JPH01148791A - 人工ダイヤモンド膜の形成方法 - Google Patents
人工ダイヤモンド膜の形成方法Info
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- JPH01148791A JPH01148791A JP62306807A JP30680787A JPH01148791A JP H01148791 A JPH01148791 A JP H01148791A JP 62306807 A JP62306807 A JP 62306807A JP 30680787 A JP30680787 A JP 30680787A JP H01148791 A JPH01148791 A JP H01148791A
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Landscapes
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
この発明は、人工ダイヤモンド膜の形成方法に関するも
のである。さらに詳しくは、この発明は、グラファイト
の堆積を抑制して、高品質な人工ダイヤモンド膜を高効
率で形成する方法に関するものである。
のである。さらに詳しくは、この発明は、グラファイト
の堆積を抑制して、高品質な人工ダイヤモンド膜を高効
率で形成する方法に関するものである。
（背景技術）
従来、気相からのダイヤモンド膜の形成方法としては、
熱ＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、電子衝撃ＣＶＤ
法、高周波プラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法、直流プラズマＣＶＤ法、化学輸送法、反応性パル
スプラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ，−ＣＶＤ法、レーザＣＶ
Ｄ法等が知られている。
熱ＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、電子衝撃ＣＶＤ
法、高周波プラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法、直流プラズマＣＶＤ法、化学輸送法、反応性パル
スプラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ，−ＣＶＤ法、レーザＣＶ
Ｄ法等が知られている。
これらの従来のダイヤモンド膜形成方法においては、ダ
イヤモンドとともにグラファイトの析出か避けられない
という問題があり、このため、いずれの方法においても
、この副生するグラファイトを取除くために、水素原子
によってグラファイ１〜を選択的にエツチングすること
か行われてきてもいる。
イヤモンドとともにグラファイトの析出か避けられない
という問題があり、このため、いずれの方法においても
、この副生するグラファイトを取除くために、水素原子
によってグラファイ１〜を選択的にエツチングすること
か行われてきてもいる。
たとえば′、原料ガスとしてメタ〉′、エタン、エチし
ン、アセチレン等の炭１ヒ水素を用いて人工ダイヤモン
ド膜を形成するにあたり、これら原料ガスを水素で希釈
し、グラファイト基板上への堆積を抑制しようとしてき
ている。
ン、アセチレン等の炭１ヒ水素を用いて人工ダイヤモン
ド膜を形成するにあたり、これら原料ガスを水素で希釈
し、グラファイト基板上への堆積を抑制しようとしてき
ている。
しかしながら、これらの従来の方法においては、グラフ
ァイト堆積の抑制には限界があり、高品質の人工ダイヤ
モンド膜を効率的に形成することは極めて困難であった
。その理由としては、従来法においては、タイヤモンド
形成のための炭素源となる原料ガスを分解させる手段と
、水素原子を発生させる手段とが同一であることが考え
られる。
ァイト堆積の抑制には限界があり、高品質の人工ダイヤ
モンド膜を効率的に形成することは極めて困難であった
。その理由としては、従来法においては、タイヤモンド
形成のための炭素源となる原料ガスを分解させる手段と
、水素原子を発生させる手段とが同一であることが考え
られる。
すなわち、熱フイラメント法においては原料ガスを分解
するフィラメン１〜と水素原子を発生させるフィラメン
Ｉ・とが同じであって、しかも同一の条件において操１
ヤしており、またプラズマＣＶＤ法においては、原料ガ
スの分解と水素原子の発生は同一の条件下のプラズマ中
において行われている。このため、ダ・イヤモンドを基
板上に析出させる活性な炭素種の発生と、副生ずるグラ
フアイ１〜を除去するという反応機構および目的が全く
相違する反応を同一手段で行うことになり、各々の目的
にあった最適条件が存在するにもかかわらず、従来法に
おいては、この異なる目的のかね合いにおいて次善の条
件を見いださねばならなかった。
するフィラメン１〜と水素原子を発生させるフィラメン
Ｉ・とが同じであって、しかも同一の条件において操１
ヤしており、またプラズマＣＶＤ法においては、原料ガ
