−チの中心軸線はｚ軸に対して同一点Ｏで交わりｚ
軸に対して９０°をなす（Θ＝９０°）。さらに隣接陽
極ト−チの中心軸線のなす角は１２０°である。（Φ＝
１２０°） （イ）これを図４（ｂ）に示すように陰極ト−チ１が、
交差点Ｏから遠ざかる方向に平行移動させる。 （ロ）或は図４（ｂ）に示すように３つの陽極ト−チ
２、３、４が交差点Ｏから遠ざかる方向に平行移動させ
る。 （ハ）又は図４（ｃ）に示すように３つの陽極ト−チを
傾けてそれぞれのノズル先端がＯ点から離れるようにす
る。しかもノズルはｘｙ平面上あるいはｘｙ平面より下
方に向くように動かす。つまり陽極ト−チの初期状態の
単位ベクトルは、（−cos （２πｉ／３），−sin （２
πｉ／３），０） ｉ＝１，２，３ (13)と書く事がで
きるが、これを、方向ベクトルｕを、 （sin （２πｉ／３）tan （π／６−δ）＋cos （２πｉ／３），−sin （２π ｉ／３），−ε） (14) すなわち、単位ベクトルを、ｕ／｜ｕ｜

【００４２】というように変化させるのである。δ、ε
は微少量であり、各ト−チについて同じ値でなくても良
い。これはト−チの中心軸が一点に相会しない。 （ニ）或は図示していないが、３つの陽極ト−チのノズ
ル先端を下げるようにする。これは、方向ベクトルｖ
が、 （−cos （２πｉ／３），−sin （２πｉ／３），−ε） (15) すなわち単位ベクトルが、 ｖ／｜ｖ｜ によって表現することができる。ト−チの中心軸がＯ点
より下の一点に収束する。このようにして陰極ト−チ、
陽極ト−チから発生し合流、合体した外部プラズマジェ
ットの形成領域を動的な手段によって拡大する事ができ
る。炭素源ガス又は炭素源ガスと水素の混合ガスは図１
に示すように陰陽ト−チのプラズマジェットの合流点に
向けて開口するガス供給ノズル５、６、７から供給され
る。前記に（イ）〜（ニ）の操作によってプラズマの形
成範囲が変動するから、プラズマジェットの合流点も変
動している。そこでガス供給ノズル５、６、７の位置、
方向もこれに随伴して変化させる。常に陰極ト−チ、陽
極ト−チからのア−クプラズマジェットの合流点めがけ
て炭素源ガスなどを吹き込むようにする。

【００４３】（１２）陰極ト−チ１の第１、第２外套電
極１４、１３の間のガス流路１９へＡｒ：Ｈ₂ ＝１：１
の混合ガスを流す。 （１３）真空容器内の圧力を２００Ｔｏｒｒ程度に減圧
する。 （１４）先述のように冷却支持台１１はその上にＭｏ基
材１２を熱伝導が十分に行えるように予めしっかりと固
着しており、真空容器内下部に下げてある。この冷却支
持台１１を徐々に上げてゆく。そしてア−クプラズマジ
ェットのフレ−ムの中に基材が入るようにする。図示し
ていないがＭｏ基材１２には熱電対が埋め込んであり、
これによって基材１２の温度を測定する。 （１５）冷却支持台１１の位置とプラズマ形成電力と真
空容器内の反応圧力とを調節して、基材１２がプラズマ
フレ−ムの中に入り且つ基材表面の温度が７００℃〜１
２００℃の範囲に入るようにする。 （１６）次にガス供給ノズル５、６、７から炭素源ガス
としてメタン（ＣＨ₄ ）ガスを導入した。各ト−チから
供給されたガスも含めて全反応ガス中に占める炭素原子
数の水素原子数に対する比率は１０％以下であるのが望
ましい。炭素源ガスに酸素ガスを加えても良い。この場
合、酸素原子数を炭素原子数に対して５０％以下とする
時、全反応ガス中に於いて炭素原子数の水素原子数に対
する割合を２０％まで高めることができる。つまり酸素
ガスの添加によって合成ダイヤ中に含まれる非ダイヤ炭
素の除去能力を上げることができるので原料ガス中の炭
素原子の量をより高くする事ができるのである。炭素源
ガス中に於ける炭素原子の割合がこれらの値を越えて増
加すると、基材の上に形成されるものには非ダイヤモン
ド成分が多く含まれるようになる。ダイヤモンドとして
の品質が低下するので望ましくない。一例として表１に
示す条件でダイヤモンド合成を行った。直径３インチの
基材の上に、１００μｍ／ｈｒを超す成長速度でダイヤ
モンドを合成することができた。膜厚分布は１０％以下
であった。ラマン分光法による評価では合成されたダイ
ヤモンドは非ダイヤ炭素成分を殆ど含まない高品質のダ
イヤであることが確認された。優れた品質のダイヤモン
ドが高速で、かつ大面積の形成領域に渡って合成ができ
るという事が分かった。

