JPH02133397A - ダイヤモンドの合成方法とその合成装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はダイヤモンドの合成方法とその合成装置に関
し、さらに詳しく言うと、たとえば各種保護膜、光学用
材料、電子材料、化学工業材料などに広く利用すること
のできる、純度と密度とに優れたダイヤモンドの合成方
法とその合成装置に関する。

［従来技術と発明が解決しようとする課題１近年、ダイ
ヤモンドの合成技術が著しい発展を遂げつつあり、これ
までに、スパッタリング落着法、イオンビーム蒸着法、
分子線エピタキシャル法等のＰＶＤ法や熱フイラメント
法、マイクロ波無極放電法等のＣＶＤ法などの種々の合
成技術が知られるに至っている。

ところで、このような合成方法は、合成したダイヤモン
ド中に含有するダイヤモンド状炭素やグラファイト等の
非ダイヤモンド成分の含有率をいかに低減するかが重要
な課題であり、従来、たとえば原料ガスに少量の水蒸気
や酸素ガス等を添加して前記非ダイヤモンド成分を除去
する方法が知られている。

しかしながら、これらの方法は、ダイヤモンドの純度を
高めるべく原料ガス中の前記添加ガスの含有率を高める
と、−度形成したダイヤモンドをもそれらのガスがエツ
チングし、その結果、ダイヤモンドの合成速度が著しく
低下するという不都合を有していた。

また、これらの方法は、前記添加ガスと前記原料ガスと
が、または前記添加ガスと前記原料ガスの励起種、いわ
ゆるダイヤモンドの中間体とが反応し、その結果ダイヤ
モンドの合成反応そのものが阻害されるという不都合を
有していた。

このことから、これらの方法は、ダイヤモンドの合成過
程における原料ガス成分の濃度コントロールが極めて困
難であり、これらの方法によって得られたダイヤモンド
の純度や密度も充分に満足することのできるものではな
かった。

この発明は、前記事情により、なされたものである。

この発明の目的は、高い純度と密度とを有するダイヤモ
ンドの合成方法とその合成装置とを提供することにある
。

［ｍｊ記課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、炭
素源ガスを含有する原料ガスを励起して得られるガスと
、ニー２チングガスを励起して得られるガスとを交互に
基材に接触させて、前記大村上にダイヤモンドを形成す
ることを特徴とするダイヤモンドの合成方法である。

請求項２に記載の発明は、基材を設置する反応容器内に
、原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記反応容
器内にエツチングガスを供給するエツチングガス供給手
段と、前記原料ガス供給手段と前記エツチングガス供給
手段とを切替える切替え手段と、前記反応容器内の原料
ガスまたはエツチングガスを励起する励起手段とを備え
、炭素源ガスを含有する原料ガスを励起して得られるガ
スと５エツチングガスを励起して得られるガスとを交互
に基材に接触させるようにしてなることを特徴とする合
成装はである。

以下、この発明のダイヤモンド合成方法につきその合成
装置とともに説明する。

この発明の合成装置は、まず原料ガス供給手段によって
反応容器内に原料ガスを供給し、ついで反応容器内の原
料ガスを励起手段により励起して得られるガスを基材に
接触させることにより、前記大村上にダイヤモンドを形
成する。

前記原料ガス供給手段は、後述する反応容器内に原料ガ
スを供給することの可能な構成を有するのであれば特に
制限がなく、たとえば、原料ガスボンベと前記反応容器
に原料ガスを導入する配管系統とから構成することがで
きるし、また、原料ガスの種類によっては原料ガス発生
装置、流量調整装こ、反応容器内に原料ガスを導入する
配管系統とから構成することもできる。

前記反応容器としては、特に制限はなく、公知の反応容
器を好適に採用することができ、たとえば石英管、ペル
ジャー等の反応容器を挙げることができる。

前記原ネ４ガスとしては、公知のものを好適に使用する
ことができ、たとえば炭素源ガスとキャリヤーガスとの
混合ガス等を挙げることができる。

前記炭素源ガスとしては、各社炭化水素、含酸素化合物
、含窒素化合物等のガスを使用することができる。

炭化水素化合物としては１例えばメタン、エタン、プロ
パン、ブタン等のパラフィン系炭化水素；エチレン、プ
ロピレン、ブチレン算のすレフイン系炭化木素；アセチ
レン、アリレン等のアセチレン系炭化水素：ブタジェン
等のジオレフィン系炭化水素二ジクロプロパン、シクロ
ブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂環式炭
化水素二ジクロブタジェン、ベンゼン、トルエン。

キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素、１１！化メ
チル、臭化メチル、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロ
ゲン化炭化水素等を挙げることができる。

含酸素化合物としては、例えばアセトン、ジェチルケト
ン、ベンゾフェノン等のケトン類；メタノール、エタノ
ール、プロパツール、ブタノール等のアルコール類；メ
チルエーテル、エチルエーテル、メチルエチルエーテル
、メチルプロピルエーテル、フェノールエーテル、ジオ
キサン等のエーテル類；ホルムアルデヒド、アセトアル
デヒド、ベンズアルデヒド等のアルデヒド類；酢酸。

プロピオン酸、コハク酸等の有機酸類；酢酸メチル、酢
酸エチル等の酸エステル類；エチレングリコール、ジエ
チレングリコール等の二価アルコール類ニー酸化炭素、
二酸化炭素等を挙げることができる。

含窒素化合物としては１例えばトリメチルアミン、トリ
エチルアミンなどのアミン類等を挙げることができる。

また、炭素源として、単体ではないが、消防法に規定さ
れる第４類危険物；ガソリンなどの第１石油類、ケロシ
ン、テレピン油、しょう脳油、松根油などの第２石油類
、重油などの第３石油類、ギヤー油、シリンダー油など
の第４石油類などをも使用することができる。また前記
各種の炭素化合物を混合して使用することもできる。

これらの炭素源の中でも、常温で気体または蒸気圧の高
いメタン、エタン、プロパン等のパラフィン系炭化水、
に−等、アセトン、ベンゾフェノンなどのケトン類、メ
タノール、エタノール等のアルコール類、−酸化炭素、
二酸化炭素等の含酸素化合物等が好ましい。

前記キャリヤーガスとしては、たとえば、ヘリウムガス
、ネオンガス、アルゴンガス等の椙ガス、水素ガス、窒
素ガス等を挙げることができる。

なお、前記原料ガスとしては、前記炭素源ガスと前記キ
ャリヤーガスとの組合わせのうち、−酸化炭素ガスと水
素ガスとの組合わせが好ましい。

前記炭素源ガスと前記キャリヤーガスとの混合比は、通
常、前記炭素源ガスと前記キャリヤーガスとの合計量に
対して前記炭素源ガスが０．１モル％以上、好ましくは
０．１〜３０モル％、さらに好ましくは０．２〜８０モ
ル％である。

前記混合ガス中の炭素源ガスが０．１モル％よりも少な
いとダイヤモンドが生成しなかったり、ダイヤモンドが
たとえ生成してもその堆積速度が著しく小さい。

なお、原料ガスとして一酸化炭素ガスと水素ガスとを用
いる場合の前記混合比としては、通常。

−Ｍ化炭素ガスと水素ガスとの合計量に対して前記−酸
化炭素ガスが０．２〜８０モル％である。

この発明の合成方法においては、前記原料ガスの反応容
器への供給を連続的に行いつつ合成を進める、いわゆる
連続系で反応を進行してもよいし、合成中は原料ガスの
供給をしない、いわゆる閉鎖系で反応を進行してもよい
。

前記原料ガスの反応容器への供給量としては、前記連続
系の場合、通常、１〜１．ＯＯＯＳＣＣＭ　、好ましく
はｌＯ〜５００５ＯＣＮである。

なお、前記供給量が、Ｉ　ＳＥＣＭ未満のときにはダイ
ヤモンドの合成速度が低下することがあり、１．０００
３００Ｍを超えるときには、後述する原料ガスの励起手
段として、たとえばマイクロ波プラズマ放電を採用する
場合に、その放電が安定しなくなることがある。

また、前記閉鎖系の場合においては、通常、反応容器内
圧力が１Ｏ−３〜１０３ｔｏｒｒとなるように前記原料
ガスを反応容器に供給するのが好ましい。

なお、前記原料ガスの供給法は、原料ガスを連続的に供
給する方法であっても、断続的に供給する方法であって
も特に制限するものではない。

前記原料ガスを励起する手段としては、特に制限はなく
、たとえば、高周波プラズマ放電法、直流プラズマ放電
法、マイクロ波プラズマ放電法等のプラズマ放電法、熱
フイラメント法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等を採用する
装置を挙げることができる。