スの分解と水素原子の発生は同一の条件下のプラズマ中
において行われている。このため、ダ・イヤモンドを基
板上に析出させる活性な炭素種の発生と、副生ずるグラ
フアイ１〜を除去するという反応機構および目的が全く
相違する反応を同一手段で行うことになり、各々の目的
にあった最適条件が存在するにもかかわらず、従来法に
おいては、この異なる目的のかね合いにおいて次善の条
件を見いださねばならなかった。
このような条件の調整は、現実的には瘉めて困難であっ
た。
た。
（発明の目的）
この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたちので
あり、従来法の欠点を改善し、副生するグラファイトの
基板上への堆積を効果的に抑制し、効率的に高品質人工
タイヤモン１＜膜を形成することのできる新しい方法を
提供することを目的としている。
あり、従来法の欠点を改善し、副生するグラファイトの
基板上への堆積を効果的に抑制し、効率的に高品質人工
タイヤモン１＜膜を形成することのできる新しい方法を
提供することを目的としている。
（発明の開示）
この発明の人工ダイヤモンド膜の形成方法は、上記の目
的を実現するために、炭素源材料にエネルギー線を集束
照射して炭素種を放出させ、基板上にダイヤモンドを堆
積させるにあたり、グラファイト反応性ガスを導入して
活性化し、グラファイト堆積を抑制することを特徴とし
ている。
的を実現するために、炭素源材料にエネルギー線を集束
照射して炭素種を放出させ、基板上にダイヤモンドを堆
積させるにあたり、グラファイト反応性ガスを導入して
活性化し、グラファイト堆積を抑制することを特徴とし
ている。
ダイヤモンド膜を形成するための炭素種の発生を、この
発明の方法は、エネルギー線の炭素源材料への集束照射
によって行うが、この集束照射には、光、電子線などを
用いることができる。光照射としては、たとえば、水銀
灯、キセノン灯、エキシマレーザ（アルゴン・弗素、ク
リプトン・弗素、ゼノン・弗素、ゼ、ノン・塩素、クリ
プトン・塩素等）、窒素レーザ、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、
アルゴンイオンルーザ、Ｃｏ２レーザなどを用いること
ができる。また、電子線等を照射してもよい。
発明の方法は、エネルギー線の炭素源材料への集束照射
によって行うが、この集束照射には、光、電子線などを
用いることができる。光照射としては、たとえば、水銀
灯、キセノン灯、エキシマレーザ（アルゴン・弗素、ク
リプトン・弗素、ゼノン・弗素、ゼ、ノン・塩素、クリ
プトン・塩素等）、窒素レーザ、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、
アルゴンイオンルーザ、Ｃｏ２レーザなどを用いること
ができる。また、電子線等を照射してもよい。
これらのエネルギー線の照射は、炭素源材料に対して、
所要により光学系を制御して、集束させて行うが、基板
に対しては、垂直、あるいは水平の任意の位置で行うこ
とができる。
所要により光学系を制御して、集束させて行うが、基板
に対しては、垂直、あるいは水平の任意の位置で行うこ
とができる。
ダイヤモンド膜を堆積させる基板については、格別の限
定はなく、たとえば、石英、サファイア、シリコンなど
の適宜なものを用いることができる。
定はなく、たとえば、石英、サファイア、シリコンなど
の適宜なものを用いることができる。
ダイヤモンド膜の堆積は、真空容器中で、任意の温度と
真空度、たとえば液体窒素温度から１３００°Ｃ程度の
温度と、数１００ Ｔｏｒｒ〜１０−１０Ｔｏｒｒにお
いて行うことができる。
真空度、たとえば液体窒素温度から１３００°Ｃ程度の
温度と、数１００ Ｔｏｒｒ〜１０−１０Ｔｏｒｒにお
いて行うことができる。
この発明の方法においては、副生するグラファイトを、
グラファイト反応性ガスの活性種によって除去する。す
なわちこの方法では、たとえば、水素、酸素、水蒸気、
ハロゲン、ハロゲン化合物等のグラファイト反応性ガス
をダイヤモンド成膜容器中に導入し、１０００〜３３０
０°Ｃに加熱したタンクステンフィラメントを通して、
あるいは、マイクロ波、高周波、直流等の放電を通して
活性化し、生成する上記ガスの活性種をクラファイ１〜
と反応させて、基板上にグラフアイｌ〜が堆積すること
を防止する。
グラファイト反応性ガスの活性種によって除去する。す
なわちこの方法では、たとえば、水素、酸素、水蒸気、
ハロゲン、ハロゲン化合物等のグラファイト反応性ガス
をダイヤモンド成膜容器中に導入し、１０００〜３３０
０°Ｃに加熱したタンクステンフィラメントを通して、
あるいは、マイクロ波、高周波、直流等の放電を通して
活性化し、生成する上記ガスの活性種をクラファイ１〜
と反応させて、基板上にグラフアイｌ〜が堆積すること
を防止する。
この発明においては、以上のように、タイヤモンド膜形
成のための炭素種の発生と、グラファイト除去とは、別
の手段として行うため、操作条件は、各々別、マに最適
範囲とすることができる６また、両者の位置関係や、基
板とタングステンフィラメンＩ−またはプラズマ発生部
