JP7029134B2

JP7029134B2 - ダイヤモンドの製造方法

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Publication number: JP7029134B2
Application number: JP2017165373A
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Inventors: 一喜下田; 健太鳥越
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Publication date: 2022-03-03
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Description

本開示は、熱フィラメントを用いた化学気相成長法（ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法）によってダイヤモンドを基材の表面に成膜させるダイヤモンドの製造方法、及び当該製造方法に利用可能な熱フィラメントＣＶＤ装置に関する。なお、ダイヤモンドの製造方法は、基材と当該基材に成膜されたダイヤモンドを含む製品の製造方法の一部であってよい。

フィラメントによって原料ガスに熱を与えてダイヤモンドを成膜させるＣＶＤ法が知られている（例えば特許文献１）。特許文献１では、上下に延びるフィラメントを円柱状の基材の外周面に沿って周方向に配列し、基材の外周面にダイヤモンドを成膜させる技術を開示している。

特開２００７－２３０７９９号公報

ダイヤモンドの更なる利用を可能とするダイヤモンドの製造方法、及び当該製造方法に利用可能な熱フィラメントＣＶＤ装置が提供されることが望まれる。

本開示の一態様に係るダイヤモンドの製造方法は、複数のフィラメントを基材の貫通孔に挿通するとともに前記貫通孔の内面に沿って周方向に配列する準備ステップと、前記複数のフィラメントに電力を供給して熱フィラメントＣＶＤ法によって前記貫通孔の内面にダイヤモンドを成膜させる成膜ステップと、を有している。

一例において、前記準備ステップでは、前記貫通孔の貫通方向において前記基材を挟んで互いに対向する１対の電極に前記複数のフィラメントを架け渡し、前記１対の電極の互いに対向する面それぞれには、前記複数のフィラメントを取付け可能な複数の取付部が分布しており、前記準備ステップでは、前記複数のフィラメントを前記複数の取付部の一部にのみ選択的に取り付ける。

一例において、前記複数の取付部は、前記１対の電極を貫通する複数の孔であり、前記準備ステップでは、前記複数のフィラメントを前記複数の孔に挿通するとともに前記１対の電極の互いに対向する面とは反対側の面に係合させる。

一例において、前記準備ステップでは、前記複数の取付部をそれぞれ有する、平面方向に連結された複数枚のプレートによって前記１対の電極のそれぞれを構成し、前記貫通方向に見て１枚の前記プレートに収まる大きさの前記貫通孔を有する複数の前記基材を互いに並列に前記１対の電極間に配置する。

一例において、前記準備ステップでは、前記複数の取付部をそれぞれ有する、平面方向に連結された複数枚のプレートによって前記１対の電極それぞれを構成し、前記貫通方向に見て１枚の前記プレートに収まらない大きさの前記貫通孔を有する前記基材を前記１対の電極間に配置する。

一例において、前記準備ステップでは、水平面に沿って互いに並列に配置された複数の棒上に、前記貫通方向を上下方向にして前記基材を載置し、前記複数のフィラメントを前記複数の棒間の隙間に通す。

一例において、前記準備ステップでは、前記貫通方向を上下方向として複数の前記基材を積層し、複数の前記貫通孔に前記複数のフィラメントを挿通する。

本開示の一態様に係る熱フィラメントＣＶＤ装置は、互いに対向する１対の電極と、前記１対の電極に架け渡される複数のフィラメントと、を有しており、前記１対の電極の互いに対向する面それぞれには、前記複数のフィラメントを取付け可能な複数の取付部が縦横に一定のピッチで配列されている。

上記の手順によれば、ダイヤモンドの更なる利用が可能となる。

図１（ａ）は第１実施形態に係るＣＶＤ装置の要部構成を示す模式的な斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＣＶＤ装置の一部の模式的な平面図。図２（ａ）は図１（ａ）のＣＶＤ装置の電極の一例を示す平面図、図２（ｂ）は電極の他の例を示す平面図、図２（ｃ）は、下方の電極１１の一部の断面図。図３（ａ）及び図３（ｂ）は電極の更に他の例を示す平面図。第１実施形態に係るＣＶＤ装置の要部構成を示す模式的な斜視図。