これらの中でも好ましいのは、プラズマ放電法を採用す
る励起装置である。

前記プラズマ放電法を採用する場合、その励起装置は、
たとえば、マイクロ波発生器、反応容器内に設とした後
述する基板にマイクロ波を導くマイクロ波導波管および
マイクロ波発生器から発信されるマイクロ波をマイクロ
波導波管に断続して送る切換スイッチ等で構成すること
ができる。

また、この発明の合成装置において、前記プラズマ放電
法を採用する場合には、反応容器にトリガーを設けても
よい。

前記トリガーは、プラズマ放電を敏速に起す作用乃至機
能を有する。

前記トリガーは、通常、反応容器内に設けられた一対の
電極、前記電極にｖｉ続されたトリガー回路から構成す
ることができる。

また前記トリガーは、テスラーコイルを用いて構成する
こともできる。

前記基材としては、この発明の目的を阻害しない限り、
特に制限はなく、たとえばシリコン、鉄、アルミニウム
、チタン、タングステン、モリブデン、ゲルマニウムお
よびクロムなどの金属、これらの酸化物、窒化物および
炭化物、これらの合金、ＡｌｚＯｘ−Ｆｅ系、τ１ｃ−
Ｎ　ｉ系、Ｔｉｃ−Ｃ（１系およびＢａＣ−Ｆｅ系等の
サーメットならびに各種セラミックス等を挙げることが
できる。

また、基材の形状も特に制限はなく、たとえば切削工具
のチップ等も好適に用いることができる。

前記基材に対する、前記励起原料ガスの接触時間は１通
常、１秒〜５分である。

なお、前記接触時間が１秒未満であると、ダイヤモンド
が充分に析出しなくなったりすることがあり、５分を超
えると、得られたダイヤモンドに非ダイヤモンド成分を
多量に含むことがあり、次のエツチング反応で非ダイヤ
モンド成分を充分に除去することができなくなることが
ある。

前記基材の表面の温度は、通常、室温〜１．２００℃、
好ましくは６００〜１，１００℃である。

この温度が室温より低い場合には、ダイヤモンドの堆請
速度が遅くなったり、得られたダイヤモンドに非ダイヤ
モンド成分を多量に含むことがある。

一方、１，２００℃より高い場合には、基材上に堆積し
たダイヤモンドがエツチングにより削られてしまい、堆
積速度の向上が見られないことがある。

なお、この発明の合成装置においては、前記基材の表面
の温度を保持するために、前記基材を別途に加熱しても
よい。

前記基材を別途に加熱する手段としては、たとえば、前
記基材を設置するサセプターにヒーターを、没けて構成
することができる。

反応圧力は、通常、１０−５〜１０３ｔｏｒｒ、好まし
くはｌｏ−３〜＋０３ｔａｒｒである。

なお、この反応圧力がＩＬ５ｔｏｒｒ未満であると。

ダイヤモンドの堆積速度が遅くなったり、ダイヤモンド
が析出しなくなったりすることがあり、また１０’　ｔ
ｏｒｒを超えてもそれに相当する効果が得られないこと
がある。

この発明の合成装置は、このように前記基材上にダイヤ
モンドを形成した後に、後述する切替え手段によって前
記原料ガス供給手段と後述するニー２チングガス供給手
段とを切符えて、エツチングガスを前記反応容器内に供
給し、前記励起手段により励起して得られたガスを前記
ダイヤモンドに接触する。

前記切替え手段としては、たとえば前記反応容器に前記
原料ガスまたは後述するエツチングガスを供給する配管
系統に手動コックを設けて構成してもよいし、また前記
配管系統に電磁弁等を設け、その弁とその開閉を制御す
る制御手段とから構成してもよい。

いずれにしても、前記切換手段は、前記原料ガスとエツ
チングガスとを反応容器内に交互に供給することのでき
る構成を有するのであれば特に制限はない。

なお、原料ガス供給手段とエツチングガス供給手段との
切替えは、反応容器内の状態、たとえばガス圧、ガス濃
度、ガスの種類等をモニターしつつ行うのが好ましい。

前記モニターは、通常、反応容器に設置したゲージ、セ
ンサー等によって行うことできる。

前記切杵え手段を弁と制御手段とから構成する場合には
、前記モニターと弁と制御手段とを連動させることによ
り１反応容器内に原料ガスまたはエツチングガスの所望
の量を的確に、かつ自動化して供給することができると
ともに、さらには、前記モニターと弁と前記制御手段と
前記励起手段とを連動させることにより、原料ガスまた
はエツチングガスとの供給とそれらの励起をも適切なダ
イヤモンド合成条件のもとに自動化することもできる。