との関１系は、炭素種の寿命等とは無間隔に設定するこ
とかできる。
成のための炭素種の発生と、グラファイト除去とは、別
の手段として行うため、操作条件は、各々別、マに最適
範囲とすることができる６また、両者の位置関係や、基
板とタングステンフィラメンＩ−またはプラズマ発生部
との関１系は、炭素種の寿命等とは無間隔に設定するこ
とかできる。
炭素源材料としては、無定形炭素を含めたいずれでもよ
いか、天然産または人工グラファイトが好ましいものと
して例示される。
いか、天然産または人工グラファイトが好ましいものと
して例示される。
添叶した図面の第１図は、以上のこの発明の方法の実施
について示した反応装置の一例である。
について示した反応装置の一例である。
この例においては、チャンバー（１）には、基板（２）
とそのヒーター（３）、炭素源材料（４）を設け、ガス
導入Ｑｆ （５） 、タングステンフィラメンＩ−（６
） 、真空排気系（７）、およびマスフィルター型質量
分析計（８）を備えている。
とそのヒーター（３）、炭素源材料（４）を設け、ガス
導入Ｑｆ （５） 、タングステンフィラメンＩ−（６
） 、真空排気系（７）、およびマスフィルター型質量
分析計（８）を備えている。
チャシバ−（１）に設けた石英窓（９）からは、炭素源
材料（４）の蒸発用の光（Ａ）を照射し、また、らう一
つの石英窓（１０）からは、基板（２）表面に向けて光
（Ｂ）を照射できるようにしている。
材料（４）の蒸発用の光（Ａ）を照射し、また、らう一
つの石英窓（１０）からは、基板（２）表面に向けて光
（Ｂ）を照射できるようにしている。
らちろん、この発明の方法は、この例の装置の使用に限
定されるものではない。
定されるものではない。
たとえば以上の通りからなるこの発明の方法によって、
ダイヤモンド析出のための炭素種の発生と、副生グラフ
ァイトの除去を別の手段として行うことが可能となり、
照射するエネルギー線のエネルギーや照射時間を変更す
ること、副生するグラファイト除去のためのガスの導入
量を調整することは容易に行うことができる。最適条件
の採用によって、高効率で、高品質ダイヤモンド膜の形
成が可能となる。
ダイヤモンド析出のための炭素種の発生と、副生グラフ
ァイトの除去を別の手段として行うことが可能となり、
照射するエネルギー線のエネルギーや照射時間を変更す
ること、副生するグラファイト除去のためのガスの導入
量を調整することは容易に行うことができる。最適条件
の採用によって、高効率で、高品質ダイヤモンド膜の形
成が可能となる。
次にこの発明の実施例を示し、さらに詳しくこの発明に
ついて説明する。
ついて説明する。
実施例 １
石英を基板としてダイヤモンド膜を形成させた。
炭素源材料にはグラファイトを用い、レーザパワー２０
０ｎＪ／−のＫ ｒ Ｆエキシマレーザを凹面鏡にして
集束し、繰り返し３０１１ｚにてグラファイトに３時間
照射した。この際に、石英基板の温度は７００°Ｃに保
った。また、水素を１００Ｔｏｒｒ、酸素をｌ Ｔｏｒ
ｒの条件で２５００℃に加熱したタングステンフィラメ
ントに通し、基板表面に吹きつけた。
０ｎＪ／−のＫ ｒ Ｆエキシマレーザを凹面鏡にして
集束し、繰り返し３０１１ｚにてグラファイトに３時間
照射した。この際に、石英基板の温度は７００°Ｃに保
った。また、水素を１００Ｔｏｒｒ、酸素をｌ Ｔｏｒ
ｒの条件で２５００℃に加熱したタングステンフィラメ
ントに通し、基板表面に吹きつけた。
この結果、０．５μｍ厚のダイヤモンド膜を得た。
走査型電子顕微鏡によって、表面が平滑な膜であること
を確認し、またラマンスペクトルによってダイヤモンド
膜であると同定した。グラファイトは検出されなかった
。
を確認し、またラマンスペクトルによってダイヤモンド
膜であると同定した。グラファイトは検出されなかった
。
実施例 ２
シリコンを基板とし、高純度グラファイトを炭素源材料
に用いて、ダイヤモンド膜を形成させた。
に用いて、ダイヤモンド膜を形成させた。
Ｎｄ−ＹＡＧレー→ノ゛の第２高周波（５３２ｎｎ）を
凹面鏡にて集束し、レーザパワー３ＩｌｌＪ／′パルス
で、繰り返し３Ｈｚにてタラファイトに３０時間照射し
た。
凹面鏡にて集束し、レーザパワー３ＩｌｌＪ／′パルス
で、繰り返し３Ｈｚにてタラファイトに３０時間照射し
た。
基板温度は室温とした。また、基板表面をＸ ｅ ＣＩ
エキシマレーザ（２０ｌｎＪ／パルス、繰り返し３１１
２）にて直接照射した。
エキシマレーザ（２０ｌｎＪ／パルス、繰り返し３１１
２）にて直接照射した。
水素を１０ ”３Ｔｏｒｒにて２０００℃に加熱したタ
ングステンフィラメントに通して基板表面に吹きつけた
。
ングステンフィラメントに通して基板表面に吹きつけた
。
シリコン基板の表面に、１μｍのダイヤモンド膜を得た
。グラフアイＩ〜は検出されなかった。
。グラフアイＩ〜は検出されなかった。
（発明の効果）
この発明によって、以上詳しく説明したように、グラフ
ァイトの堆積を抑制した、高品質ダイヤモンド膜を効率
的に形成することができる。
ァイトの堆積を抑制した、高品質ダイヤモンド膜を効率
的に形成することができる。
しかも、この発明においては、反応操作条件のｉ１適設