【００４５】

【表１】

【００４６】〔実施例２〕（Ｍ＝２，Ｎ＝２の場合） 図５によって第２の実施例を説明する。プラズマト−チ
５４、５５、５６、５７は各々非移行式内部ア−クプラ
ズマジェットを形成できるプラズマト−チである。プラ
ズマを放電ガスとともにノズルから噴出させる事により
ガス流型のプラズマジェットを形成することができる。
この実施例ではプラズマト−チ５４、５５を陰極として
使用する。そこでこれらを簡単に陰極ト−チ５４、５５
と呼ぶ事にする。プラズマト−チ５６、５７は陽極とし
て使用する。そこでこれらを簡単に陽極ト−チ５６、５
７と呼ぶ。陰極ト−チは陽極ト−チよりも容量の大きい
ものを使用する。ガス供給ノズル５８、５９は炭素源ガ
ス又は炭素源ガスと水素の混合ガスを供給するノズルで
ある。陰極ト−チと陽極ト−チの間に生ずる外部ア−ク
プラズマジェットの合流部に向けてガス供給ノズル５
８、５９は前記のガスを吹き付ける。

【００４７】これらのプラズマト−チ５４〜５７、ガス
供給ノズル５８、５９は真空容器６１の上方に設けられ
る。この真空容器６１は真空排気口６２を有しここから
真空排気できるようになっている。ダイヤモンドの合成
は減圧又は常圧で行う。真空容器６１の下方には基材６
４を戴置した冷却支持台６３がある。これの内部には冷
却水が循環し基材６４を強制的に冷却するようになって
いる。陰極ト−チ５４、５５は上方から斜め下向きに固
定されており、中心軸の延長線は同一点Ｏで交わる。し
かもこれらは交差点Ｏを通る鉛直線（ｚ軸とする）に関
して反対側にある。陽極ト−チ５６、５７は前記の交差
点Ｏを通る基材面と平行な直線上に相対して設置されて
いる。陽極ト−チ５６、５７を含む鉛直面と陰極ト−チ
５４、５５を含む鉛直面とが９０°の角度をなしてい
る。陽極ト−チの存在する軸をｘ軸とすると、陰極ト−
チ５４、５５の位置は、交差点とト−チの中心の距離を
ｇとして、

【００４８】 ５４（０， ｇsin Θ， ｇcos Θ） （16） ５５（０，−ｇsin Θ， ｇcos Θ） （17） というふうに表現することができ陰極ト−チ５４、５５
のノズルの向きを示す単位ベクトルは、 ５４→（０，−sin Θ，−cos Θ） （18） ５５→（０，sin Θ，−cos Θ） （19） によって表現できる。陽極ト−チ５６、５７の位置は ５６（ｈ， ０， ０ ） （20） ５７（−ｈ， ０， ０） （21） というふうに表現できる。ｈは陽極ト−チ５６、５７の
中心と交差点Ｏとの距離である。陽極ト−チ５６、５７
のノズルの向きを示す単位ベクトルは、 ５６→（−１， ０， ０） （22） ５７→（１， ０， ０） （23） と書ける。

【００４９】図６は図５に示したプラズマト−チの断面
図及びこれらプラズマト−チに接続される電気回路図を
示す。それぞれのト−チは同一の構造を持つ。電源の接
続は陰極ト−チと陽極ト−チで少し異なっている。陰極
ト−チ５４は外から同心円状に第２外套電極６５、第１
外套電極６６、陰極棒６７を有する。陰極棒６７は中心
にあってＷ製の棒である。これは根元の部分を水冷する
ようになっている。外套電極６５、６６は陽極として用
いられる。３つの電極は互いに絶縁されている。第２外
套電極６５、第１外套電極６６は二重壁になっていて冷
却水を通すことができる。中央の陰極棒６７と第１外套
電極６６によって囲まれる空間へプラズマ形成ガスを導
入するためのガス導入口６８が設けられる。第１外套電
極６６と第２外套電極６５の間の空間へプラズマ形成ガ
スを導入するためのガス導入口６９が設けられる。ガス
導入口６８、６９からプラズマ形成ガス７０、７１が電
極間に導入される。

