JPH03295897A - ダイヤモンド膜の製造方法及び製造装置 - Google Patents
ダイヤモンド膜の製造方法及び製造装置Info
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- JPH03295897A JPH03295897A JP9623190A JP9623190A JPH03295897A JP H03295897 A JPH03295897 A JP H03295897A JP 9623190 A JP9623190 A JP 9623190A JP 9623190 A JP9623190 A JP 9623190A JP H03295897 A JPH03295897 A JP H03295897A
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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】
〔概要〕
ダイヤモンド膜の製造方法の改良、特に、アセチレン等
の危険性の高い原料を使用する必要をなくする改良に関
し、 危険性の低い燃料を使用して実現しうるダイヤモンド膜
の製造方法を提供することを目的とし、基板表面に炭素
の燃焼炎の内炎を接触させてなすダイヤモンド膜の製造
方法において、前記の炭素の燃焼炎の内炎を貫通してエ
ネルギー線を照射するように構成する。
の危険性の高い原料を使用する必要をなくする改良に関
し、 危険性の低い燃料を使用して実現しうるダイヤモンド膜
の製造方法を提供することを目的とし、基板表面に炭素
の燃焼炎の内炎を接触させてなすダイヤモンド膜の製造
方法において、前記の炭素の燃焼炎の内炎を貫通してエ
ネルギー線を照射するように構成する。
本発明は、ダイヤモンド膜の製造方法及び製造装置の改
良、特に、アセチレン等の危険性の高い原料を使用する
必要をなくする改良に関する。
良、特に、アセチレン等の危険性の高い原料を使用する
必要をなくする改良に関する。
ダイヤモンドはビッカース硬度が１０，０００と高く、
地球上で最も硬い材料であり、また、ヤング率も高く、
耐摩耗性や薬品に対する安定性の面においても優れてい
る。さらに、熱伝導率も２，０００Ｗ ／ ｍ Ｋと銅
の４倍も高く、絶縁性に優れ、誘電率も低い、また、赤
外域から紫外域までの広い波長範囲において透明であり
、しかも不純物のドーピングによって半導体にもなる。
地球上で最も硬い材料であり、また、ヤング率も高く、
耐摩耗性や薬品に対する安定性の面においても優れてい
る。さらに、熱伝導率も２，０００Ｗ ／ ｍ Ｋと銅
の４倍も高く、絶縁性に優れ、誘電率も低い、また、赤
外域から紫外域までの広い波長範囲において透明であり
、しかも不純物のドーピングによって半導体にもなる。
このように、多（の優れた性質を有するため、ダイヤモ
ンドは工具材料としてハイテク産業に必要不可欠な存在
であるばかりでなく、耐摩耗性コーティング、スピーカ
の振動板、光学部品の透明コーティング、半導体素子の
パフシベーシッン膜、ヒートシンク、回路基板、耐環境
トランジスタ、青色発光ダイオード等極めて広い分野に
おける応用が期待されている。
ンドは工具材料としてハイテク産業に必要不可欠な存在
であるばかりでなく、耐摩耗性コーティング、スピーカ
の振動板、光学部品の透明コーティング、半導体素子の
パフシベーシッン膜、ヒートシンク、回路基板、耐環境
トランジスタ、青色発光ダイオード等極めて広い分野に
おける応用が期待されている。
ところで、ダイヤモンド膜の気相合成方法としては、各
種の方法が開発されている。その中で注目すべきものに
燃焼炎法がある。これは、高純度の炭素ラジカルを含ん
でいる炭素の燃焼炎の内炎を、冷却された状態にある基
板上に接触させて、ダイヤモンドとして結晶成膜させる
方法であり、成膜速度が高いことが特徴である（燃焼炎
法：ＮＥＷ ＤＩＡＭＯＮＤ、 Ｎｏ、１０、Ｐ、３４
（１９８８）参照）。
種の方法が開発されている。その中で注目すべきものに
燃焼炎法がある。これは、高純度の炭素ラジカルを含ん
でいる炭素の燃焼炎の内炎を、冷却された状態にある基
板上に接触させて、ダイヤモンドとして結晶成膜させる
方法であり、成膜速度が高いことが特徴である（燃焼炎
法：ＮＥＷ ＤＩＡＭＯＮＤ、 Ｎｏ、１０、Ｐ、３４
（１９８８）参照）。
本発明は、この燃焼炎法の改良に関するものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の燃焼炎法は、１００ｎ／時以上と云う高い成膜速