定および変更も容易となる。
定および変更も容易となる。
第１図は、この発明の方法に用いる反応装置の一例を示
した断面図である。 １・・・チャンバー ２・・・基 板 ３・・・ヒーター ４・・・炭素源材料 ５・・・ガス導入管 ６・・・タングステンフィラメント ７・・・真空排気系 ８・・・マスフィルター型質量分析計 ９．１０・・・石英窓
した断面図である。 １・・・チャンバー ２・・・基 板 ３・・・ヒーター ４・・・炭素源材料 ５・・・ガス導入管 ６・・・タングステンフィラメント ７・・・真空排気系 ８・・・マスフィルター型質量分析計 ９．１０・・・石英窓
Claims (4)
- （１）炭素源材料にエネルギー線を集束照射して炭素種
を放出させ、基板上にダイヤモンドを堆積させるにあた
り、グラファイト反応性ガスを導入して活性化し、グラ
ファイト堆積を抑制することを特徴とする人工ダイヤモ
ンド膜の形成方法。 - （２）エネルギー線が光または電子線である特許請求の
範囲第（１）項記載のダイヤモンド膜の形成方法。 - （３）グラファイト反応性ガスが、水素、酸素、水蒸気
、ハロゲンまたはハロゲン化合物である特許請求の範囲
第（１）項記載の人工ダイヤモンド膜の形成方法。 - （４）グラファイト反応性ガスを熱活性化または放電活
性化する特許請求の範囲第（１）項記載の人工ダイヤモ
ンド膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62306807A JPH01148791A (ja) | 1987-12-03 | 1987-12-03 | 人工ダイヤモンド膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62306807A JPH01148791A (ja) | 1987-12-03 | 1987-12-03 | 人工ダイヤモンド膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01148791A true JPH01148791A (ja) | 1989-06-12 |
Family
ID=17961498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62306807A Pending JPH01148791A (ja) | 1987-12-03 | 1987-12-03 | 人工ダイヤモンド膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01148791A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4981717A (en) * | 1989-02-24 | 1991-01-01 | Mcdonnell Douglas Corporation | Diamond like coating and method of forming |
| US5154945A (en) * | 1990-03-05 | 1992-10-13 | Iowa Laser Technology, Inc. | Methods using lasers to produce deposition of diamond thin films on substrates |
| US5171607A (en) * | 1990-01-29 | 1992-12-15 | Bausch & Lomb Incorporated | Method of depositing diamond-like carbon film onto a substrate having a low melting temperature |
-
1987
- 1987-12-03 JP JP62306807A patent/JPH01148791A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4981717A (en) * | 1989-02-24 | 1991-01-01 | Mcdonnell Douglas Corporation | Diamond like coating and method of forming |
| US5171607A (en) * | 1990-01-29 | 1992-12-15 | Bausch & Lomb Incorporated | Method of depositing diamond-like carbon film onto a substrate having a low melting temperature |
| US5154945A (en) * | 1990-03-05 | 1992-10-13 | Iowa Laser Technology, Inc. | Methods using lasers to produce deposition of diamond thin films on substrates |
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