JPH05339733A - 化学蒸着によって基体に物質を付着させる方法および装置 - Google Patents

化学蒸着によって基体に物質を付着させる方法および装置

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JPH05339733A
JPH05339733A JP4336536A JP33653692A JPH05339733A JP H05339733 A JPH05339733 A JP H05339733A JP 4336536 A JP4336536 A JP 4336536A JP 33653692 A JP33653692 A JP 33653692A JP H05339733 A JPH05339733 A JP H05339733A
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strip
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chemical vapor
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Ricardo Simon Sussmann
シモン サスマン リカルド
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De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、抵抗加熱部材の寿命を延長
するように改良した、化学蒸着によって基体にダイヤモ
ンドのような物質を付着させる方法および装置を提供す
る。 【構成】 本発明の装置は、基体が配置される支持棚１
８と、長さ部分に少なくとも１つの弯曲部を有する導電
材料で作られた細長いストリップ３８とされた抵抗加熱
部材と、この細長いストリップ３８が基体２８に対して
間隔を隔てて配置され、基体２８に対して細長い縁部５
４を向けるとともに、基体から離れる方向へ細長い縁部
５６を向けるようになされていることと、細長いストリ
ップ３８を横断して一方の長手方向縁部５６から他方の
縁部５４へ向けて付着のための反応ガス１４を流し、し
かる後に支持棚１８および基体２８へ向けて流すように
する穿孔付きパイプ１２と、を含んで構成されたことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は基体にダイヤモンドのよ
うな物質を化学蒸着させる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドのような物質を基体に化学
蒸着によって付着させる方法は、今や十分に確立されて
おり、特許やその他の諭文に広く記截されてきている。
ダイヤモンドが基体に付着される場合には、この方法は
一般に、水素や酸素ガスと、炭化水素のような適当な炭
素化合ガスとの混合ガスを準備して、このガスに対して
十分に大きなエネルギーを加えて水素を水素原子に、あ
るいは酸素を酸素原子に分解し、また、ガスを活性炭素
イオン、原子またはＣＨ基に分解して、このような活性
核種を基体に付着させてダイヤモンドを形成させるよう
になす。ガスの解離は様々な方法で行われる。
【０００３】１つのこのような方法は高温フィラメント
を使用する方法である。この方法では、フィラメントの
温度は約２０００℃となり、ダイヤモンドの成長が生じ
る基体は６００〜１１００℃となる。
【０００４】高温フィラメント方法を使用してダイヤモ
ンドやその他の物質を化学蒸着によって基体に付着させ
る装置は、一般に、少なくとも１つのガス入口と少なく
とも１つのガス出口を備えた閉じた反応室を含む。この
装置は、基体を支持する手段と、導電性フィラメントと
された抵抗加熱手段とを更に含む。この抵抗加熱手段
は、それを横断して流れるガスを解離させる。使用にお
いて、この室は一般に大気圧以下の圧力に保持される。
【０００５】この高温フィラメント付着方法における固
有の実際上の問題点の１つは、繰り返される高温サイク
ルの間にフィラメントが変形して脆くなることである。
フィラメントの変形および弛みを防止する様々な解決策
が示唆されてきている。最も大きな詳細はフィラメント
に緊張力を加えて、加熱時の膨張を吸収することであ
る。これらは、緊張技術を備えることの欠点を有する。
高温度の下で緊張力によってフィラメントを引張ると、
フィラメントに薄肉部分を発生して、これがホットスポ
ットを形成し、結果的に破断させてしまう。更に、この