度が得られる特徴があるが、燃焼に先立ち、炭素をラジ
カル状態に保つ高温状態が必要であるから、内炎におけ
る温度を高くする必要があり、そのために、高温を発生
しうる燃料が必要である。ところが、高温を発生しうる
燃料として使用しうる燃料は、事実上、危険性の高いア
セチレン等に限られると云う欠点がある。
度が得られる特徴があるが、燃焼に先立ち、炭素をラジ
カル状態に保つ高温状態が必要であるから、内炎におけ
る温度を高くする必要があり、そのために、高温を発生
しうる燃料が必要である。ところが、高温を発生しうる
燃料として使用しうる燃料は、事実上、危険性の高いア
セチレン等に限られると云う欠点がある。
本発明の目的は、この欠点を解消することにあり、二つ
の独立した目的を有する。第１の目的は、危険性の低い
燃料を使用して実現しうるダイヤモンド膜の製造方法を
提供することにあり、第２の目的は、そのダイヤモンド
膜の製造方法の実施に使用される製造装置を提供するこ
とにある。
の独立した目的を有する。第１の目的は、危険性の低い
燃料を使用して実現しうるダイヤモンド膜の製造方法を
提供することにあり、第２の目的は、そのダイヤモンド
膜の製造方法の実施に使用される製造装置を提供するこ
とにある。
上記二つの目的のうち、第１の目的は、基板（１１）表
面に炭素の燃焼炎の内炎（１２）を接触さセてなすダイ
ヤモンド膜の製造方法において、前記の炭素の燃焼炎の
内炎（１２）を貫通してエネルギー線を照射してなすダ
イヤモンド膜の製造方法、または、エネルギーの照射に
加えて、前記の炭素の燃焼炎の内炎（１２）を貫通して
磁界を印加してなすダイヤモンド膜の製造方法によって
達成される。
面に炭素の燃焼炎の内炎（１２）を接触さセてなすダイ
ヤモンド膜の製造方法において、前記の炭素の燃焼炎の
内炎（１２）を貫通してエネルギー線を照射してなすダ
イヤモンド膜の製造方法、または、エネルギーの照射に
加えて、前記の炭素の燃焼炎の内炎（１２）を貫通して
磁界を印加してなすダイヤモンド膜の製造方法によって
達成される。
なお、前記のエネルギー線には、電磁波、または、レー
ザが効果的であり、また、ダイヤモンド膜は、大気雰囲
気中においても、数１０τｏｒｒ乃至２００ Ｔｏｒｒ
の範囲の減圧雰囲気中においても製造することができる
。
ザが効果的であり、また、ダイヤモンド膜は、大気雰囲
気中においても、数１０τｏｒｒ乃至２００ Ｔｏｒｒ
の範囲の減圧雰囲気中においても製造することができる
。
上記二つの目的のうち、第２の目的は、下記いずれの手
段によっても達成される。
段によっても達成される。
第１の手段は、炭素燃焼炎発生手段（２）と、この炭素
燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（１２）と接触す
る位置に、基板（１１）を冷却しながら保持する基板冷
却保持手段（３）と、前記の炭素燃焼炎の内炎（１２）
を貫通して電磁波を照射する電磁波照射手段（４）（６
）とを有するダイヤモンド膜の製造装置である。
燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（１２）と接触す
る位置に、基板（１１）を冷却しながら保持する基板冷
却保持手段（３）と、前記の炭素燃焼炎の内炎（１２）
を貫通して電磁波を照射する電磁波照射手段（４）（６
）とを有するダイヤモンド膜の製造装置である。
第２の手段は、前記の第１の手段に、前記の内炎を貫通
して磁界を印加する磁界印加手段（５）を付加したダイ
ヤモンド膜の製造装置である。
して磁界を印加する磁界印加手段（５）を付加したダイ
ヤモンド膜の製造装置である。
第３の手段は、炭素燃焼炎発生手段（２）と、この炭素
燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（１２）と接触す
る位置に、基板（１１）を冷却しながら保持する基板冷
却保持手段（３）と、前記の炭素燃焼炎の内炎（１２）
を貫通してレーザを照射するレーザ照射手段（７）とを
有するダイヤモンド膜の製造装置である。
燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（１２）と接触す
る位置に、基板（１１）を冷却しながら保持する基板冷
却保持手段（３）と、前記の炭素燃焼炎の内炎（１２）
を貫通してレーザを照射するレーザ照射手段（７）とを
有するダイヤモンド膜の製造装置である。