前記の原料ガス供給手段とエツチングガス供給手段との
切替えは、その切排えに先んじて１反応容器内に残存す
るガスを排出するのが好ましい。

前記の残存ガスを排出する手段としては、たとえば、残
存ガスを排出する配管系統に設けた手動コックと、バッ
ファタンク等の流量調整装置と。

残存ガスを吸引する吸引装ことで構成するものであって
もよいし、また前記手動コックに替えて電磁弁等の弁と
その開閉を前記切替え手段と同期すべく制御する制御手
段とで構成するものであってもよい。

なお、前記排出手段にバッファタンクを設ける場合にお
いては、速やかなガス排出を行うためにバッファタンク
の容量を反応容器の容量の２〜ｌＯ倍に設計するのが好
ましい。

また、前記のガス排出を行うためのバッファタンクは、
速やかなガス排出を行うために、常に前記吸引装置で排
気されていることが好ましい。

前記エツチングガス供給手段は、前記反応容器内にエツ
チングガスを供給することの可能な構成を有するのであ
れば特に制限がなく、たとえば。

エツチングガスポンベと前記反応容器にエツチングガス
を導入する配管系統とから構成することができるし、ま
た、エツチングガスの種類によっては、たとえば水素ガ
ス発生装首、水蒸気発生装置等のエツチングガス発生装
置、キャリヤーガスボンベ、流ｒｉ調調整装置及反応容
器内エツチングガスを導入する配管系統などをこの発明
の目的を阻害しない範囲において適宜に組合せて構成す
ることもできる。

前記エツチングガスは、前記原料ガスにより得られたダ
イヤモンドに含有するダイヤモンド状炭素、グラファイ
ト等の非ダイヤモンド成分を除去する作用乃至機能を有
する。

前記エツチングガスとしては、たとえば水素ガス、酸素
ガス、ハロゲンガス、ハロゲン化ガス、窒素ガス、アル
ゴンガス、水蒸気またはこれらのうち、少なくとも２種
のガスを混合した混合ガス、たとえば水素ガスと酸素ガ
スとの混合ガスや空気等を挙げることができる。

なお、これらのエツチングガスの中でも好ましいのは、
酸素ガス、水素ガス、空気である。

この発明の合成方法においては、前記エツチングガスの
反応容器への供給を連続的に行いつつエツチング反応を
進める。いわゆる連続系で反応を進行してもよいし、反
応中はエツチングガスの供給をしない、いわゆる閉鎖系
で反応を進行してもよい。

前記エツチングガスの反応容器への供給量としては、前
記連続系の場合、通常、１〜１．０００ＳＣＧ＞１．好
ましくは１０〜５ＧＯ５ＣＣＨである。

なお、前記供給量が、ｌ　Ｓ００Ｍ未満の場合にはエツ
チング速度が低下することがあり、１．０００ｓｃｃｙ
Ｉを超える場合には、エツチングガスの励起手段として
、たとえばマイクロ波放電を採用するときには、その放
電が安定しなくなることがある。

また、前記閉鎖系の系の場合においては１通常１反応容
器内圧力が１０−３〜１（ｌ　ｔｏｒｒとなるように前
記エツチングガスを反応容器に供給するのが好ましい。

なお、前記エツチングガスの供給法は、前記エツチング
ガスを連続的に供給する方法であっても、断続的に供給
する方法であっても特に制限するものではない。

前記基材上に得られたダイヤモンドに対する。

前記励起エツチングガスの接触時間は、１秒〜１０分で
ある。

なお、前記接触時間が１秒未満であると、ダイヤモンド
に含有する前記非ダイヤモンド成分を充分に除去するこ
とができないことがあり、１０分を超えると、得られた
ダイヤモンド成分までもエツチングすることがある。

前記接触のときのダイヤモンドの表面の温度および反応
圧力は、前記のダイヤモンド合成工程における基材の表
面の温度および反応圧力と同様の条件を採用することが
できる。