＜第１実施形態＞
（ＣＶＤ装置の全体構成）
図１（ａ）は、本開示の第１実施形態に係るＣＶＤ装置１の要部構成を示す模式的な斜視図である。図１（ａ）において、紙面上下方向は、例えば、鉛直方向である。図１（ｂ）は、ＣＶＤ装置１の一部の模式的な平面図である。

ＣＶＤ装置１は、貫通孔１０１ｈを有する基材１０１の内周面にダイヤモンドからなる薄膜１０３（図１（ｂ））を形成可能な装置として構成されている。ＣＶＤ装置１は、例えば、基材１０１を収容するチャンバ３と、チャンバ３内を減圧する減圧装置４と、チャンバ３にガス（原料ガス等）を供給するガス供給部５と、基材１０１を支持するステージ７と、チャンバ３内のガスに熱を付与する複数のフィラメント９と、複数のフィラメント９に接続された１対の電極１１と、１対の電極１１を介して複数のフィラメント９に電力を供給する電源装置１３とを有している。

複数のフィラメント９に電力を供給して複数のフィラメント９によってチャンバ３内のガスに熱を付与することにより、チャンバ３内のガスは化学反応を生じる。その結果、ガスから生じた炭素が、基材１０１の表面のうち複数のフィラメント９に面している領域に付着して成長し、薄膜１０３が形成される。

（基材）
図示の例では、上下に積層された複数の基材１０１の内周面に薄膜１０３を形成するようにＣＶＤ装置１が運用されている状態が示されている。複数の基材１０１は、複数の貫通孔１０１ｈが互いに通じ合うように貫通方向を上下方向に向けて積層されている。複数の基材１０１は、互いに当接していてもよいし、適宜なスペーサを介して積層されていてもよい。なお、図示の例とは異なり、１つの基材１０１の内周面に薄膜１０３を形成するようにＣＶＤ装置１が運用されても構わない。

基材１０１は、貫通孔１０１ｈを有していればよく、その具体的な形状及び寸法は適宜に設定されてよい。図示の例では、基材１０１は、高さ（紙面上下方向）が直径に比較して小さい薄型形状とされている。また、内周面及び外周面は、平面視において円形である。基材１０１の内周面及び外周面の径は、貫通孔１０１ｈの貫通方向において一定である。基材１０１の上面及び下面は、互いに平行な平面である。

ただし、図示の例とは異なり、基材１０１は、高さが直径に比較して大きい筒状であっても構わない。また、内周面及び／又は外周面は、平面視において、円形以外の形状であってもよく、例えば、楕円又は多角形であってもよい。基材１０１の内周面及び／又は外周面の径は、貫通孔１０１ｈの貫通方向において変化していてもよい。例えば、基材１０１の外周面及び／又は内周面は、錐体状となっていてもよい。内周面及び外周面は、互いに相似でなくても構わない。基材１０１の上面及び／又は下面は、互いに平行でなくてもよいし、平面でなくてもよい。

基材１０１の材料は、本開示に係る技術分野における公知の種々のものと同様とされてよい。例えば、基材１０１の材料として、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の炭化物を挙げることができる。基材１０１は、単一の材料から構成されるのではなく、複数の材料から構成されていてもよい。例えば、基材１０１は、比較的融点の高い金属材料を炭化物で覆った構成であってもよい。

（チャンバ、減圧装置及びガス供給部）
チャンバ３、減圧装置４及びガス供給部５の構成は、本開示に係る技術分野における公知の種々の構成と同様とされてよい。チャンバ３は、その内部を気密に保つことが可能に構成されている。減圧装置４は、例えば、真空ポンプを含んで構成され、チャンバ３内の気体をチャンバ３外へ排出してチャンバ３内の減圧を行う。

ガス供給部５は、例えば、原料ガスとキャリアガスとの混合ガスをチャンバ３内に供給する。原料ガスは、ダイヤモンドの原料（炭素）を含むガスであり、体表的なものとして、メタン等の炭化水素を挙げることができる。キャリアガスとしては、例えば、水素を挙げることができる。原料ガスと水素との比率は適宜に設定されてよく、例えば、原料ガスの体積は、混合ガスの体積の５％未満である。

（ステージ）
ステージ７は、例えば、水平面に沿って互いに並列に配列された複数の棒８を有している。複数の棒８は、例えば、不図示の支持部材によってその端部において互いに連結されるとともにチャンバ３内で支持されている。