【００５０】第２の陰極ト−チ５５も同様である。外側
から第２外套電極７２、第１外套電極７３、陰極棒７
４、ガス導入口７５、７６を有する。そしてガス導入口
７５、７６からプラズマ形成ガス７７、７８が電極間に
導入される。陽極ト−チ５６は、外側から第２外套電極
７９、第１外套電極８０、陰極棒８１、ガス導入口８
２、８３を有し、それぞれプラズマ形成ガス８４、８５
が導入される。陽極ト−チ５７も同様に外側から第２外
套電極８６、第１外套電極８７、陰極棒８８、ガス導入
口８９、９０を有する。それぞれプラズマ形成ガス９
１、９２が電極間に導入される。いずれに於いても陰極
棒はＷ製で根元部分が冷却できる。外套電極は図示して
いないが二重壁になっていてやはり水冷する事ができ
る。第１の陰極ト−チ５４には直流電源９３が設けてあ
る。これは直流に高周波を重畳できるようになっている
が、単に直流電源という。これの負極が陰極棒６７に接
続される。正極はスイッチ９４を介して第１外套電極６
６に接続される。正極はさらにスイッチ１０５を介して
第２外套電極６５に接続される。

【００５１】第２の陰極ト−チ５５にも直流電源９６が
設けてある。これの負極は陰極棒７４に接続してある。
正極はスイッチ９７を介して第１外套電極７３に、スイ
ッチ１０６を介して第２外套電極７２に接続される。第
１の陽極ト−チ５６の直流電源９９は、その負極がスイ
ッチ１００を介して陰極棒８１に接続され、その正極は
スイッチを介さず第１外套電極８０に接続される。第２
の陰極ト−チ５７の直流電源１０２は、その負極がスイ
ッチ１０３を介して陰極棒８８に接続される。正極は直
接に第１外套電極８７に接続される。陰極ト−チ、陽極
ト−チ間で移行式の外部ア−クプラズマを形成するため
に、第１陽極ト−チ５６の直流電源９９の負極がスイッ
チ９８を介して第２陰極ト−チ５５の陰極棒７４に接続
される。第２陽極ト−チ５７の直流電源１０２の負極が
スイッチ９５を介して第１陰極ト−チ５４の陰極棒６７
に接続される。陰極、陽極ト−チ間に外部ア−クプラズ
マが生成された時、電源９９が陰極ト−チ５５と陽極ト
−チ５６の間に、電源１０２が陰極ト−チ５４と陽極ト
−チ５７の間に電力を供給するようになっている。

【００５２】さらに電源９６の正極がスイッチ１０４を
介して第２陽極ト−チ５７の第１外套電極８７に接続さ
れる。電源９３の正極がスイッチ１０１を介して第１陽
極ト−チ５６の第１外套電極８０に接続される。陰極、
陽極ト−チ間で外部ア−クプラズマを生成された時、陰
極ト−チ５５と陽極ト−チ５７の間に電源９６から電力
が供給される。陰極ト−チ５４と陽極ト−チ５６の間に
電源９３から電力が供給される。最初に各々のプラズマ
ト−チで内部ア−クプラズマを発生させるが、此のとき
はいずれのト−チに於いても陰極棒を保護するため、陰
極棒と第１外套電極の間に不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ
ｅ、Ｋｒ）を流す。次いで外部アークプラズマを発生さ
せるが、この時はいずれのト−チに於いても、第１外套
電極と第２外套電極の間にガスを流す。但し陰極ト−チ
５４、５５では移行式の外部ア−クプラズマを形成した
後で不活性ガスと水素ガスの混合ガスを流す。陽極ト−
チ５６、５７では不活性ガスを流す。いずれの場合でも
炭素源ガスはト−チ内に流さない。

【００５３】以上の構成に於いてその操作を説明する。 （１）冷却支持台６３の上に５インチ径のＭｏ基材６４
をしっかりと固定する。これは熱伝導が十分に行われて
基材６４を十分冷却できるようにするためである。そし
てプラズマが発生し安定するまで冷却支持台６３は下方
へ下げておく。基材に埋め込んだ熱電対（図示せず）に
よって基材６４の温度をモニタする事ができる。 （２）真空容器６１を閉じて内部を１×１０^-3Ｔｏｒｒ
以下の高真空に引く。ト−チの全てのガス導入口６８、
６９、７５、７６、８２、８３、８９、９０からＡｒガ
スをト−チ内流路に導入する。 （３）スイッチ９４、９７、１００、１０３を投入す
る。スイッチ９５、９８、１０１、１０４、１０５、１
０６は遮断したままである。これでそれぞれのト−チと
電源とが接続された事になる。 （４）真空容器内の圧力が６００Ｔｏｒｒになったら、
直流電源９３を動作させ、第１陰極ト−チ５４の陰極棒
６７と第１外套電極６６の間に非移行式内部ア−クプラ
ズマを点灯する。