この発明は、このようなダイヤモンド合成工程とエツチ
ング工程とを交互に繰返すことにより、前記大村上にダ
イヤモンド膜を形成する。

なお、このような工程を繰返して大村上に形成されるダ
イヤモンド膜の膜厚は、通常０．２〜１１００ｐであり
、好ましくは、０．５〜５０μｍである。

前記膜厚が０．２ｐｍ未満であると、前記基材の全面を
ダイヤモンドで被覆することができなくなる場合があり
、ｌＱＯＩＬｍを超えると得られたダイヤモンドと前記
基材との熱膨張係数の違いにより、ダイヤモンド膜が剥
離することがある。

このような合成方法によると高純度かつ高密度のダイヤ
モンドを得ることかでさ、またこの合成装置によると、
ダイヤモンドの合成反応と、その際、同時に合成される
非ダイヤモンド成分のエツチング反応とを独立に制御す
ることができる。

［実施例］ ついで、この発明の実施例および比較例を示し、この発
明についてさらに具体的に説明する。

（実施例１） この実施例のダイヤモンド合成装置は、第１図に示すよ
うに、ダイヤモンドを形成する基材１２を設置する反応
容器１３．−酸化炭素ガスポンベ１と水素ガスポンベ２
とバッファタンク３Ａと前記−酸化炭素ガスポンベｌか
ら前記バッファタンク３Ａに一酸化炭素ガスを導く配管
４Ａと前記水素ガスポンへ２から前記バッファタンク３
Ａに水素ガスを導く配管４Ｄとからなる原料ガス供給手
段。

水素ガスポンベまたは酸素ガスポンベであるエツチング
ガスポンベ１４とバッファタンク３Ｂと前記エツチング
ガスポンベ１４から前記バッファタンク３Ｂに水素ガス
またはｍ素ガスを導く配管４Ｂとからなるエツチングガ
ス供給手段、前記反応容器１３内に残存するガスを排出
する、バッファータンク３Ｃと真空ポンプ１１と前記バ
ッファータンク３Ｃから真空ポンプ１１に前記残存ガス
を導く配’１！４Ｃとからなる排出手段、前記／曳ツフ
ァタンク３Ａから前記反応容器１３に一酸化炭素ガスと
水素ガスとの混合ガスを導く経路途中に設けられた電磁
弁５Ａと前記バッファタンク３Ｂから反応容器１３に水
素ガスを導く経路途中に設けられた電磁弁５Ｂと前記反
応容器１３から市記バフファタンク３Ｃに１１θ記残存
ガスを導く経路途中に設けられた電磁弁５Ｃと圧力セン
サー６と制御手段７とからなる切付え１段、マイクロ波
発生器８と前記マイクロ波発生器８に電力を供給するマ
イクロ波型ｖ、１５とマイクロ波発生器８で発生したマ
イクロ波を前記反応容器１３内に導く導波／ｉ？９と前
記反応容器１３内に設けられた一対の電極、前記電極に
接続されたトリガー回路ＩＯとからなる励起手段、前記
基材１２を前記反応容器１３に設置しかつ前記基材１２
を補助的に加熱するヒーター１Ｂを設けたサセプター１
７および前記ヒーター１８に電力を供給する加熱電源１
８で構成した。

つぎに、この発明の実施例の合成装置を用いたダイヤモ
ンド合成過程を第１図と第３図に示すタイムチャートと
を参照しながら説明する。

まず、ヒーター１６を設けたサセプター１７に基材１２
をＪ［Ｌ、この基材１２とサセプター１７とを合成装ご
内に設こする。

前記ヒーター１６は、加熱電源１８から電力を供給され
、前記基材１２を所定の温度に加熱する。

ついで−酸化炭素ガスポンベ１および水素ガスポンベ２
からの一酸化炭素ガスおよび水素ガスは、配管４Ａおよ
び配管４Ｄとバッファタンク３Ａと電磁弁５Ａとを介し
て石英製の反応容器！３（容器内径５０ｍｍ、容器内高
さ５０ｍｍ）に供給される。

なお、このとき前記制御手段７は、前記電磁弁５Ａ以外
の電磁弁５Ｂおよびｉ’ｔｔ磁弁５磁電５Ｃすべく制御
する。

圧力センサー６はダイヤモンドの合成を行うのに充分な
までに前記原料ガスが反応容器１３に供給されたときに
、その反応容器内１３の圧力を検知し、その信号を時間
ｔ１に制御手段７に送信する。