複数の棒８によって、基材１０１が載置される面が構成されている。複数の棒８は、互いに同一の形状及び寸法であってもよいし、互いに異なっていてもよい。各棒８の形状及び各種寸法、並びに複数の棒８の数及び間隔は適宜に設定されてよい。図示の例では、棒８は、概略、一定の断面（横断面）形状で直線状に延びている。棒８の断面形状は、例えば、矩形又は円形である。ただし、棒８は、適宜に屈曲乃至は湾曲していてもよいし、断面形状が変化してもよい。

ステージ７（複数の棒８及び不図示の支持部材等）の材料は、ダイヤモンドの成膜を行っているときの比較的高温の温度環境下で基材１０１の荷重を支持可能なものであれば、適宜に選択されてよい。例えば、ステージ７は、比較的融点が高い金属によって構成されていてもよいし、セラミックによって構成されていてもよい。

なお、特に図示しないが、ステージ７は、基材１０１を加熱及び／又は冷却するための機構を備えていてもよい。例えば、複数の棒８の内部に電熱線及び／又は冷却流路が設けられていてもよい。

（フィラメント）
フィラメント９は、金属からなる線状の部材である。フィラメント９自体の基本的な構成は、本開示に係る技術分野における公知の種々の構成と同様とされてよい。例えば、フィラメント９の横断面は、直径０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下の円形である。なお、横断面は、円形以外の形状であってもよい。フィラメント９の材料としては、例えば、タングステン、タンタル又はモリブデンを挙げることができる。複数のフィラメント９は、互いに同一の構成である。

複数のフィラメント９は、貫通孔１０１ｈに挿通され、基材１０１の内周面に沿って周方向（円周方向）に配列されている。図示の例では、平面視において基材１０１の内周面は円形であることから、複数のフィラメント９は、平面視において概ね円周上に配置されている。また、図示の例では複数の基材１０１が積層されていることから、複数のフィラメント９は、複数の貫通孔１０１ｈに共通に挿通されている。

複数のフィラメント９が基材１０１の内周面に近接して配置されていることから、複数のフィラメント９によってチャンバ３内のガスを加熱したときに、基材１０１の内周面上においてダイヤモンドを成長させやすい。ひいては、基材１０１の内周面に薄膜１０３を形成することができる。

フィラメント９と基材１０１の内周面との距離は、例えば、貫通孔１０１ｈの全長に亘って概ね一定であり、また、複数のフィラメント９間で概ね一定である。当該距離の具体的な長さは、公知のＣＶＤ装置と同様に設定されてよく、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ未満である。また、複数のフィラメント９の周方向における間隔は、例えば、概ね一定である。当該間隔の具体的な大きさは、公知のＣＶＤ装置と同様に設定されてよく、例えば、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。

（電極）
１対の電極１１は、例えば、複数のフィラメント９の支持と、複数のフィラメント９への電力供給とに寄与する部材である。１対の電極１１は、上下方向（貫通孔１０１ｈの貫通方向）において基材１０１を挟んで互いに対向した状態で、不図示の支持機構によってチャンバ３内で支持されている。複数のフィラメント９は、１対の電極１１に架け渡されている。

１対の電極１１は、ダイヤモンドの成膜を行っている間、基本的に、ステージ７に対して固定的にされている。従って、１対の電極１１に支持されている複数のフィラメント９と、ステージ７に載置されている基材１０１との位置関係は、成膜を行っている間は基本的に一定に保たれる。

１対の電極１１は、例えば、それぞれ不図示の支持機構によって支持されてよい。このの場合、熱膨張によってフィラメント９に撓みが生じないように、フィラメント９に適宜な張力を付与する、及び／又は１対の電極１１間の距離を調整する機構が設けられていてもよい。また、上方の電極１１のみが不図示の支持機構によって支持され、下方の電極１１は、複数のフィラメント９を介して上方の電極１１に支持されていてもよい。この場合、下方の電極１１の自重によって複数のフィラメント９に張力が付与される。必要に応じて錘が下方の電極１１に取り付けられてもよい。

下方の電極１１は、ステージ７よりも下方に位置している。従って、複数のフィラメント９は、ステージ７の複数の棒８間の隙間を介して下方の電極１１まで延びている。下方の電極１１は、例えば、複数の棒８から下方に離れている。ただし、複数の棒８が絶縁性である場合等においては、下方の電極１１は、複数の棒８に対して下方から当接していてもよい。