技術は、しかる後に大電流によって加熱されるフィラメ
ントを緊張させるために複雑な機構の組立体を必要とす
る。
【０００６】南アフリカ共和国の特許第９０／５６９６
号は、複数の垂直方向に延在する直線的な電導性フィラ
メントとされた抵抗加熱手段を提供している。このフィ
ラメントはプレ応力を付されて１つの平面内にて付着の
行われる基体から等距離で且つ平行となるように弯曲さ
れている。このフィラメントはそれぞれの端部が、対を
なす電極に固定されている。
【０００７】他の頻度の高い問題は、その方法に加熱サ
イクルが含まれるとフィラメントの寿命が短くなること
である。加熱後に成長（ｇｒｏＷｔｈ）雰囲気にさらさ
れると、殆どのフィラメントは加炭し、脆くなる。従来
のフィラメント保持組立体においては、これが常に冷却
サイクルに際してフィラメントの破断を生じている。
【０００８】
【本発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上
述した従来の欠点を解消した、化学蒸着によって基体に
物質を付着させる方法および装置を提供することであ
る。
【０００９】
【課題を達成するための手段】本発明によれば、基体の
支持手段と、この支持手段に一方の細長い縁部を向け、
また、支持手段から離れる方向に他方の細長い縁部を向
けるように、この支持手段に対して位置決めされ且つ間
隔を隔てられている、長さ部分に少なくとも１つの弯曲
部を有する導電材料で作られた細長いストリップとされ
た抵抗加熱部材、および 細長いストリップを横断して
他方の長手方向縁部から一方の縁部へ向けて付着のため
の反応ガスを流し、しかる後に支持手段へ向けて流すよ
うにする手段と、を含んで構成された、化学蒸着によっ
て基体に物質を付着させる装置が提供される。
【００１０】更にまた本発明によれば、支持手段上に基
体を準備し、長さ部分に少なくとも１つの弯曲部を有
し、また、その反対両側の各々に細長い縁部を有する導
電材料で作られた細長いストリップとされた抵抗加熱部
材を準備し、基体に対して１方の細長い縁部を向け、ま
た、基体から離れる側に他方の細長い縁部を向けるよう
に、基体に対して間隔を隔てて細長いストリップを位置
決めし、ストリップを通じて電流を流してストリップを
加熱し、そして他方の長手方向縁部から一方の縁部へ向
けて付着のための反応ガスを流し、しかる後に基体へ向
けて流す、諸段階を包含する化学蒸着によって基体に物
質を付着させる方法が提供される。
【００１１】
【実施例】抵抗加熱部材を形成する電導材料で作られた
細長いストリップは、少なくとも１つの弯曲部を有す
る。この弯曲部は穏やかな浅い弯曲とされたり、鋭く深
い弯曲とされることができる。一般にストリップは１つ
以上の弯曲部を有する。典型的に、弯曲部もしくは各々
の弯曲部はＵ字形をしている。本発明の１つの特に好ま
しい形態では、細長いストリップはＳ字形を有する。
【００１２】細長いストリップは加熱によって膨張し、
冷却によって収縮する。このような収縮および膨張を吸
収するために、ストリップの弯曲部または各々の弯曲部
は適当な手段によって支持される。このような手段は、
弯曲部または各々の弯曲部が長手方向の縁部を下にして
配置されるような支持部を含む。適当な支持手段の例は
ピンである。
【００１３】ストリップは、長手方向の縁部の間隔距離
がストリップの厚さよりもかなり大きくなるように、薄
くされる。ストリップは、典型的に平行四辺形の断面を
有する。
【００１４】ストリップの両端は一般に電極に固定され
るように構成される。電極はストリップを加熱するのに
必要な電流を供給する。
【００１５】ストリップは一般に、従来技術のフィラメ
ントやワイヤーの多くに見られるようにプレ応力を付与
されることはなく、また、付与されないのが好ましい。
【００１６】細長いストリップは一般に適当な高度の耐
火金属、例えばタングステン、タンタル、レニウム、チ
タン、そしてこれらの金属の１つ以上を含む合金、で作
られる。
【００１７】反応ガス導入手段は典型的に穿孔付きパイ
プとされる。このパイプは基体支持手段から離れた側の
細長いストリップの側方に配置される。使用において、
反応ガスは一方の長手方向縁部から他方へ向けて加熱さ
れた細長いストリップを横断して流される。このように
することで、反応ガスの積分は解離され 基体に対して
所望の物質の付着を引き起こすのに必要な活性核種が発
生される。従って、解離されたガスは基体支持手段上に
配置された基体の上を移動される。
【００１８】抵抗加熱部材、基体およびストリップ支持
手段、そして反応ガス導入手段が反応室内部に収容され