【００５４】（５）スイッチ１０５を入れ、スイッチ９
４を切る。これによって内部ア−クプラズマが第１陰極
ト−チ５４の陰極棒６７と第２外套電極６５との間へ移
る。内部放電であるが範囲を拡げたのである。 （６）次に同様の動作を第２の陰極ト−チ５５に於いて
も行う。つまり電源９６を動作させて、陰極棒７４と第
１外套電極７３の間に内部ア−クプラズマを点灯する。
ついでスイッチ１０６を入れ、スイッチ９７を切って、
陰極棒７４と第２外套電極７２との間の内部ア−クプラ
ズマとする。つまり内方で点灯してこれを外方へ移すの
である。電極間の距離の長い第２外套電極−陰極棒間で
最初から放電を誘起するのは難しいので、まず第１外套
電極−陰極棒間で内部ア−クプラズマを作り出す。これ
を外方へ移すのは簡単にゆく。 （７）次に陽極ト−チ５６でも直流電源９９を動作さ
せ、陰極棒８１と第１外套電極８０との間に内部ア−ク
プラズマを形成する。 （８）陽極ト−チ５７でも同じことをして、陰極棒８８
と第１外套電極８７との間に内部ア−クプラズマを形成
する。こうして４つのプラズマト−チの全てにパイロッ
トア−クが形成される。 （９）続いて陰極ト−チの間に外部ア−クプラズマを形
成するのであるが、これもひとつずつ順に実行する．ま
ず陰極ト−チ５４と陽極ト−チ５７の間に移行式外部ア
−クプラズマを形成する。直流電源９３、１０２の出力
を徐々に上げ陰極ト−チ５４、陽極ト−チ５７のア−ク
プラズマを大きくする。やがて両者が接触するに至る。
スイッチ９５を入れ、スイッチ１０３を切る。陽極ト−
チ５７でプラズマ形成ガス９１の導入を中止する。

【００５５】こうすると陰極ト−チ５４では、陰極棒６
７と第２外套電極６５の間に内部ア−クプラズマが残っ
ており、さらにこれに加えて、陰極ト−チ５４の陰極棒
６７を第２陽極ト−チ５７の第１外套電極８７との間に
移行式の外部ア−クプラズマが生ずる。第２陽極ト−チ
５７の内部ア−クプラズマは消えている。 （１０）次に陰極ト−チ５５と陽極ト−チ５６の間に移
行式の外部ア−クプラズマを形成する。手順は前のもの
と同じである。直流電源９６、９９の出力を徐々に上げ
陰極ト−チ５５、陽極ト−チ５６の内部ア−クプラズマ
を大きくする。両者がやがて接触する。スイッチ９８を
入れスイッチ１００を切る。陽極ト−チ５６でプラズマ
形成ガス８４を流すのを中止する。この状態で陰極ト−
チ５５では内部ア−クプラズマが残っている。これに加
えて陰極ト−チ５５の陰極棒７４と陽極ト−チ５６の第
１外套電極８０の間に移行式の外部プラズマが生ずる。
陽極ト−チ５６の内部ア−クプラズマは消えている。 （１１）スイッチ１０１を入れ、スイッチ１０５を切
る。この操作により第１陰極ト−チ５４の陰極棒６７と
第１陽極ト−チ５６の第１外套電極８０との間に外部ア
−クプラズマが形成される。かわりに陰極ト−チ５４の
内部ア−クプラズマは消える。従ってこの段階で陰極ト
−チ５４の陰極棒６７と、陽極ト−チ５６、５７の第１
外套電極８０、８７との間に２つの外部ア−クプラズマ
が形成された事になる。

【００５６】（１２）スイッチ１０４を入れ、スイッチ
１０６を切る。これにより第２陰極ト−チ５５の陰極棒
７４と、直流電源９６、第２陽極ト−チ５７の第１外套
電極８７とが接続される。このためこれら陰極ト−チ５
５の陰極棒７４と、陽極ト−チ５７の第１外套電極８７
との間に移行式の外部ア−クプラズマが形成される。そ
れとともに、陰極ト−チ５７の内部ア−クプラズマが消
える。このようにして２つの陰極ト−チ５４、５５と２
つの陽極ト−チ５６、５７の間に４つの外部ア−クプラ
ズマジェットが形成される。この状態で、最初点灯した
内部ア−クプラズマは全て消えている。これらは外部放
電を誘起するため必要であった。しかし外部放電が起こ
ってしまえばこれらの内部放電は不要であるので消灯す
るのである。以上の操作の際には、電源９５、９６、９
９、１０２の出力を調整して個々の回路を流れる電流に
よって形成される移行式の外部ア−クプラズマのバラン
スを取り、安定放電を維持する工夫をしなければならな
い。