上方の電極１１は、例えば、基材１０１（図示の例では最も上層の基材１０１）の上面から上方に離れている。従って、例えば、熱膨張によって基材１０１の上面が上昇しても、基材１０１は上方の電極１１に当接しない。なお、基材１０１と上方の電極１１との隙間の大きさは適宜に設定されてよい。

（電源装置）
電源装置１３は、１対の電極１１に交流電力又は直流電力を付与する。電源装置１３の構成は、公知のＣＶＤ装置における種々の構成と同様とされてよい。

（複数のフィラメントの電極に対する取り付け構造）
図２（ａ）は、電極１１の一例を示す平面図である。図２（ｂ）は、電極１１の他の例を示す平面図である。図２（ｃ）は、下方の電極１１の一部の断面図である。

１対の電極１１それぞれは、例えば、プレート１５によって構成されている。プレート１５は、例えば、いわゆるパンチングメタルによって構成されている。すなわち、プレート１５は、概略板状であるとともに、厚さ方向に貫通する複数の取付孔１５ｈを有している。そして、図２（ｃ）に示すように、複数のフィラメント９は、複数の取付孔１５ｈに挿通されるとともに、端部が折り曲げられて１対の電極１１の互いに対向する面とは反対側の面に係合することによって１対の電極１１に取り付けられる。

プレート１５の平面形状及び各種の寸法は適宜に設定されてよい。図示の例では、プレート１５の平面形状は概略正方形である。その他、プレート１５の平面形状は、例えば、長方形又は円形とされてよい。プレート１５の材料は、公知のＣＶＤ装置における電極の種々の材料と同様とされてよい。例えば、プレート１５の材料として、ステンレス鋼を挙げることができる。

取付孔１５ｈの径は、フィラメント９を挿通可能にフィラメント９の径よりも大きい。また、取付孔１５ｈの径は、平面視において基材１０１の貫通孔１０１ｈ内に複数の取付孔１５ｈが位置することが可能に貫通孔１０１ｈに比較して十分に小さい。取付孔１５ｈの形状は適宜に設定されてよく、例えば、平面視における形状は円形である。

複数の取付孔１５ｈは、比較的多数（少なくともフィラメント９の数よりも多い数）で２次元的に分布している。そして、複数のフィラメント９は、複数の取付孔１５ｈの一部に対して選択的に取り付けられる。これにより、複数のフィラメント９は環状に配列される。複数の取付孔１５ｈの配置は、適宜に設定されてよい。例えば、プレート１５の内側から外側へ多重に複数の取付孔１５ｈが分布していれば、種々の径の貫通孔１０１ｈに対して複数のフィラメント９を適切に配置することができる。

図２（ａ）の例では、複数の取付孔１５ｈは、縦横に一定のピッチで配列されている。ただし、互いに隣接する列同士は、その列に沿う方向において、取付孔１５ｈの位置が半ピッチでずれている。複数の取付孔１５ｈは、互いに適宜な角度で傾斜する２方向において一定のピッチで配列されていると捉えられてもよい。また、別の観点では、複数の取付孔１５ｈは、３つの取付孔１５ｈによって三角形１７が構成される配置とされている。三角形１７は、例えば、正三角形又は二等辺三角形である。

また、図２（ｂ）の例においても、複数の取付孔１５ｈは、縦横に一定のピッチで配列されている。ただし、図２（ａ）とは異なり、互いに隣接する列同士は、その列に沿う方向において、取付孔１５ｈの位置が一致している。別の観点では、複数の取付孔１５ｈは、４つの取付孔１５ｈによって長方形１９が構成される配置とされている。長方形１９は、正方形であってもよいし、正方形を除く狭義の長方形であってもよい。

この他、例えば、複数の取付孔１５ｈは、放射状に配列されていたり、及び／又は複数の同心円に沿って配列されていたりしてもよいし、一見して不規則に分布していてもよい。また、複数の取付孔１５ｈは、必ずしもプレート１５の全域に亘って設けられている必要はない。例えば、プレート１５の外周部及び／又は中央部においては、複数の取付孔１５ｈが設けられていなくてもよい。ただし、図２（ａ）及び図２（ｂ）のような縦横の配列でプレート１５の広い範囲に取付孔１５ｈを形成すると、後述する図３（ｂ）のような運用方法の実現が容易である。