第４の手段は、内部を数１０Ｔｏｒｒ乃至２００Ｔｏｒ
ｒの範囲に減圧する減圧反応室（８）と、この減圧反応
室（８）に収容される炭素燃焼炎発生手段（２）と、こ
の炭素燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（１２）と
接触する位置に、基板（１１）を冷却しながら保持する
基板冷却保持手段（３）と、前記の炭素燃焼炎の内炎（
１２）を貫通して電磁波を照射する電磁波照射手段（４
）（６）とを有するダイヤモンド膜の製造装置である。
ｒの範囲に減圧する減圧反応室（８）と、この減圧反応
室（８）に収容される炭素燃焼炎発生手段（２）と、こ
の炭素燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（１２）と
接触する位置に、基板（１１）を冷却しながら保持する
基板冷却保持手段（３）と、前記の炭素燃焼炎の内炎（
１２）を貫通して電磁波を照射する電磁波照射手段（４
）（６）とを有するダイヤモンド膜の製造装置である。
第５の手段は、前記の第４の手段に、前記の炭素燃焼炎
の内炎（１２）を貫通して磁界を印加する磁界印加手段
（５）を付加したダイヤモンド膜の製造装置である。
の内炎（１２）を貫通して磁界を印加する磁界印加手段
（５）を付加したダイヤモンド膜の製造装置である。
第６の手段は、内部を数１０Ｔｏｒｒ乃至２００Ｔｏｒ
ｒの範囲に減圧する減圧反応室（８）と、この減圧反応
室（８）に収容される炭素燃焼炎発生手段（２）と、こ
の炭素燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（１２）と
接触する位置に、基板（１１）を冷却しながら保持する
基板冷却保持手段（３）と、前記の炭素燃焼炎の内炎（
１２）を貫通してレーザを照射するレーザ照射手段（７
）とを有するダイヤモンド膜の製造装置である。
ｒの範囲に減圧する減圧反応室（８）と、この減圧反応
室（８）に収容される炭素燃焼炎発生手段（２）と、こ
の炭素燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（１２）と
接触する位置に、基板（１１）を冷却しながら保持する
基板冷却保持手段（３）と、前記の炭素燃焼炎の内炎（
１２）を貫通してレーザを照射するレーザ照射手段（７
）とを有するダイヤモンド膜の製造装置である。
アセチレン等の危険性の高い燃料を使用する理由は、内
炎を高温に保持することが必要であるためであるから、
メタン、プロパン等の危険性が低く、燃焼炎の温度が低
い燃料を使用しても、その内炎中で付加的発熱が発生す
るようにすればよいとの着想にもとづいたものであって
、この着想を実現するための手段としては、内炎中の炭
素がラジカル化していて電荷を帯びていることを積極的
に利用して、電磁波照射、レーザ照射、磁界印加等、荷
電粒子に反応してこれに発熱をもたらす手段を活用した
ものである。
炎を高温に保持することが必要であるためであるから、
メタン、プロパン等の危険性が低く、燃焼炎の温度が低
い燃料を使用しても、その内炎中で付加的発熱が発生す
るようにすればよいとの着想にもとづいたものであって
、この着想を実現するための手段としては、内炎中の炭
素がラジカル化していて電荷を帯びていることを積極的
に利用して、電磁波照射、レーザ照射、磁界印加等、荷
電粒子に反応してこれに発熱をもたらす手段を活用した
ものである。
例えば、電磁波またはレーザを照射すると、炭素のラジ
カルは微振動して内炎内部において発熱が発生する。ま
た、磁界を印加すると、炭素ラジカルの飛行経路が延び
て、炭素ラジカルが他の粒子と衝突する機会が増加して
、内炎内部で発熱が発生する。
カルは微振動して内炎内部において発熱が発生する。ま
た、磁界を印加すると、炭素ラジカルの飛行経路が延び
て、炭素ラジカルが他の粒子と衝突する機会が増加して
、内炎内部で発熱が発生する。
以下、図面を参照しつ一１本発明の三つの実施例に係る
ダイヤモンド膜の製造方法及び製造装置について説明す
る。
ダイヤモンド膜の製造方法及び製造装置について説明す
る。
ｆｌｕ性
内炎に照射するエネルギー線として、高周波電力を使用
する例について説明する。
する例について説明する。
第１図参照
第１図は、高周波電力を使用するダイヤモンド膜製造装
置の構成図である０図において、２はトーチ２１と酸素
ガス供給手段２２と燃料ガス供給手段２３とからなる炭
素燃焼炎発生手段であり、３は冷却水供給口３１と冷却
水排出口３２とを有する基板冷却保持手段であり、４は