【００５７】（１３）こうして４つのト−チ間で広い外
部ア−クプラズマジェット領域を形成できる。本発明で
はさらに進んで、これをもっと広く拡大する。図７に示
すように各々のプラズマト−チを平行移動或は回転させ
るのである。図７（ａ）は初期状態を示す。これは先に
述べたのと同じで、４つのプラズマト−チの中心軸の延
長線は一点Ｏで交わる。２つの陰極ト−チはｙｚ平面上
に対称にある。２つの陽極ト−チはｘ軸上に対向して存
在する。ト−チの移動回転のモ−ドを図７（ｂ）に示
す。 （イ）陰極ト−チ５４、５５をｘ軸と平行な軸の回りに
回転させ、中心軸の延長線が原点Ｏより下にくるように
する。つまり（１８）、（１９）のかわりにト−チ５
４、５５のノズル方向を示す単位ベクトルは（△＞０と
して） ５４→（０， −sin （Θ−△）， −cos （Θ−△）） （24） ５５→（０， sin （Θ−△）， −cos （Θ−△）） （25） というふうに表現できる。両ト−チの中心軸の交差点は
原点Ｏより下で ｚ＝ｇcos Θ−ｇcos （Θ−△） （26） の点になる。 （ロ）陽極ト−チ５６、５７の位置を中心軸線に沿って
後方に平行移動させる。（20）（21）のかわりに陽極ト
−チの位置はＨ＞ｈとして ５６（Ｈ， ０， ０） （27） ５７（−Ｈ， ０， ０） （28） と書くことができる。 （ハ）陰極ト−チ５４、５５を中心軸線に沿って後退さ
せる。これは図７（ｂ）には示していない。（16）、
（17）式のかわりにＧ＞ｇとしてト−チ５４、５５の位
置を ５４（０， Ｇsin Θ， Ｇcos Θ） （29） ５５（０， −Ｇsin Θ， Ｇcos Θ） （30） と書く事ができる。 （ニ）陽極ト−チ５６、５７の中心軸線がｘ軸からずれ
るようにこれらを少し回転させる。（22）、（23）のか
わりにこれらト−チノズルの単位ベクトルを ５６→（−cos ε， sin ε， ０） （31） ５７→（cos ε， −sin ε， ０） （32） と書く事ができる。これも図７（ｂ）には示していな
い。このような４つのト−チの移動回転のひとつ或は２
つ以上の組み合わせを行うことにより外部ア−クプラズ
マジェットの形成領域を著しく拡大する事ができる。

【００５８】（１４）プラズマト−チを移動回転させて
陰極ト−チ、陽極ト−チ間に生ずるア−クプラズマの形
成領域を拡大した後、ガス供給ノズル５８、５９の位置
を変えて、前述のア−クプラズマの合流点に向けてガス
を噴出できるようにする。ト−チを移すと合流点が変わ
るので、このような調整が必要になる。 （１５）陰極ト−チ５４、５５の、第２、第１外套電極
間を隔てるガス流路６９、７６にＡｒ：Ｈ₂ ＝１：１の
混合ガスを流す。またガス流路６８、７５にはＡｒのみ
を流しており、これは陰極棒６７、７４を保護する作用
もある。陽極ト−チ５６、５７の方は、第２、第１外套
電極間の流路８３、９０に不活性ガス（ここではＡｒ）
を流している。これも第１外套電極を保護する作用も有
する。 （１６）真空容器内の圧力を２００Ｔｏｒｒ程度にまで
減圧する。外部ア−クプラズマジェットが安定して発生
しているので、それまで下げていた冷却支持台６３を上
昇させる。そして外部ア−クプラズマジェットのフレ−
ムの中に基材６４が入るようにする。熱電対の出力を監
視しながら、基材表面温度が７００℃〜１２００℃の範
囲に入るように、冷却支持台６３の高さ、プラズマ形成
電力、反応圧力を調整する。 （１７）ガス供給ノズル５８、５９から、炭素源ガスと
してメタンＣＨ₃ をア−クプラズマジェットに向けて噴
出する。このような手順により、表２に示すような条件
で５インチφのＭｏ基材の上に１００μｍ／ｈｒを超す
成長速度でダイヤモンドを合成する事ができた。得られ
たダイヤモンドの膜厚分布は５インチφであるにも拘ら
ず１５％以内であった。優れて均一性が高いという事が
分かる。ラマン分光法による評価では合成されたダイヤ
モンドは非ダイヤ炭素成分を殆ど含まない高品質のダイ
ヤであることが確認されている。実施例１と同様に、高
品質のダイヤモンドが高速でかつ大面積の形成領域で合
成できるということが分かった。