図２（ａ）及び図２（ｂ）の例では、平面視において１枚のプレート１５に対して１つの基材１０１を配置する場合の複数のフィラメント９の配置が示されている。ただし、平面視において１枚のプレート１５に対して複数の基材１０１を配置して（複数の基材１０１を並列に配置して）、複数の基材１０１に対して同時に成膜が行われてもよい。

（プレートの連結）
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ電極１１の他の例を示す平面図である。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したように、プレート１５は、単体で１つの電極１１を構成してよい。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、プレート１５は、複数枚が平面方向に連結されて１つの電極１１を構成してもよい。

図３（ａ）に示すように、複数のプレート１５を連結することにより、例えば、平面視において１枚のプレート１５に収まる大きさの貫通孔１０１ｈを有する複数の基材１０１に対して同時に成膜を行うことが容易になる。

また、図３（ｂ）に示すように、複数のプレート１５を連結することにより、例えば、平面視において１枚のプレート１５に収まらない大きさの貫通孔１０１ｈを有する基材１０１に対して成膜を行うことが容易になる。

なお、図３（ａ）では、取付孔１５ｈの配列は、図２（ａ）に示したものとなっており、図３（ｂ）では、取付孔１５ｈの配列は、図２（ｂ）に示したものとなっている。ただし、図３（ａ）及び図３（ｂ）それぞれの運用方法は、図２（ａ）及び図２（ｂ）のいずれの配列によって実現されてもよいし、他の配列によって実現されてもよい。

複数のプレート１５の連結枚数は適宜に設定されてよい。図示の例では、４枚の概ね正方形のプレート１５が連結されて、概ね正方形の電極１１を構成している。この他、例えば、特に図示しないが、長方形のプレート１５が長辺同士を隣接させて並べられたり、正方形のプレート１５が長方形の電極１１を構成するように並べられたりしてもよい。

複数のプレート１５は、互いに隙間なく隣接するように連結されてもよいし、一部が重なるように連結されてもよいし、互いに隙間を空けるように連結されてもよい。なお、複数のプレート１５間に隙間がある場合、図３（ａ）の例では、平面視において貫通孔１０１ｈが１枚のプレート１５に収まればよく、基材１０１の外周面が１枚のプレート１５に収まる必要は必ずしもない。

複数のプレート１５の連結方法は、適宜なものとされてよい。例えば、連結方法は、連結の解除が容易な方法とされる。より具体的には、例えば、互いに隣り合うプレート１５は、縁部が互いに重ねられてボルト及びナットによって固定されてもよいし、縁部が互いに重なっている状態又は重なっていない状態で、万力のような挟持器具によって共に挟まれて固定されてもよい。

複数のプレート１５は、互いに導通するように連結される。例えば、複数のプレート１５は、互いに当接するように連結されたり、及び／又は導電性の器具によって互いに連結されたりする。これにより、電源装置１３は、電極１１を構成する複数のプレート１５のいずれかに電力を供給すればよいから、電気的な接続の構成が簡素化される。ただし、電源装置１３から各プレート１５に電力を供給したり、機械的な連結とは別個に複数のプレート１５の接続がなされたりしても構わない。

なお、図３（ａ）の例では、平面視において１枚のプレート１５につき１つの基材１０１に対して成膜を行う場合の複数のフィラメント９の配置が示されている。ただし、基材１０１の数とプレート１５の数とは同一でなくてもよい。例えば、図３（ａ）の例において、電極１１の中央側の４枚のプレート１５に跨る位置にも基材１０１を配置するなど、プレート１５の数よりも基材１０１の数を多くすることも可能である。

図３（ａ）の例について、平面視において貫通孔１０１ｈの大きさが１枚のプレート１５に収まる例として説明した。ただし、図３（ａ）の例は、平面視において基材１０１の数がプレート１５の数以上である例として捉えられてもよい。

また、図３（ｂ）の例では、複数枚のプレート１５につき１つの基材１０１に対して成膜を行う場合のフィラメント９の配置が示されている。ただし、プレート１５の形状、枚数及び大きさ、並びに貫通孔１０１ｈ（又は基材１０１）の大きさの相対関係によっては、１枚のプレート１５の面積よりも貫通孔１０１ｈの開口面積が大きい基材１０１が複数配置されてもよい。例えば、長方形の２枚のプレート１５を長辺が互いに隣接するように配置し、プレート１５の短辺よりも直径が大きい貫通孔１０１ｈを有する２以上の基材１０１をプレート１５の長辺に沿って配列してもよい。