その信号を受けた制御手段７は、時間ｔ】に前記電磁弁
５Ａを閉鎖するとともにマイクロ波電源１５にマイクロ
波発生信号を送信する。

前記マイクロ波発生信号を受けたマイクロ波型［１５は
マイクロ波発生器８に電力を供給し、マイクロ波発生器
８は１時間ｔ１からマイクロ波の発生を開始し、予め前
記制御手段７に初期設定したダイヤモンド合成時間、す
なわち時間ｔ２までマイクロ波を発生する。

なお、この実施例の前記トリガー回路ｌＯは、反応容器
１３内に前記マイクロ波が到達するのを待って、前記マ
イクロ波発生器８のマイクロ波発生開始Ｕ＞　ｔ　＋　
とに時間差をもって時間ｔ＾に同期するように制御手段
７により制御されている。

このトリガー放電により前記反応容器１３内で放電が開
始される。

前記反応容器１３内の原料ガスは、前記導波管９を介し
て導かれた前記マイクロ波により励起されプラズマ状態
となる。

反応容器１３内に設置した基材１２は、前記励起原料ガ
スと接触することにより、前記基材上にダイヤモンドを
形成する。

前記励起手段７は、前記の初期設定されたダイヤモンド
合成時間ｔ！〜【２を経過すると、マイクロ波型［１５
にマイクロ波停止信号を送信してマイクロ波発生器８へ
の電力を供給を停止し、前記原料ガスの励起を中断させ
るとともに、前記電磁弁５Ｃに開放信号を送信して１時
間ｔ２に電磁弁５Ｃを開放する。

このことで、反応容器１３内に残存するガスは。

前記電磁弁５Ｃと前記バッファータンク３Ｃと配管４と
を介して真空ポンプ１１により１反応容器１３外に排出
される。

圧力センサー６は、残存するガスが反応容器１３外に排
出されたときに、その反応容器内１３の圧力を検知し、
その信号を時間ｔ３に制御手段７に送信する。

その信号を受けた制御手段７は、時間ｔ３に前記電磁弁
５Ｃを閉鎖するとともに、前記電磁弁５Ｂに開放信号を
送信して、電磁弁５Ｂを開放する。

このことでエツチングガスポンベ１４からのエツチング
ガスである水素ガスまたは酸素ガスは、配管４Ｂとバッ
ファタンク３Ｂと電磁弁５Ｂとを介して反応容器１３に
供給される。

圧力センサー６は、エツチングを行うのに充分なまでに
前記エツチングガスが反応容器１３に供給されたときに
、その反応容器内１３の圧力を検知し、その信号を時間
ｔ４に制御手段７に送信する。

その信号を受けた制御手段７は１時間ｔ４に前記電磁弁
５Ｂを閉鎖するとともにマイクロ波電源１５にマイクロ
波発生信号を送信する。

前記マイクロ波発生信号を受けたマイクロ波電源１５は
マイクロ波発生器８に電力を供給し、マイクロ波発生器
８は、予め前記制御手段７に初期設定したエツチング時
間ｔ４〜ｔ５だけマイクロ波を発生する。

なお、この際、前記トリガー回路ｌＯは、ダイヤモンド
の合成過程と同様にマイクロ波発生器８のマイクロ波の
発生開始時ｔ４と時間差をもって時間ｔｏに同期してい
る。

このトリガー放１ｔｔにより、前記反応容器１３内で放
電が開始される。

前記反応容器１３内の前記エツチングガスは、前記導波
管９を介して導かれた前記マイクロ波により励起されプ
ラズマ状態とナル。

反応容器１３内に設置した基材１２上に合成されたダイ
ヤモンドは、前記励起エツチングガスと接触することに
より、ダイヤモンドに含有する非ダイヤモンド成分を除
去される。

前記励起手段７は、前記の初期設定されたニー２チング
時間ｔ４〜ｔ５を経過すると、マイクロ波電源１５にマ
イクロ波停止信号を送信してマイクロ波発生器８への電
力を供給を停止し、前記エツチングガスの励起を中断さ
せるとともに、前記電磁弁５Ｃに開放信号を時間ｔ５に
送信して、電磁ゴｒ５Ｃを開放する。

このことで、反応容器１３内に残存するガスは、前記電
磁弁５Ｃと前記バッファータンク３Ｃと配管４とを介し
て真空ポンプ＋１により、反応容器１３外に排出される
。

圧力センサー６は、充分なまでにに残存するガスが反応
容器１３外に排出されたときに、その反応容器内１３の
圧力を検知し、その信号を時間ｔ６に制御手段７に送信
する。