高周波電源４１とマツチングボックス４２と高周波コイ
ル４３とからなる高周波照射手段であり、５は電極コイ
ル５１と直流電源５２とからなる磁界印加手段である。
置の構成図である０図において、２はトーチ２１と酸素
ガス供給手段２２と燃料ガス供給手段２３とからなる炭
素燃焼炎発生手段であり、３は冷却水供給口３１と冷却
水排出口３２とを有する基板冷却保持手段であり、４は
高周波電源４１とマツチングボックス４２と高周波コイ
ル４３とからなる高周波照射手段であり、５は電極コイ
ル５１と直流電源５２とからなる磁界印加手段である。
基板冷却保持手段３に１０ｘ１０ｘ２ （厚さ）ｍｍの
モリブデン基板１１を拘止具（図示せず）を使用して固
定し、酸素ガス供給手段２２から４１／ｍｉｎの酸素を
トーチ２１に供給し、同時に、燃料ガス供給手段２３か
ら１．ｌｆ／ｍｉｎのプロパンガスをトーチ２１に供給
し、プロパンガスを燃焼させ、その燃焼炎の内炎１２を
基板１１に接触させる。なお、１３は燃焼炎の外炎であ
る。基板冷却保持手段３を冷却水をもって冷却すること
によって、基板１１の温度を、９００℃に保持し、高周
波電源４１の発生する出力３００Ｗ、周波数１６．７Ｍ
Ｈｚの高周波電力をマツチングボックス４２を介して高
周波コイル４３に印加して、内炎１２中の荷電粒子を振
動させて内炎の温度を上昇させ、基板１１上にダイヤモ
ンド膜を形成する。
モリブデン基板１１を拘止具（図示せず）を使用して固
定し、酸素ガス供給手段２２から４１／ｍｉｎの酸素を
トーチ２１に供給し、同時に、燃料ガス供給手段２３か
ら１．ｌｆ／ｍｉｎのプロパンガスをトーチ２１に供給
し、プロパンガスを燃焼させ、その燃焼炎の内炎１２を
基板１１に接触させる。なお、１３は燃焼炎の外炎であ
る。基板冷却保持手段３を冷却水をもって冷却すること
によって、基板１１の温度を、９００℃に保持し、高周
波電源４１の発生する出力３００Ｗ、周波数１６．７Ｍ
Ｈｚの高周波電力をマツチングボックス４２を介して高
周波コイル４３に印加して、内炎１２中の荷電粒子を振
動させて内炎の温度を上昇させ、基板１１上にダイヤモ
ンド膜を形成する。
１時間の成膜工程終了後、生成物を、Ｘ線回折、ラマン
分光、二次イオン質量分析針（ＳＩＭＳ）、ＳＥＭを使
用して調査した。生成物は２００ｎ厚の膜状多結晶体で
あり、Ｘ線回折では立方晶ダイヤモンドのピークのみが
検出され、ラマン分光ではｌ＋３３２ ｃ ｍ−一にダ
イヤモンド特有のシャープなピークが検出された。また
、二次イオン分析計（ＳＩＭＳ）を使用して測定した結
果、炭素以外に窒素と微量の酸素が検出された。上記の
測定結果から、酸素とプロパンガスとを使用して、２０
０ｎ／ｈという高い成膜速度をもって良質のダイヤモン
ド膜を合成しうろことが確認された。
分光、二次イオン質量分析針（ＳＩＭＳ）、ＳＥＭを使
用して調査した。生成物は２００ｎ厚の膜状多結晶体で
あり、Ｘ線回折では立方晶ダイヤモンドのピークのみが
検出され、ラマン分光ではｌ＋３３２ ｃ ｍ−一にダ
イヤモンド特有のシャープなピークが検出された。また
、二次イオン分析計（ＳＩＭＳ）を使用して測定した結
果、炭素以外に窒素と微量の酸素が検出された。上記の
測定結果から、酸素とプロパンガスとを使用して、２０
０ｎ／ｈという高い成膜速度をもって良質のダイヤモン
ド膜を合成しうろことが確認された。
なお、磁界印加手段５を使用して内炎１２に磁場を印加
すれば、高周波照射手段４の発生する高周波電場との相
乗効果によって、内炎の温度がさらに上昇し、ダイヤモ
ンドの成膜速度が向上する。
すれば、高周波照射手段４の発生する高周波電場との相
乗効果によって、内炎の温度がさらに上昇し、ダイヤモ
ンドの成膜速度が向上する。
里Ｕ
内炎に照射するエネルギー線として、マイクロ波を使用
する例について説明する。
する例について説明する。
第２図参照
第２図はマイクロ波を使用するダイヤモンド膜製造装置
の構成図である。
の構成図である。
図において、２はトーチ２１と酸素ガス供給手段２２と
燃料ガス供給手段２３とからなる炭素燃焼炎発生手段で
あり、３は冷却水供給口３１と冷却水排出口３２とを有
する基板冷却保持手段であり、５は電磁コイル５１と直
流電源（図示せず）とからなる磁界印加手段であり、６
はマイクロ波発信器６１と導波管６２とチューニング用
のプランジャー６３とからなるマイクロ波照射手段であ
り、８は減圧反応室であり、９は排気系であり、１０は
トーチ２１のノズルである。
燃料ガス供給手段２３とからなる炭素燃焼炎発生手段で