【００５９】

【表２】

【００６０】

【発明の効果】

（１）本発明のダイヤモンド製造法、装置によると、３
以上のプラズマト−チの間で移行式の外部ア−クプラズ
マジェットを形成し、これらを合流合体させることで大
きなプラズマジェットを形成している。 （２）本発明はこのような静的手段によるプラズマ形成
領域の拡大だけでなく、動的手段によってさらに広く拡
大する。外部ア−クプラズマジェットを陰極ト−チ、陽
極ト−チ間に形成した後、これらト−チを互いに遠ざか
る方向へ平行移動したり、中心軸線の延長線が一点で交
差しないように回転したりする。これによってより広い
ア−クプラズマジェット形成領域を得る事ができる。 （３）炭素源ガスをプラズマト−チに通すと炭素が付着
して放電が不安定になる。従来法はこの点で失敗してい
たのである。本発明では、プラズマト−チに通すのは不
活性ガスか水素ガスだけであり、炭素源ガスは通さな
い。炭素源ガスは別のガス供給ノズルから外部プラズマ
ジェットの合流点に向けて噴射している。このため長時
間安定してプラズマジェットを維持することができる。 （５）ガス供給ノズルは、１対の陰極ト−チ、陽極ト−
チのプラズマジェットの合流点にめがけてガスを供給す
る。これは未だプラズマジェットの断面積が小さいの
で、この内部まで均一に炭素源ガスを送り込む事ができ
る。こうして大面積の基材に均一にダイヤモンド合成を
することができるようになった。 （６）本発明の方法は柔軟性に富み、陰極ト−チ、陽極
ト−チの数を増やす事により、いくらでもア−クプラズ
マジェットの形成領域を拡げる事ができる。 （７）本発明は、高速合成が可能であるというプラズマ
ジェット法の最大利点を損なう事なく、大面積の基材の
上へ均一なダイヤモンド膜を合成させる事ができる。こ
れが最大の長所である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ひとつの陰極ト−チ、３つの陽極ト−チを用い
た本発明の第１の実施例を示すダイヤモンド製造装置の
概略図。

【図２】図１のプラズマト−チの内、陰極ト−チのみを
縦断面図として示すプラズマト−チの側面図。

【図３】図１のプラズマト−チの陽極ト−チの断面図と
これらト−チに電力を供給する電源との間の電気回路
図。

【図４】図１〜図３の装置に於いて、陰極ト−チの間で
移行式が外部ア−クプラズマを形成した後、プラズマト
−チを移動回転させてア−クプラズマ形成領域を拡大す
る方法を示す斜視図。（ａ）は初期状態、（ｂ）はト−
チを軸方向に遠ざかる方向に平行移動した状態、（ｃ）
は陽極ト−チを回転させ中心軸の延長が一点で交差しな
いようにした状態を示す。

【図５】ふたつの陰極ト−チ、ふたつの陽極ト−チを用
いた本発明の第２の実施例を示すダイヤモンド製造装置
の概略図。

【図６】図５の装置に於いて、プラズマト−チの断面図
とこれらト−チに電力を供給する電源との間の電気回路
図。

【図７】図５〜図６の装置に於いて陽極ト−チの間で移
行式外部ア−クプラズマを形成した後、プラズマト−チ
を移動回転させてア−クプラズマ形成領域を拡大する方
法を示す斜視図。（ａ）は初期状態、（ｂ）は陽極ト−
チを後退させたり、陰極ト−チを回転させたりした状態
を示す。