その信号を受けた制御手段７は、時間ｔ６に前記電磁弁
５Ｃを閉鎖するとともに、前記ｉＩ！磁弁５Ａに開放信
号を送信して電磁弁５Ａを開放し、２回目以後のダイヤ
モンド合成工程とエツチング１程とを繰返して基材１２
」二にダイヤモンドを合成する。

このように、この発１月の合成′Ａｍは、ダイヤモンド
の合成反応とその際１回時に合成される非ダイヤモンド
成分の除去反応とを独立に制御することができる。

なお、この実施例の合成装置においては、前記エツチン
グガス供給手段として、水素ガスボンベまたは酸素ガス
ボンベであるエツチングガスポンベ１４とバー、ファタ
ンク３Ｂと前記エツチングガスポンベ１４から前記バッ
ファタンク３Ｂに水素ガスまたは酸素ガスを導く配管４
Ｂとで構成したが、前記構成に代えて、第２図に示すよ
うに、水蒸気発生器１８とキャリヤーガスポンベ２０と
からなる水落気供給装ことバッファタンク３Ｂと前記水
蒸気供給装置から前記バー２フアタンク３Ｂに水蒸気と
キャリヤーガスとを導く配管４Ｂとで構成することもで
きる。

つぎに、この実施例の合成装置を用いた実験例を実施例
２〜７として例示するとともに比較例もともに例示する
。

（実施例２） ノ、（材として、シリコンウェハーを用いた。

このシリコンウェハーを実施例１に示す装置の反応室内
に設置したのちに、シリコンウェハー温度９００℃の条
件下に１周波ｆｉ２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源の出
力を３５０Ｗに設定してダイヤモンドの合成を行った。

なお、トリガーは、ｌｋＶの直流電源を使用し、０．５
秒行った。

原料ガスとしては、−酸化炭素ガス濃度が２０容ｆ％の
水素ガスとの混合ガスを使用し、エツチングガスとして
は、酸素ガスを使用した。

また、この実施例においては、ダイヤモンドの合成圧力
を４０Ｌｏｒｒ、　エツチング圧力を１Ｏｔｏｒｒ、１
回のダイヤモンドの合成時間を２０秒、エツチング時間
を５秒に設定し、前記合成時間の積算が１時間になるよ
うに反応を繰返してｉｒｉ記基材り一にダイヤモンド膜
を形成した。

なお、ダイヤモンドの成膜速度は１．０ルｍ／時間であ
った。

得られたダイヤモンド膜について、ラマン分光分析によ
ってその組成を分析するとともに１重液法による比重測
定とカロリメトリー法による熱伝導度測定し、得られた
ダイヤモンドの１；４価を行った。

結果を第１表に示す。

なお、第１表の成分分析の記号のα味は、下記に示すと
おりである。

０・・ダイヤモンドが生成。

○・・主としてダイヤモンドが生成し、わずかにダイヤ
モンド状炭素が生成。

Δ・崇ダイヤモンド中にかなりのダイヤモンド状炭素が
生成。

×・・ダイヤモンド中にかなりのダイヤモンド状炭素と
グラファイトが生成。

（実施例３） エツチングガスを実施例２の酸素ガスに梧えて水素ガス
を用い、また、１回のダイヤモンドの合成時間を１０秒
にしたほかは、実施例２と同様にダイヤモンド膜を形成
した。