あり、３は冷却水供給口３１と冷却水排出口３２とを有
する基板冷却保持手段であり、５は電磁コイル５１と直
流電源（図示せず）とからなる磁界印加手段であり、６
はマイクロ波発信器６１と導波管６２とチューニング用
のプランジャー６３とからなるマイクロ波照射手段であ
り、８は減圧反応室であり、９は排気系であり、１０は
トーチ２１のノズルである。
基板冷却保持手段３に１０Ｘ１０Ｘ２ （厚さ）ｍｍの
モリブデン基板１１を拘止具（図示せず）を使用して固
定し、減圧反応室８内の圧力を排気系９を使用して２０
０Ｔｏｒｒとし、酸素ガス供給手段２２から１０．０１
／ｍ ＊ ｎの酸素をトーチ２１ニ供給し、同時に、燃
料ガス供給手段２３から５，３１／ ｍ ｌ ｎのメタ
ンガスをトーチ２１に供給して、メタンガスを燃焼させ
、その内炎１２を基板１１に接触させる。なお、１３は
外炎である。基板冷却保持手段３を冷却水をもって冷却
することによって、基板１１の温度を、１ 、０００℃
に保持し、マイクロ波発信器６１０発生する出力５００
Ｗ、周波数２．５４ＧＨｚのマイクロ波を導波管６２を
介して燃焼炎部に導入すると−もに、磁界印加手段５を
使用してトーチ２１のノズル１０における磁束密度が８
００ガウスになるように磁界を印加して内炎１２の温度
を上昇させ、基板ｌｌ上にダイヤモンド膜を形成する。
モリブデン基板１１を拘止具（図示せず）を使用して固
定し、減圧反応室８内の圧力を排気系９を使用して２０
０Ｔｏｒｒとし、酸素ガス供給手段２２から１０．０１
／ｍ ＊ ｎの酸素をトーチ２１ニ供給し、同時に、燃
料ガス供給手段２３から５，３１／ ｍ ｌ ｎのメタ
ンガスをトーチ２１に供給して、メタンガスを燃焼させ
、その内炎１２を基板１１に接触させる。なお、１３は
外炎である。基板冷却保持手段３を冷却水をもって冷却
することによって、基板１１の温度を、１ 、０００℃
に保持し、マイクロ波発信器６１０発生する出力５００
Ｗ、周波数２．５４ＧＨｚのマイクロ波を導波管６２を
介して燃焼炎部に導入すると−もに、磁界印加手段５を
使用してトーチ２１のノズル１０における磁束密度が８
００ガウスになるように磁界を印加して内炎１２の温度
を上昇させ、基板ｌｌ上にダイヤモンド膜を形成する。
１時間の成膜工程終了後、生成物を、Ｘ線回折、ラマン
分光、二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）、ＳＥＭを使
用して調査した。生成物は３００ｎ厚の膜状多結晶体で
あり、Ｘ線回折では立方晶ダイヤモンドのピークのみが
検出され、ラマン分光では１＋３３２ ｃｍ−’にダイ
ヤモンド特有のシャープなピークが検出された。また、
二次イオン質量分析針（ＳＩＭＳ）を使用して測定した
結果、炭素以外に微量の酸素が検出された。上記の測定
結果から、酸素とメタンガスとを使用して３００ｎ／ｈ
という高い成膜速度をもって良質のダイヤモンド膜を合
成しうることが確認された。
分光、二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）、ＳＥＭを使
用して調査した。生成物は３００ｎ厚の膜状多結晶体で
あり、Ｘ線回折では立方晶ダイヤモンドのピークのみが
検出され、ラマン分光では１＋３３２ ｃｍ−’にダイ
ヤモンド特有のシャープなピークが検出された。また、
二次イオン質量分析針（ＳＩＭＳ）を使用して測定した
結果、炭素以外に微量の酸素が検出された。上記の測定
結果から、酸素とメタンガスとを使用して３００ｎ／ｈ
という高い成膜速度をもって良質のダイヤモンド膜を合
成しうることが確認された。
ｌｌ！
内炎に照射するエネルギー線として、レーザを使用する
例について説明する。
例について説明する。
第３図参照
第３図は、レーザを使用するダイヤモンド膜製造装置の
構成図である。
構成図である。
図において、２はトーチ２１と酸素ガス供給手段２２と
燃料ガス供給手段２３とからなる炭素燃焼炎発生手段で
あり、３は冷却水供給口３１と冷却水排出口３２とを有
する基板冷却保持手段であり、７は炭酸ガスレーザ発信
器７１とフッ化カルシウムよりなる収斂レンズ７２とレ
ーザを吸収して反射を防止するレーザ吸収体７３とから
なるレーザ照射手段である。
燃料ガス供給手段２３とからなる炭素燃焼炎発生手段で
あり、３は冷却水供給口３１と冷却水排出口３２とを有
する基板冷却保持手段であり、７は炭酸ガスレーザ発信
器７１とフッ化カルシウムよりなる収斂レンズ７２とレ
ーザを吸収して反射を防止するレーザ吸収体７３とから
なるレーザ照射手段である。