（成膜の手順）
ダイヤモンドの製造方法は、基材１０１及びＣＶＤ装置１を準備する準備ステップと、フィラメント９に電力を供給してダイヤモンドを成膜させる成膜ステップとを含んでいる。

準備ステップは、具体的には、例えば、１対の電極１１を適宜な枚数のプレート１５によって構成する作業、１対の電極１１をステージ７に対して位置決めする作業、１対の電極１１を互いに対向させるように配置する作業、基材１０１をステージ７上に載置する作業、複数のフィラメント９を基材１０１に対して挿通する作業、複数のフィラメント９を基材１０１の内周面に沿って配列させる作業、複数のフィラメント９を各電極１１に対して取り付ける作業、並びにフィラメント９、１対の電極１１及び基材１０１等を個別に又は纏めてチャンバ３に配置する作業等を含む。

上記の種々の作業は、適宜な順番で行われてよいし、一の作業の一部又は全部が他の作業の途中で行われたり、２以上の作業の一部又は全部が同時に行われたりしてもよい。最終的に、図１（ａ）等を参照した状態に、チャンバ３、ステージ７、フィラメント９、電極１１及び基材１０１等が配置されればよい。

成膜ステップでは、具体的には、例えば、まず、減圧装置４によってチャンバ３内の減圧が行われる。次に、ガス供給部５によって混合ガス（原料ガス及びキャリアガス）がチャンバ３内に供給される。そして、電源装置１３によって１対の電極１１を介して複数のフィラメント９に電力が供給される。

この際のチャンバ３内の圧力、混合ガスの供給量、フィラメント９の温度及び基材１０１の温度等は適宜に設定されてよい。例えば、チャンバ３内の圧力は、２７ｋＰ未満である。フィラメント９の温度は、例えば、２０００℃以上である。基材１０１の温度は、例えば、７００℃以上１０００℃以下である。

以上のとおり、本実施形態では、ダイヤモンドの製造方法は、複数のフィラメント９を基材１０１の貫通孔１０１ｈに挿通するとともに貫通孔１０１ｈの内面に沿って周方向に配列する準備ステップと、複数のフィラメント９に電力を供給して熱フィラメントＣＶＤ法によって貫通孔１０１ｈの内面にダイヤモンド（薄膜１０３）を成膜させる成膜ステップと、を有している。

従って、例えば、貫通孔１０１ｈを有する基材１０１の内周面にダイヤモンドを成膜することができ、ダイヤモンドの利用が広がる。例えば、薄膜１０３を有する基材１０１は、内部に摺動部材が配置される装置に利用可能である。より詳細には、例えば、薄膜１０３を有する基材１０１は、回転軸を軸支する軸受、ピストンが摺動するシリンダチューブ、ポンプの摺動部分、バルブの摺動部分等に利用可能である。

本実施形態の準備ステップでは、貫通孔１０１ｈの貫通方向において基材１０１を挟んで互いに対向する１対の電極１１に複数のフィラメント９を架け渡す。１対の電極１１の互いに対向する面それぞれには、複数のフィラメント９を取付け可能な複数の取付部（取付孔１５ｈ）が分布している。準備ステップでは、複数のフィラメント９を複数の取付孔１５ｈ部の一部にのみ選択的に取り付ける。

従って、例えば、複数のフィラメント９の１対の電極１１に対する取付位置を設定又は変更することによって、種々の径の貫通孔１０１ｈ及び／又は種々の形状の貫通孔１０１ｈに対して、適切に複数のフィラメント９を配置することができる。従って、ＣＶＤ装置１のコストを削減しつつ、ＣＶＤ装置１の汎用性を向上させることができる。

本実施形態では、複数の取付部は、１対の電極１１を貫通する複数の孔（取付孔１５ｈ）である。準備ステップでは、複数のフィラメント９を複数の取付孔１５ｈに挿通するとともに１対の電極１１の互いに対向する面とは反対側の面に係合させる。

従って、例えば、フィラメント９と電極１１とを固定する部材は不要であり、構成が簡素化される。また、フィラメント９を電極１１に挿通して折り曲げるだけであるので、作業も容易である。

