JPH0578851A - 化学蒸着法によつてダイヤモンドを製造するための改良された装置とそれによつて得られる物品 - Google Patents

化学蒸着法によつてダイヤモンドを製造するための改良された装置とそれによつて得られる物品

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JPH0578851A
JPH0578851A JP4041826A JP4182692A JPH0578851A JP H0578851 A JPH0578851 A JP H0578851A JP 4041826 A JP4041826 A JP 4041826A JP 4182692 A JP4182692 A JP 4182692A JP H0578851 A JPH0578851 A JP H0578851A
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Steven M Gasworth
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    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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    • C30B25/105—Heating of the reaction chamber or the substrate by irradiation or electric discharge

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】ダイヤモンドを大面積に化学蒸着するための改
良された装置と方法、特にジェット発生用プラズマトー
チを利用する装置を提供する。 【構成】メタンのような炭素化合物、水素およびアルゴ
ンの混合物をＤＣア―クプラズマト―チ１に導入してプ
ラズマジェットを形成する。このプラズマジェットを、
ＣＶＤプロセスの反応チャンバ２内にある部分的に密閉
された化学蒸着ゾ―ン３内に向かわせてその中にトラッ
プする。この化学蒸着ゾ―ン３を形成している壁の少な
くとも一部が、設定温度に冷却された回転基板４４から
なる。ラジカル化した水素と炭素化合物を含有するプラ
ズマジェットを回転基板４４に衝突させて大面積のダイ
ヤモンド層５６を生成させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に化学蒸着法によ
ってダイヤモンドを製造するための改良された装置と方
法に係り、特にジェット発生用プラズマト―チを利用す
る装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは炭素の同素体のひとつで
あり、原子間距離が１．５４５オングストロ―ムで均一
な四面体状に配列されて共有結合した脂肪族性のｓｐ3
混成炭素原子から主として構成された結晶網状構造を呈
する。ダイヤモンドは極めて硬度が高く、モ―ス硬さが
１０である。熱伝導率は銅の４倍であるが、電気的には
絶縁体である。したがって、ダイヤモンドは理想的なヒ
―トシンクまたは半導体デバイス用回路基板である。
【０００３】ダイヤモンドは高圧で平衡相として成長さ
せることができ、低圧では準安定状態で成長させること
ができる。本発明は原子状水素の存在下で炭化水素ガス
から低圧でダイヤモンドを成長させるものである。準安
定のダイヤモンドを成長させる方法は数多く開示されて
いる。一般にそれらの方法は、鍵となる反応物質の原子
状水素を発生させて系内に輸送する方法が互いに異なっ
ている。
【０００４】最近開発されたダイヤモンドの製造法は化
学蒸着（以後「ＣＶＤ」と略すこともある）法である。
ＣＶＤ法を始めとするさまざまなダイヤモンド蒸着法の
概説は、「化学と工学ニュ―ス(Chemical & Engineerin
g News）」の第６７（２０）巻、第２４〜３９頁（１９
８９年５月１５日）を参照されたい。この文献を援用す
る。ＣＶＤ法では水素と気体状炭素化合物（たとえばメ
タン）との混合物を活性化し、基板（基体）と接触させ
てその基板上にダイヤモンド薄膜を生成させる。水素ガ
スは原子状水素に解離した後炭素化合物と反応して元素
状炭素を始めとする凝着可能な炭素ラジカルを形成す
る。この炭素ラジカルが基板に付着してダイヤモンドを
形成する。ＣＶＤダイヤモンドコ―ティング法のあるも
の（以後「フィラメント」法という）では、これらの変
換を生起させるのに必要な高い熱活性化温度を得るため
にひとつ以上の抵抗加熱ユニット（たとえば、加熱した
導線やフィラメントであり、通常少なくとも２０００℃
の温度である）を使用する。
【０００５】フィラメント法によるＣＶＤダイヤモンド
蒸着にはいろいろな問題がある。たとえば、厚膜作成分
野に商業的に応用できる程充分に高いダイヤモンド線蒸
着速度が得られるような条件を作り出すことは困難であ
る。水平に配置した基板とらせん状に巻いたフィラメン
トとを使用する多くの方法が開発されてはいるが、ほと
んどの場合達成できる線蒸着速度はかなり低い。
【０００６】この線成長速度は、直流（以後「ＤＣ」と