基板冷却保持手段３に１０Ｘ１０Ｘ２ （厚さ）ｍｍの
モリブデン基板１１を拘止具（図示せず）を使用して固
定し、酸素ガス供給手段２２から４．０１／ｍｌｎの酸
素をトーチ２１に供給し、燃料ガス供給手段２３から２
．１４！／ｍｉｎのメタンガスをトーチ２１に供給して
、メタンガスを燃焼させ、その内炎１２を基板１１に接
触させる。なお、１３は外炎である。基板冷却保持手段
３を冷却水をもって冷却することによって、基板１１の
温度を、９００℃に保持し、炭酸ガスレーザ発信器７１
の発生する２００Ｗのレーザをレンズ７２を使用して収
斂させて燃焼炎に照射し、内炎１２の温度を上昇させ、
基板１１上にダイヤモンド膜を形成する。
モリブデン基板１１を拘止具（図示せず）を使用して固
定し、酸素ガス供給手段２２から４．０１／ｍｌｎの酸
素をトーチ２１に供給し、燃料ガス供給手段２３から２
．１４！／ｍｉｎのメタンガスをトーチ２１に供給して
、メタンガスを燃焼させ、その内炎１２を基板１１に接
触させる。なお、１３は外炎である。基板冷却保持手段
３を冷却水をもって冷却することによって、基板１１の
温度を、９００℃に保持し、炭酸ガスレーザ発信器７１
の発生する２００Ｗのレーザをレンズ７２を使用して収
斂させて燃焼炎に照射し、内炎１２の温度を上昇させ、
基板１１上にダイヤモンド膜を形成する。
燃焼炎中の分子やラジカルの吸収率が入射レーザ光の波
長と一致していれば、強力なレーザ光の吸収によって燃
料炭の温度が上昇する。たとえ、吸収帯と一致していな
くても、燃焼炎中においてはガス分子の一部が電離した
状態になっているので、強力な電磁波であるレーザ光に
よる電場によって燃焼炎中の荷電粒子が振動して燃焼炎
の温度が上昇し、ダイヤモンドが合成される。
長と一致していれば、強力なレーザ光の吸収によって燃
料炭の温度が上昇する。たとえ、吸収帯と一致していな
くても、燃焼炎中においてはガス分子の一部が電離した
状態になっているので、強力な電磁波であるレーザ光に
よる電場によって燃焼炎中の荷電粒子が振動して燃焼炎
の温度が上昇し、ダイヤモンドが合成される。
１時間の成膜工程終了後、生成物を、Ｘ線回折、ラマン
分光、二次イオン質量分析計（Ｓ Ｉ ＭＳ）、ＳＥＭ
を使用して調査した。生成物は１５０μ厚の膜状多結晶
体であり、Ｘ線回折では立方晶ダイヤモンドのピークの
みが検出され、ラマン分光では１．３３２ ｃｍ−’に
ダイヤモンド特有のシャープなピークが検出された。ま
た、二次イオン分析針（ＳＩＭＳ）を使用して測定した
結果、炭素以外に窒素と微量の酸素が検出された。上記
の測定結果から、酸素とメタンガスとを使用して、１５
０ｎ／ｈという高い成膜速度をもって良質のダイヤモン
ド膜を合成しうろことが確認された。
分光、二次イオン質量分析計（Ｓ Ｉ ＭＳ）、ＳＥＭ
を使用して調査した。生成物は１５０μ厚の膜状多結晶
体であり、Ｘ線回折では立方晶ダイヤモンドのピークの
みが検出され、ラマン分光では１．３３２ ｃｍ−’に
ダイヤモンド特有のシャープなピークが検出された。ま
た、二次イオン分析針（ＳＩＭＳ）を使用して測定した
結果、炭素以外に窒素と微量の酸素が検出された。上記
の測定結果から、酸素とメタンガスとを使用して、１５
０ｎ／ｈという高い成膜速度をもって良質のダイヤモン
ド膜を合成しうろことが確認された。
上記の三つの実施例において使用されたダイヤモンド膜
製造装置を使用して、内炎の温度を昇温する手段、燃料
の種類及び流量、酸化ガスの種類及び流量、成膜の雰囲
気、基板の種類、基板の温度のそれぞれを変えてダイヤ
モンド膜を気相合成した結果を、上記の三つの実施例の
結果と−もに第１表に示す。
製造装置を使用して、内炎の温度を昇温する手段、燃料
の種類及び流量、酸化ガスの種類及び流量、成膜の雰囲
気、基板の種類、基板の温度のそれぞれを変えてダイヤ
モンド膜を気相合成した結果を、上記の三つの実施例の
結果と−もに第１表に示す。
なお、燃料ガスとしてはメタン、エタン、プロパン、及
び、これらの混合ガスを使用することができ、また、酸
化ガスとしては純酸素のみでなく、空気等の酸素混合ガ
スを使用することができる。
び、これらの混合ガスを使用することができ、また、酸
化ガスとしては純酸素のみでなく、空気等の酸素混合ガ
スを使用することができる。
さらに、ダイヤモンド膜は大気雰囲気中においても、ま
た、第２図に示すように減圧反応室８を使用して、減圧
雰囲気中においても合成可能である。減圧雰囲気中にお
いて合成する方が、不純物の混入が少なく、製膜速度が
１．５倍程度に速くなるという利点がある。