本実施形態の準備ステップでは、複数の取付部（取付孔１５ｈ）をそれぞれ有する、平面方向に連結された複数枚のプレート１５によって１対の電極１１のそれぞれを構成し、貫通方向に見て１枚のプレート１５に収まる大きさの貫通孔１０１ｈを有する複数の基材１０１を互いに並列に１対の電極１１間に配置してもよい（図３（ａ））。

この場合、例えば、複数の基材１０１に対して同時にダイヤモンドを成膜することができ、生産性が向上する。また、プレート１５は、１枚で用いたり、任意の数で連結したりすることができ、汎用性が高い。さらに、複数のプレート１５からなる電極１１は、図３（ｂ）のように運用することもできる。

本実施形態の準備ステップでは、複数の取付部（取付孔１５ｈ）をそれぞれ有する、平面方向に連結された複数枚のプレート１５によって１対の電極１１のそれぞれを構成し、貫通方向に見て１枚のプレート１５に収まらない大きさの貫通孔１０１ｈを有する基材１０１を１対の電極１１間に配置してもよい（図３（ｂ））。

この場合、例えば、比較的大きな基材１０１に対してダイヤモンドを成膜することが容易である。また、上記のように、プレート１５は、１枚で用いたり、任意の数で連結したりすることができ、汎用性が高い。さらに、複数のプレート１５からなる電極１１は、図３（ａ）のように運用することもできる。

本実施形態の準備ステップでは、水平面に沿って互いに並列に配置された複数の棒８上に、貫通孔１０１ｈの貫通方向を上下方向にして基材１０１を載置し、複数のフィラメント９を複数の棒８間の隙間に通す。

従って、例えば、基材１０１を支持するステージ７は、複数のフィラメント９を下方の電極１１に取り付ける障害になりにくい。また、複数の棒８を配列するだけでよいので、構成が簡素である。

本実施形態の準備ステップでは、貫通孔１０１ｈの貫通方向を上下方向として複数の基材１０１を積層し、複数の貫通孔１０１ｈに複数のフィラメント９を挿通してもよい。

この場合、例えば、複数の基材１０１に対して同時にダイヤモンドを成膜することができ、生産性が向上する。また、例えば、基材１０１の上下面に意図せずにダイヤモンドが成膜されるおそれを低減することができる。なお、積層と挿通とはいずれが先であってもよい。

本実施形態に係るＣＶＤ装置１は、互いに対向する１対の電極１１と、１対の電極１１に架け渡される複数のフィラメント９と、を有している。１対の電極１１の互いに対向する面それぞれには、複数のフィラメント９を取付け可能な複数の取付部（取付孔１５ｈ）が縦横に一定のピッチで配列されている。

従って、例えば、複数の取付孔１５ｈに対して選択的に複数のフィラメント９を取り付けることによって、平面視において複数のフィラメント９を結んだ形状を適宜な径及び／又は形状にすることが容易である。その結果、ＣＶＤ装置１の汎用性が向上する。

特に図示しないが、このようなＣＶＤ装置１は、貫通孔１０１ｈを有する基材１０１の内周面にダイヤモンドを成膜するだけでなく、任意の形状（例えば円柱状）の基材の外周面にダイヤモンドを成膜することもできる。また、貫通孔１０１ｈを有する基材１０１の内周面と外周面との両面に同時にダイヤモンドを成膜することもできる。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係るＣＶＤ装置２０１の要部構成を示す模式的な斜視図である。この図において、紙面上下方向は、例えば、鉛直方向である。

ＣＶＤ装置２０１は、基本的に、基材１１１、複数のフィラメント９及び１対の電極１１が横向きとされている点のみが第１実施形態のＣＶＤ装置１と相違する。具体的には、基材１１１は、貫通孔１１１ｈの貫通方向が水平になるようにステージ７に載置され、複数のフィラメント９は、水平方向に延びており、１対の電極１１は、水平方向において互いに対向している。

なお、ここでは図示を省略しているが、ＣＶＤ装置２０１は、ＣＶＤ装置１と同様に、チャンバ３、減圧装置４、ガス供給部５及び電源装置１３を有している。また、図示の例では、１対の電極１１間には、１つの基材１１１のみが配置されている。ただし、適宜な連結手段及び／又は支持手段によって、複数の基材が直列又は並列に１対の電極１１間に配置されてもよい。各電極１１は、第１実施形態と同様に、１枚のプレート１５から構成されてもよいし、複数のプレート１５から構成されてもよい。