なお、ダイヤモンドの１＆膜速度は１．３７ｚｍ／時間
であった。

得られたダイヤモンド膜につき実施例２と同様にＪヤ価
を行った。

結果を第１表に示す。

（実施例４） −・酸化炭素ガス濃度を２０容琶％にしたほかは。

実施例２と同様にダイヤモンド膜を形成した。

なお、ダイヤモンドの成膜速度は１．２　ｐｍ／時間で
あった。

得られたダイヤモンド膜につき実施例２と同様に評価を
行った。

結果を第１表に示す。

（実施例５） 一酸化炭素ガス濃度を２０容量％にしたほかは、実施例
３と同様にダイヤモンド膜を形成した。

なお、ダイヤモンドの成膜速度は１．５ｐｍ／時間であ
った。

得られたダイヤモンド膜につき実施例２と同様に評価を
行った。

結果を第１表に示す。

（実施例６） １回のエツチング時間を１０秒にしたほかは、実施例５
と同様にダイヤモンド膜を形成した。

なお、ダイヤモンドの成膜速度は１．４　ｐｍ／時間で
あった。

得られたダイヤモンド膜につき実施例２と同様に評価を
行った。

結果を第１表に示す。

（実施例７） 一酸化炭素ガス濃度を８０容量％にし、１回のダイヤモ
ンドの合成時間を５秒にしたほかは、実施例６と同様に
ダイヤモンド膜を形成した。

なお、ダイヤモンドの成膜速度は２．１ルｍ／時間であ
った。

得られたダイヤモンド膜につき実施例２と同様に評価を
行った。

結果を第１表に示す。

（比較例１） 実施例２と同様の原ネ１ガスを実施例２と同様に励起さ
せて得られたガスを、実施例２と同様の基材に１時間接
触させてダイヤモンド膜を形成した。

なお、ダイヤモンドの成膜速度は１．５ルｍ／時間であ
った。

得られたダイヤモンド膜につぎ実施例２と同様に評価を
行った。

結果を第１表に示す。

（比較例２） 実施例４と同様の原料ガスを実施例４と同様に励起させ
て得られたガスを、実施例４と同様の人材に１時間接触
させてダイヤモンド膜を形成した。

なお、ダイヤモンドの成膜速度は１．６μｍ　／　０間
であった。

得られたダイヤモンド膜につき実施例２と同様に評価を
行った。

結果を第１表に示す。

（比較例３） 実施例７と同様の原料ガスを実施例７と同様に励起させ
て得られたガスを、実施例７と同様の基材に１時間接触
させてダイヤモンド膜を形成した。

なお、ダイヤモンドの成膜速度は２．５ルｍ／時間であ
った。

得られたダイヤモンド膜につき実施例２と同様に評価を
行った。

結果を第１表に示す。

［１５ｉｌ！明の効果］ この発すｊによると、ダイヤモンドの合成反応とその際
、同時に合成される非ダ・イヤモンド成分の除去反応と
を独立に制御して、交互に繰返してダイヤモンドを基材
４−に形成するので、高純度でしかも高′Ｉｆ：度であ
ることから、優れた熱伝導率を有するダイヤモンドを得
ることのできるダイヤモンドの合成方法とその合成装置
とを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発１５ｊのダイヤモンド合成装置の１例
を示す概念図である。 第２図は、この発明のダイヤモンド合成装置におけるエ
ツチングガス供給り段の１１ム様を示す概念［Ａである
。 第３図は、この発明のダイヤモンド合成装置を用いてダ
イヤモンドを合成する過程を示すタイムチャートである
。 ｌ　・　・ ２　＠　・ 　Ａ ４　・　・ 　Ａ ６　・　・ ８　・　・ ｌＯ・　・ １２・　・ １４・　φ １５・　・ １７１１　・ １９・　・ ２０・　・ ・−酸化炭素ガスボンベ ・水素ガスボンベ ３Ｂ、３Ｃ・・・バッファータンク φ配管 ５Ｂ、５Ｃ−拳・電磁ｊｒ Φ圧カセンサー、７φ・・制御手段 ・マイクロ波発生塁、９・・・導波管 ・トリガー回路、１１・・・真空ポンプ・基材、１３・
・・反応容塁 ・エツチングガスボンベ ・マイクロ波電源、１Ｂ−・・ヒーター・サセプター、
１８・・・加熱電源 ・水蒸気発生器 ・キャリャーガスボンベ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素源ガスを含有する原料ガスを励起して得られ
   るガスと、エッチングガスを励起して得られるガスとを
   交互に基材に接触させて、前記基材上にダイヤモンドを
   形成することを特徴とするダイヤモンドの合成方法。
2. （２）基材を設置する反応容器内に、原料ガスを供給す
   る原料ガス供給手段と、前記反応容器内にエッチングガ
   スを供給するエッチングガス供給手段と、前記原料ガス
   供給手段と前記エッチングガス供給手段とを切替える切
   替え手段と、前記反応容器内の原料ガスまたはエッチン
   グガスを励起する励起手段とを備え、炭素源ガスを含有
   する原料ガスを励起して得られるガスと、エッチングガ
   スを励起して得られるガスとを交互に基材に接触させる
   ようにしてなることを特徴とする合成装置。