た、第２図に示すように減圧反応室８を使用して、減圧
雰囲気中においても合成可能である。減圧雰囲気中にお
いて合成する方が、不純物の混入が少なく、製膜速度が
１．５倍程度に速くなるという利点がある。
以上説明せるとおり、本発明に係るダイヤモンド膜の製
造方法及び製造装置においては、炭素の燃焼炎の内炎に
エネルギー線を照射するか、磁界を印加するかすること
によって、その温度を高温に保持することを可能にした
ので、危険性が低く、燃焼炎の温度が本来的には低いメ
タン、プロパン等の燃料を使用しても、その燃焼炎の内
炎の温度を十分高温に保持してダイヤモンド膜を合成す
ることが可能になった。
造方法及び製造装置においては、炭素の燃焼炎の内炎に
エネルギー線を照射するか、磁界を印加するかすること
によって、その温度を高温に保持することを可能にした
ので、危険性が低く、燃焼炎の温度が本来的には低いメ
タン、プロパン等の燃料を使用しても、その燃焼炎の内
炎の温度を十分高温に保持してダイヤモンド膜を合成す
ることが可能になった。
第１図は、内炎の昇温に高周波を使用するダイヤモンド
膜製造装置の構成図である。 第２図は、内炎の昇温にマイクロ波を使用するダイヤモ
ンド膜製造装置の構成図である。 第３図は、内炎の昇温にレーザを使用するダイヤモンド
膜製造装置の構成図である。 ２・・・炭素燃焼炎発生手段、 ２１・ ・ ・ トーチ、 ２２・・・酸素供給手段、 ２３・・・燃料供給手段、 ３・・・基板冷却保持手段、 ３１・・・冷却水供給口、 ３２・・・冷却水排出口、 ４・・・高周波照射手段、 ４１・・・高周波電源、 ４２・・・マツチングボックス、 ４３・・・高周波コイル、 ５・・・磁界印加手段、 ５１・・・電磁コイル、 ５２・・・直流電源、 ６・・・マイクロ波照射手段、 ６１・・・マイクロ波発信器、 ６２・・・導波管、 ６３・・・プランジャー ７・・・レーザ照射手段、 ７１・・・レーザ発信器、 ７２・・・レンズ、 ７３・・・レーザ吸収体、 ８・・・減圧反応室、 ９・・・排気系、 １０・・・ノズル、 １１・・・基板、 １２・・・内炎、 １３・・・外炎。
膜製造装置の構成図である。 第２図は、内炎の昇温にマイクロ波を使用するダイヤモ
ンド膜製造装置の構成図である。 第３図は、内炎の昇温にレーザを使用するダイヤモンド
膜製造装置の構成図である。 ２・・・炭素燃焼炎発生手段、 ２１・ ・ ・ トーチ、 ２２・・・酸素供給手段、 ２３・・・燃料供給手段、 ３・・・基板冷却保持手段、 ３１・・・冷却水供給口、 ３２・・・冷却水排出口、 ４・・・高周波照射手段、 ４１・・・高周波電源、 ４２・・・マツチングボックス、 ４３・・・高周波コイル、 ５・・・磁界印加手段、 ５１・・・電磁コイル、 ５２・・・直流電源、 ６・・・マイクロ波照射手段、 ６１・・・マイクロ波発信器、 ６２・・・導波管、 ６３・・・プランジャー ７・・・レーザ照射手段、 ７１・・・レーザ発信器、 ７２・・・レンズ、 ７３・・・レーザ吸収体、 ８・・・減圧反応室、 ９・・・排気系、 １０・・・ノズル、 １１・・・基板、 １２・・・内炎、 １３・・・外炎。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ［１］基板（１１）表面に炭素の燃焼炎の内炎（１２）
を接触させてなすダイヤモンド膜の製造方法において、 前記炭素の燃焼炎の内炎（１２）を貫通してエネルギー
線を照射してなす ことを特徴とするダイヤモンド膜の製造方法。 ［２］前記炭素の燃焼炎の内炎（１２）を貫通して磁界
を印加してなすことを特徴とする請求項［１］記載のダ
イヤモンド膜の製造方法。 ［３］前記エネルギー線は電磁波であることを特徴とす
る請求項［１］または［２］記載のダイヤモンド膜の製
造方法。 ［４］前記エネルギー線はレーザであることを特徴とす
る請求項［１］記載のダイヤモンド膜の製造方法。 ［５］大気雰囲気中においてなすことを特徴とする請求
項［１］、［２］、［３］、または、［４］記載のダイ
ヤモンド膜の製造方法。 ［６］数１０Ｔｏｒｒ乃至２００Ｔｏｒｒの範囲の減圧
雰囲気中においてなすことを特徴とする請求項［１］、
［２］、［３］、または、［４］記載のダイヤモンド膜
の製造方法。 ［７］炭素燃焼炎発生手段（２）と、 該炭素燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（１２）と
接触する位置に、基板（１１）を冷却しながら保持する
基板冷却保持手段（３）と、 前記炭素燃焼炎の内炎（１２）を貫通して電磁波を照射