る。この反応室はこの技術分野で知られているように排
出ガス手段を備えている。反応室は大気圧以下の圧力に
保持できる。何故ならば、化学蒸着方法は一般にそのよ
うな圧力で実施されるからである。
【００１９】この装置は様々な物質を様々な基体に化学
蒸着によって付着させるのに使用される。本発明の１つ
の好ましい概念において、この装置は化学蒸着によって
基体にダイヤモンドを付着させるのに使用される。この
ような蒸着のために、この技術分野で知られているよう
に、ストリップは電流を流すことで２０００℃程度の温
度に加熱され、ダイヤモンドの付着が行われる基体は６
００℃〜１１００℃の範囲の温度に保持される。反応ガ
スは典型的に酸素および水素を含有しており、任意にア
ルゴンのような不活性ガス、あるいは炭化水素や一酸化
炭素のような化合物を含有する炭素ガスを含有する。
【００２０】本発明の実施例は添付図面の図１および図
２を参照してここで説明される。これらの図面は、ダイ
ヤモンドのような物質を化学蒸着によって基体に付着さ
せるための装置を示している。この装置は、反応室１０
を含む 反応室は知られた形状のものであり、大気圧以
下の圧力に保持されることができる。図面の簡明化のた
めに、反応室は図２では省略されている。反応室１０の
内部に配置され、その側部を通して一連の穿孔付きパイ
プ１２が延在されており、反応ガス１４を反応室の中へ
導入するようになされている。排出ガス出口１６は反応
室１０の下部に配置されている。
【００２１】棚状の支持板１８が反応室内の下部位置に
配置されている。この板１８は柱２４によって底部２０
上に支持されている。底部２０は反応室１０の床に載置
されている。排出ガス出口１６は底部２０および床２２
の両方を貫通している。板１８の上面２６上には複数の
基体２８が配置される。これらの基体は三角形として示
されている。しかしながらこれらの基体は、他の適当な
形状とされることができる。
【００２２】板１８は交流電極３４および支持ブロック
３６の相対するバンク３０，３２の間に配置される。電
極３４および支持ブロック３６は何れも電導性金属、例
えば銅、で作られており、水冷される。
【００２３】この装置は複数の抵抗加熱部材を細長いス
トリップ３８として含んでいる。この１つの加熱部材だ
けが図示されている。細長いストリップ３８は基本的に
Ｓ字形をしている。ストリップの端部４０，４２は対向
するバンク３０，３２の電極３４の溝４４，４６に固定
されている。ストリップの弯曲部分４８，５０は対向す
るバンク３０，３２のブロック３６に固定されている非
電導性のピン５２上に取り付けられている。
【００２４】この細長いストリップ３８は電極３４およ
び支持ピン５２に対して位置決めされ、基体２８に対し
て下側の長手方向縁部を、また、基体２８から離れる方
向へ反対側の長手方向縁部５６を向けている。縁部５４
および５６は平行面内に位置する。更に注目すべきこと
は、プレ応力を付与されていないこと、すなわち緊張さ
れていないことである。
【００２５】注目したように、ただ１つの抵抗加熱部材
が図面に示されている。この装置は同様に相対するバン
ク３０，３２に沿って配置された多数の抵抗加熱部材を
一般に含む。
【００２６】例として、細長いストリップ３８の横断面
は典型的に１ｍｍ×７ｍｍの側縁を有する、すなわち厚
さ１ｍｍで長手方向の縁部５４，５６の間隔距離が７ｍ
ｍの平行四辺形である。ストリップの全長は典型的に１
００ｍｍである。
【００２７】使用において、付着のための反応ガスは穿
孔付き入口パイプ１２を通して反応室１０内に導入され
る。ガスは室を通して降下し，一方の長手方向縁部５４
から他方の長手方向縁部５４へ向けて細長いストリップ
３８を横切って基体２８に至る。細長いストリップは電
流を流されることで加熱される。反応ガスの積分が加熱
された細長いストリップを横断して流れる際に解離され
物質を基体に付着させるのに必要な活性核種が発生さ
れる。
【００２８】本発明で使用される細長いストリップの抵
抗部材は、ワイヤーフィラメントの形とされた既知の抵
抗部材よりも優れた幾つかの利点を有している。第１
に、このストリップはこのように反応室内部に配置され
るので、ストリップの狭い部分すなわち縁部５４が図１
および図２に示すように基体に向かって配置される。従
って、ストリップの変形や移動が基体に平行な平面内で
行われ、基体−フィラメント間の距離が一定に保持され
る。従来技術のフィラメントで生じていたような弛み
は、本質的に発生しない。一定した成長速度が達成され
る。第２に、フィラメントの“Ｓ”形は自由度の優れた