【符号の説明】

１ 陰極ト−チ ２ 陽極ト−チ ３ 陽極ト−チ ４ 陽極ト−チ ５ ガス供給ノズル ６ ガス供給ノズル ７ ガス供給ノズル ８ 移行式外部ア−ク ８′ プラズマジェットフレ−ム ９ 真空容器 １０ 真空排気口 １１ 冷却支持台 １２ 基材 １３ 第２外套電極 １４ 第１外套電極 １５ 陰極棒 １６ プラズマ形成ガス導入口 １７ プラズマ形成ガス導入口 １８ プラズマ形成ガス １９ プラズマ形成ガス ２０ 第２外套電極 ２１ 第１外套電極 ２２ 陰極棒 ２３ プラズマ形成ガス導入口 ２４ プラズマ形成ガス導入口 ２５ プラズマ形成ガス ２６ プラズマ形成ガス ２７ 第２外套電極 ２８ 第１外套電極 ２９ 陰極棒 ３０ プラズマ形成ガス導入口 ３１ プラズマ形成ガス導入口 ３２ プラズマ形成ガス ３３ プラズマ形成ガス ３４ 第２外套電極 ３５ 第１外套電極 ３６ 陰極棒 ３７ プラズマ形成ガス導入口 ３８ プラズマ形成ガス導入口 ３９ プラズマ形成ガス ４０ プラズマ形成ガス ４１ 直流電源 ４２ スイッチ ４３ スイッチ ４４ スイッチ ４５ 直流電源 ４６ スイッチ ４７ 直流電源 ４８ スイッチ ４９ 直流電源 ５０ スイッチ ５１ スイッチ ５２ スイッチ ５３ スイッチ ５４ 陰極ト−チ ５５ 陰極ト−チ ５６ 陽極ト−チ ５７ 陽極ト−チ ５８ ガス供給ノズル ５９ ガス供給ノズル ６０ 移行式外部ア−ク ６０′ プラズマジェットフレ−ム ６１ 真空容器 ６２ 真空排気口 ６３ 冷却支持台 ６４ 基材 ６５ 第２外套電極 ６６ 第１外套電極 ６７ 陰極棒 ６８ プラズマ形成ガス導入口 ６９ プラズマ形成ガス導入口 ７０ プラズマ形成ガス ７１ プラズマ形成ガス ７２ 第２外套電極 ７３ 第１外套電極 ７４ 陰極棒 ７５ プラズマ形成ガス導入口 ７６ プラズマ形成ガス導入口 ７７ プラズマ形成ガス ７８ プラズマ形成ガス ７９ 第２外套電極 ８０ 第１外套電極 ８１ 陰極棒 ８２ プラズマ形成ガス導入口 ８３ プラズマ形成ガス導入口 ８４ プラズマ形成ガス ８５ プラズマ形成ガス ８６ 第２外套電極 ８７ 第１外套電極 ８８ 陰極棒 ８９ プラズマ形成ガス導入口 ９０ プラズマ形成ガス導入口 ９１ プラズマ形成ガス ９２ プラズマ形成ガス ９３ 直流電源 ９４ スイッチ ９５ スイッチ ９６ 直流電源 ９７ スイッチ ９８ スイッチ ９９ 直流電源 １００ スイッチ １０１ スイッチ １０２ 直流電源 １０３ スイッチ １０４ スイッチ １０５ スイッチ １０６ スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C30B 29/04 C23C 4/12 C23C 16/26 - 16/27