する電磁波照射手段（４）（６）と を有することを特徴とするダイヤモンド膜の製造装置。 ［８］前記内炎を貫通して磁界を印加する磁界印加手段
（５）を有することを特徴とする請求項［７］記載のダ
イヤモンド膜の製造装置。 ［９］炭素燃焼炎発生手段（２）と、 該炭素燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（１２）と
接触する位置に、基板（１１）を冷却しながら保持する
基板冷却保持手段（３）と、 前記炭素燃焼炎の内炎（１２）を貫通してレーザを照射
するレーザ照射手段（７）と を有することを特徴とするダイヤモンド膜の製造装置。 ［１０］内部を数１０Ｔｏｒｒ乃至２００Ｔｏｒｒの範
囲に減圧する減圧反応室（８）と、 該減圧反応室（８）に収容される炭素燃焼炎発生手段（
２）と、 該炭素燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（１２）と
接触する位置に、基板（１１）を冷却しながら保持する
基板冷却保持手段（３）と、 前記炭素燃焼炎の内炎（１２）を貫通して電磁波を照射
する電磁波照射手段（４）（６）と を有することを特徴とするダイヤモンド膜の製造装置。 ［１１］前記炭素燃焼炎の内炎（１２）を貫通して磁界
を印加する磁界印加手段（５）を有することを特徴とす
る請求項［１０］記載のダイヤモンド膜の製造装置。 ［１２］内部を数１０Ｔｏｒｒ乃至２００Ｔｏｒｒの範
囲に減圧する減圧反応室（８）と、 該減圧反応室（８）に収容される炭素燃焼炎発生手段（
２）と、 該炭素燃焼炎発生手段（２）の発生する内炎（１２）と
接触する位置に、基板（１１）を冷却しながら保持する
基板冷却保持手段（３）と、 前記炭素燃焼炎の内炎（１２）を貫通してレーザを照射
するレーザ照射手段（７）と を有することを特徴とするダイヤモンド膜の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2096231A JP2754274B2 (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | ダイヤモンド膜の製造方法及び製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2096231A JP2754274B2 (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | ダイヤモンド膜の製造方法及び製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03295897A true JPH03295897A (ja) | 1991-12-26 |
| JP2754274B2 JP2754274B2 (ja) | 1998-05-20 |
Family
ID=14159456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2096231A Expired - Lifetime JP2754274B2 (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | ダイヤモンド膜の製造方法及び製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2754274B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03247592A (ja) * | 1990-02-23 | 1991-11-05 | Japan Steel Works Ltd:The | 燃焼法によるダイヤモンドの合成方法 |
-
1990
- 1990-04-13 JP JP2096231A patent/JP2754274B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03247592A (ja) * | 1990-02-23 | 1991-11-05 | Japan Steel Works Ltd:The | 燃焼法によるダイヤモンドの合成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2754274B2 (ja) | 1998-05-20 |
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