度合いを与え、このことは高温に加熱されたときに変形
して移動するのを許容し、このことは高応力点を最小限
に抑えてこの結果として発生する破損を遅らせる。第３
に、このストリップは反応ガスの通過に対していっそう
一定した面積部分を形成する。こりによりエネルギーの
いっそう高い効率的な使用が行われる。
【００２９】図３および図４はフィラメントストリップ
の別の２つの形状を示す平面図である。図３のストリッ
プは穏やかで浅い“Ｕ”字形断面を有し、図４のストリ
ップは浅いサイン波の断面を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の実施例の断面側面図。
【図２】図１の装置の一部の斜視図。
【図３】本発明の装置に使用される抵抗加熱部材の１実
施例の図解的な平面図。
【図４】本発明の装置に使用される抵抗加熱部材の他の
実施例の図解的な平面図。
【符号の説明】
１０ 反応室 １２ 穿孔付きパイプ １４ 反応ガス １６ 排出ガス出口 １８ 支持板 ２０ 底部 ２２ 床 ２４ 柱 ２８ 基体 ３０，３２ バンク ３４ 電極 ３６ ブロック ３８ 細長いストリップ ４０，４２ 端部 ４４，４６ スロット ４８，５０ 弯曲部 ５２ ピン ５４，５６ 長手方向縁部

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基体の支持手段と、 この支持手段に一方細長い縁部を向け、また、支持手段
    から離れる方向に他方の細長い縁部を向けるように、そ
    の支持手段に対して位置決めされ且つ間隔を隔てられて
    いる、長さ部分に少なくとも１つの弯曲部を有する導電
    材料で作られた細長いストリップとされた抵抗加熱部
    材、および、細長いストリップを横断して他方の長手方
    向縁部から一方の縁部へ向けて付着のための反応ガスを
    流し、しかる後に支持手段へ向けて流すようにする手段
    と、を含んで構成されたことを特徴とする化学蒸着によ
    って基体に物質を付着させる装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載された装置であって、ス
    トリップが長さ部分に１つ以上の弯曲部を有しているこ
    とを特徴とする化学蒸着によって基体に物質を付着させ
    る装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載された装
    置であって、弯曲部または各々の弯曲部が実質的にＵ字
    形を有することを特徴とする化学蒸着によって基体に物
    質を付着させる装置。
  4. 【請求項４】 前掲請求項の何れか１項に記載された装
    置であって、ストリップがＳ字形を有することを特徴と
    する化学蒸着によって基体に物質を付着させる装置。
  5. 【請求項５】 前掲請求項の何れか１項に記載された装
    置であって、ストリップの弯曲部または各々の弯曲部
    が、ストリップの長手方向の収縮または膨張を許容する
    手段によって支持されていることを特徴とする化学蒸着
    によって基体に物質を付着させる装置。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載された装置であって、ス
    トリップが支持手段上に長手方向の縁部を位置されるこ
    とを特徴とする化学蒸着によって基体に物質を付着させ
    る装置。
  7. 【請求項７】 請求項５または請求項６に記載された装
    置であって、ストリップ支持手段がピンであることを特
    徴とする化学蒸着によって基体に物質を付着させる装
    置。
  8. 【請求項８】 前掲請求項の何れか１項に記載された装
    置であって、ストリップの両端が固定電極に取り付けら
    れたことを特徴とする化学蒸着によって基体に物質を付
    着させる装置。
  9. 【請求項９】 前掲請求項の何れか１項に記載された装
    置であって、ストリップがプレ応力または張力を付与さ
    れていないことを特徴とする化学蒸着によって基体に物
    質を付着させる装置。
  10. 【請求項１０】 前掲請求項の何れか１項に記載された
    装置であって、ストリップが高度の耐火金属で作られた
    ことを特徴とする化学蒸着によって基体に物質を付着さ
    せる装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載された装置であっ