本開示に係る技術は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

フィラメントを取り付け可能な電極の取付部は、電極を貫通する孔に限定されない。例えば、取付部は、フィラメントを巻き付けたり、係合させたりする、突部又はフックであってもよいし、フィラメントの端部に設けられた被取付部が圧入される凹部であってもよい。また、取付部が電極を貫通する孔である場合において、フィラメントを折り曲げることによってフィラメントを電極の裏側に係合させるのではなく、電極の裏側に配置した係合部材を孔に挿通されたフィラメントの端部に固定してもよいし、フィラメントの端部に設けられた被取付部を孔に圧入してもよい。

基材は、ステージ上に載置されるのではなく、例えば、外周面が把持されてチャンバ内に保持されてもよい。また、ステージは、並列に配列された複数の棒を有するものに限定されず、例えば、網状の部材（パンチングメタルを含む）によって構成されてもよい。

ＣＶＤ装置は、ダイヤモンド以外の材料の成膜に利用されてもよい。また、ダイヤモンドの成膜は、炭素を含むフィラメント自体が原料とされてもよい。

１…ＣＶＤ装置、９…フィラメント、１０１…基材、１０１ｈ…貫通孔、１０３…薄膜（ダイヤモンド）。

Claims

複数のフィラメントを基材の貫通孔に挿通するとともに前記貫通孔の内面に沿って周方向に配列する準備ステップと、
前記複数のフィラメントに電力を供給して熱フィラメントＣＶＤ法によって前記貫通孔の内面にダイヤモンドを成膜させる成膜ステップと、
を有しており、
前記準備ステップでは、前記貫通孔の貫通方向において前記基材を挟んで互いに対向する１対の電極に前記複数のフィラメントを架け渡し、
前記１対の電極の互いに対向する面それぞれには、前記複数のフィラメントを取付け可能な複数の取付部が分布しており、
前記準備ステップでは、前記複数のフィラメントを前記複数の取付部の一部にのみ選択的に取り付ける
ダイヤモンドの製造方法。
前記複数の取付部は、前記１対の電極を貫通する複数の孔であり、
前記準備ステップでは、前記複数のフィラメントを前記複数の孔に挿通するとともに前記１対の電極の互いに対向する面とは反対側の面に係合させる
請求項１に記載のダイヤモンドの製造方法。
前記準備ステップでは、前記複数の取付部をそれぞれ有する、平面方向に連結された複数枚のプレートによって前記１対の電極のそれぞれを構成し、前記貫通方向に見て１枚の前記プレートに収まる大きさの前記貫通孔を有する複数の前記基材を互いに並列に前記１対の電極間に配置する
請求項１又は２に記載のダイヤモンドの製造方法。
前記準備ステップでは、前記複数の取付部をそれぞれ有する、平面方向に連結された複数枚のプレートによって前記１対の電極それぞれを構成し、前記貫通方向に見て１枚の前記プレートに収まらない大きさの前記貫通孔を有する前記基材を前記１対の電極間に配置する
請求項１又は２に記載のダイヤモンドの製造方法。
複数のフィラメントを基材の貫通孔に挿通するとともに前記貫通孔の内面に沿って周方向に配列する準備ステップと、
前記複数のフィラメントに電力を供給して熱フィラメントＣＶＤ法によって前記貫通孔の内面にダイヤモンドを成膜させる成膜ステップと、
を有しており、
前記準備ステップでは、水平面に沿って互いに並列に配置された複数の棒上に、前記貫通方向を上下方向にして前記基材を載置し、前記複数のフィラメントを前記複数の棒間の隙間に通す
ダイヤモンドの製造方法。
複数のフィラメントを基材の貫通孔に挿通するとともに前記貫通孔の内面に沿って周方向に配列する準備ステップと、
前記複数のフィラメントに電力を供給して熱フィラメントＣＶＤ法によって前記貫通孔の内面にダイヤモンドを成膜させる成膜ステップと、
を有しており、
前記準備ステップでは、前記貫通方向を上下方向として複数の前記基材を積層し、複数の前記貫通孔に前記複数のフィラメントを挿通する
ダイヤモンドの製造方法。