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素を含む原料ガスの分解、活性化を、
   陰極と陽極の間に直流電圧を印加することによって発生
   するＤＣプラズマによって行い、活性化されたプラズマ
   を基材に吹きつけることによってダイヤモンドを合成す
   る方法に於いて、同心状に陽極と陰極とを配置しその間
   にガス流路を有する非移行式の内部ＤＣア−クプラズマ
   ジェットを形成することのできるプラズマト−チを少な
   くとも３個以上用い、そのうち少なくともひとつのプラ
   ズマト−チは陰極として使用するべきプラズマト−チ
   （陰極ト−チという）とし、他のプラズマト−チは陽極
   として使用するべきプラズマト−チ（陽極ト−チとい
   う）とし、陰極ト−チ及び陽極ト−チを同一軸線上に並
   ばず平行にもならず、これらから出射されるプラズマジ
   ェットがほぼ一点に収束するように配置し、個々のプラ
   ズマト−チの内部の陰極と陽極との間に不活性ガス又は
   不活性ガスと水素の混合ガスを流し、個々のプラズマト
   −チ内に非移行式のＤＣプラズマを発生させ、この後、
   陰極ト−チと陽極ト−チとの間に直流電圧を加えること
   によって両者の間に移行式の外部ＤＣプラズマジェット
   を形成した後、個々のプラズマト−チ内の非移行式の内
   部ＤＣ放電を切り、複数の陽極ト−チと陰極ト−チとの
   間に形成される複数の移行式プラズマジェットを合流さ
   せて均一で大きなプラズマジェットを形成し、炭素を含
   む原料ガス或は炭素を含む原料ガスと水素ガスをプラズ
   マジェットの合流部に吹き付けて、合流したプラズマジ
   ェットの下流域に置いた基材にプラズマジェットを吹き
   付けて気相反応で基材の上にダイヤモンドを形成するよ
   うにした事を特徴とするダイヤモンドの製造法。
2. 【請求項２】 陰極ト−チから発生するプラズマジェッ
   トと陽極ト−チから発生するプラズマジェットの合流部
   に向けて炭素を含む原料ガス或はこれと水素ガスの混合
   ガスを吹き付けるノズルが位置可変であってプラズマジ
   ェットの合流部の位置変動に伴ってガス噴出口を移動す
   ることができるようにした請求項１に記載のダイヤモン
   ドの製造法。
3. 【請求項３】 個々のプラズマト−チが、平行移動或は
   平行移動と回転移動が可能であって、プラズマ点火時に
   は、陰極ト−チの中心軸の延長線と陽極ト−チの中心軸
   の延長線とを交差させ陰極ト−チと陽極ト−チの先端を
   近接して配置し、陰極ト−チと陽極ト−チとの間に移行
   式の外部プラズマジェットを形成した後、陰極ト−チ及
   び陽極ト−チを交差点から後退する方向へ平行移動又は
   中心軸の延長線が交差しなくなる方向へ平行移動或は中
   心軸の延長線が交差しなくなる方向へ回転移動させ陰極
   ト−チと陽極ト−チの間に形成されるプラズマジェット
   の領域を拡大するようにすることを特徴とする請求項１
   又は請求項２に記載のダイヤモンドの製造法。
4. 【請求項４】 ひとつの陰極ト−チに対して２つ以上の
   陽極ト−チがあって、陰極ト−チと２以上の陽極ト−チ
   との間に移行式の外部ア−クプラズマジェットが形成さ
   れるようになっており、陰極ト−チは中心軸の延長線が
   基材面に垂直になっており、複数の陽極ト−チは、陰極
   ト−チ中心軸の延長線に対して回転対称となる位置に設
   けられている事を特徴とする請求項１〜請求項３のいず
   れかに記載のダイヤモンドの製造法。
5. 【請求項５】 ひとつの陽極ト−チに対して２つの陰極
   ト−チがあって、陽極ト−チと２つの陰極ト−チの間に
   移行式の外部ア−クプラズマジェットが形成されるよう
   になっており、陽極ト−チの中心軸が２つの陰極ト−チ
   の中心軸の延長線が交差して形成される面に垂直になっ
   ており２つの陰極ト−チは前述の面と垂直な面で陽極ト
   −チ中心軸を含む面に対して対称となる位置に設けられ
   ている事を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに
   記載のダイヤモンド製造法。
6. 【請求項６】 陰極ト−チと陽極ト−チの間で移行式の
   外部プラズマジェットを形成した後、複数の陰極ト−チ
   の軸心間距離を拡げたり、陰極ト−チを傾斜させたりし
   て陰極ト−チと陽極ト−チとの間に形成された外部プラ
   ズマジェットの形成領域を拡大するようにしたことを特
   徴とする請求項１〜３又は請求項５に記載のダイヤモン
   ド製造法。
7. 【請求項７】 内部を真空に引くことのできる真空容器
   と、該真空容器の内部を真空に引くための真空排気装置
   と、真空容器の内部に設置され基材を支持するための支
   持台と、真空容器の内部に設けられ中心軸のまわりに同
   心状に陰極と陽極とを有し導入したガスに直流電圧を加
   える事によって直流プラズマジェットを発生することが
   でき、中心軸の延長線がほぼ一点に収束するように設け
   られた複数のプラズマト−チと、プラズマト−チを移動
   させるための移動機構と、プラズマト−チの陰極と陽極
   との間に直流電圧又は直流電圧に高周波電圧を重畳した
   ものを印加するための電源と、プラズマト−チの間に炭
   素含有ガスを原料ガスとして吹き込むための複数のノズ
   ルと、ノズルを移動させるための移動機構と、複数のプ
   ラズマト−チ間及び電源の間を接続する接続線と、接続
   線とプラズマト−チの陰極、陽極の間に設けられる複数
   のスイッチとを含み、前記複数のプラズマト−チの内い
   くつかを陰極として使用すべきプラズマト−チ（陰極ト
   −チという）、残りを陽極として使用すべきプラズマト
   −チ（陽極ト−チという）としスイッチの切り換えによ
   って陰極ト−チと陽極ト−チの間に移行式の外部ア−ク
   プラズマジェットを生成できるようにしてあり、外部ア
   −クプラズマジェットが生成された後、プラズマト−チ
   を平行移動或は回転させてプラズマジェットの生成領域
   を変動させる事ができるようにした事を特徴とするダイ
   ヤモンドの製造装置。
8. 【請求項８】 基材を支持する支持台の中央に垂直に立
   てた軸を中心軸として、この軸の回りに、回転対称の位
   置に陰極ト−チを基材面に垂直に近い角度（４５°より
   小）で配置し、その陰極の中間の位置に陽極ト−チを基
   材面に平行に近い角度（４５°より小）で、同様に該中
   心軸の回りに陰極と同数を回転対称の位置に配置し、隣
   り合う２つの陰極ト−チと、両者の中間に位置する１つ
   の陽極ト−チとの間で移行式のア−クプラズマを形成す
   る事を特徴とする請求項１〜３、５、６に記載のダイヤ
   モンドの製造法。