    て、高度の耐火金属がタングステン、タンタル、レニウ
    ム、チタン、そしてこれらの金属の１つ以上を含む合金
    から選択されたことを特徴とする化学蒸着によって基体
    に物質を付着させる装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１０に記載された装置であっ
    て、反応ガス導入手段が穿孔付きパイプであることを特
    徴とする化学蒸着によって基体に物質を付着させる装
    置。
  13. 【請求項１３】 化学蒸着によって基体に物質を付着さ
    せる方法であって、 支持手段上に基体を準備し、 長さ部分に少なくとも１つの弯曲部を有し、また、その
    反対両側の各々に細長い縁部を有する導電材料で作られ
    た細長いストリップとされた抵抗加熱部材を準備し、 基体に対して１方の細長い縁部を向け、また、基体から
    離れる側に他方の細長い縁部を向けるように、基体に対
    して間隔を隔てて細長いストリップを位置決めし、 ストリップを通じて電流を流してストリップを加熱し、
    そして他方の長手方向縁部から一方の縁部へ向けて付着
    のための反応ガスを流し、しかる後に基体へ向けて流
    す、諸段階を包含することを特徴とする化学蒸着によっ
    て基体に物質を付着させる方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載された方法であっ
    て、ストリップが長さ部分に１つ以上の弯曲部を有する
    ことを特徴とする化学蒸着によって基体に物質を付着さ
    せる方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１３または請求項１４に記載さ
    れた方法であって、弯曲部または各々の弯曲部が実質的
    にＵ字形を有することを特徴とする化学蒸着によって基
    体に物質を付着させる方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１３から請求項１５までの何れ
    か１項に記載された方法であって、ストリップがＳ字形
    を有することを特徴とする化学蒸着によって基体に物質
    を付着させる方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１３から請求項１６までの何れ
    か１項に記載された方法であって、ストリップの弯曲部
    または各々の弯曲部が、ストリップの長手方向の収縮ま
    たは膨張を許容する手段によって支持されていることを
    特徴とする化学蒸着によって基体に物質を付着させる方
    法。
  18. 【請求項１８】 請求項１７に記載された方法であっ
    て、ストリップが支持手段上に長手方向の縁部を位置さ
    れることを特徴とする化学蒸着によって基体に物質を付
    着させる方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１７または請求項１８に記載さ
    れた方法であって、ストリップ支持手段がピンであるこ
    とを特徴とする化学蒸着によって基体に物質を付着させ
    る方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１３から請求項１９までの何れ
    か１項に記載された方法であって、ストリップの両端が
    固定電極に取り付けられたことを特徴とする化学蒸着に
    よって基体に物質を付着させる方法。
  21. 【請求項２１】 請求項１３から請求項２０までの何れ
    か１項に記載された方法であって、ストリップがプレ応
    力または張力を付与されていないことを特徴とする化学
    蒸着によって基体に物質を付着させる方法。
  22. 【請求項２２】 請求項１３から請求項２１までの何れ
    か１項に記載された方法であって、ストリップが高度の
    耐火金属で作られたことを特徴とする化学蒸着によって
    基体に物質を付着させる方法。
  23. 【請求項２３】 請求項２２に記載された方法であっ
    て、高度の耐火金属がタングステン、タンタル、レニウ
    ム、チタン、そしてこれらの金属の１つ以上を含む合金
    から選択されたことを特徴とする化学蒸着によって基体
    に物質を付着させる方法。
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