する）ア―ク、高周波（以後「ＲＦ」とする）エネルギ
またはマイクロ波エネルギを用いてプラズマジェットを
発生するジェット発生用プラズマト―チを使用すること
によって改善された。このプラズマト―チによって発生
したプラズマジェットは元素形態のガスを発生するのに
充分な程熱い。
【０００７】プラズマジェットの使用によりダイヤモン
ドの成長が改良されたとはいうものの、上記のプラズマ
ジェット法には、効率が低い、また被覆できる基板面積
が小さい（すなわち、従来のＤＣア―クプラズマト―チ
によって適用できる基板範囲は約１cm2 である）という
問題がある。しかしながら、厚い自立形ダイヤモンド薄
膜を利用する工業用途ではほとんどの場合約１０cm2 を
越える大面積の薄膜が必要である。すなわち、プラズマ
ジェットプロセスが工業的に意味をもつようになるため
には、高いダイヤモンド蒸着速度は維持したままで、大
面積で厚い（たとえば約２００μｍ）自立形のダイヤモ
ンド薄膜を生成することができなければならない。
【０００８】上述の問題のいくつかを解決するためのひ
とつの試みとして、多数のプラズマジェットを使用する
ことによって基板の大きな面積を被覆しようとした。し
かし、そのような方法では均一な厚みのダイヤモンド薄
膜を得ることは困難である。ダイヤモンド薄膜の均一な
厚みの欠如という問題の一部は、密集して（約２mmの間
隔で）配置された多数のプラズマジェットを使用するこ
とによって対処した。しかしながら、プラズマジェット
を密集させて使用すると、ＤＣア―クト―チのアノ―ド
の寿命が大幅に短縮され、また、いろいろなト―チに対
して出力とガス供給とを均衡させるのは極めて難しい。
【０００９】もうひとつのアプロ―チでは、プラズマト
―チによって発生したプラズマジェットを基板の大きな
面積に渡って走査して大面積で厚い（自立形）ダイヤモ
ンド薄膜を生成させた。しかし、そのような走査によっ
て生ずる温度変化のため、得られるダイヤモンド薄膜に
は亀裂が発生し易い傾向がある。
【００１０】
【発明の概要】本発明に従うと、少なくともひとつのス
ロ―トおよび少なくともひとつの排気手段を有する閉鎖
された反応チャンバ（このチャンバは、このチャンバを
所望の圧力に維持するための手段を有する）と、複数の
壁によって形成され部分的に密閉された化学蒸着ゾ―ン
（このゾ―ンは前記チャンバ内部に閉込められており、
このゾ―ンの壁の少なくともひとつは回転可能な基板で
ある）と、基板を回転させるための駆動手段と、基板を
設定された温度に冷却するための冷却手段と、前記チャ
ンバのスロ―トに接続された少なくともひとつのジェッ
ト発生用プラズマト―チ（このト―チは、このト―チに
よって発生したジェットを前記ゾ―ン内にトラップする
ように配列されたそのジェット放出端を有する）と、こ
のプラズマト―チ内にガスを供給するためのガス供給系
と、前記チャンバのスロ―ト付近で、または前記ト―チ
のガス供給系を介して、炭素化合物を前記ゾ―ン内に導
入するためのノズル手段と、からなる改良された化学蒸
着装置によってダイヤモンド物品が製造される。
【００１１】さらに、本発明によると、ＤＣア―ク放電
プラズマト―チのアノ―ドとカソ―ドの間に水素または
水素と不活性ガスの混合物を供給してア―ク放電を起こ
させて、所望の圧力に維持された閉鎖型反応チャンバ内
でプラズマジェットを発生させ、このジェット中に気体
状炭素化合物を供給し、水素と気体状炭素化合物をプラ
ズマジェット内でラジカル化し、前記チャンバ内部に閉
込められ部分的に密閉された化学蒸着ゾ―ンにプラズマ
ジェットを向かわせ、少なくともひとつが回転する基板
からなる複数の壁によって形成されている前記ゾ―ン内
にプラズマジェットをトラップし、前記基板を設定され
た温度に冷却し、前記プラズマジェットを冷却された基
板に衝突させることによってジェットを消滅させて基板
上にダイヤモンド層を形成させ、このダイヤモンド層を
基板から分離して物品を形成することからなる改良され
た化学蒸着法によってダイヤモンド物品が製造される。
【００１２】本発明のその他の特徴と利点は、特許請求
の範囲の記載、以下の詳細な説明および添付の図面から
明らかになるであろう。
【００１３】
【詳細な説明】本発明を完全に理解するには、本発明の
例示として添付の図面に詳細を図示すると共に以下に説
明する具体例を参照されたい。以下では本発明を好まし
い具体例に関連して説明するが、本発明は以下の具体例
に限定されるものではない。逆に、特許請求の範囲に定
義した本発明の思想と範囲内に包含されるすべての代替
・変更、修正および等価物・手段を包含するものであ
る。
【００１４】近年、蒸気相におけるダイヤモンド薄膜の
合成が広く研究されている。蒸気相におけるダイヤモン
ドの成長機構の詳細は明らかになっていない。しかし、
ダイヤモンドの成長機構には原子状水素、メチルラジカ
ルおよび原子状炭素のような励起された化学種が重要な
役割を果たしていることが報告されている。これらの励
起種はいくつかのＣＶＤ法、たとえばホットフィラメン
トＣＶＤ、マイクロ波プラズマＣＶＤ、電子支援ＣＶ
Ｄ、ＲＦプラズマＣＶＤおよびＤＣア―クプラズマＣＶ
Ｄによって生成する。これらのＣＶＤ法は水素と炭素化
合物（メタンなど）を反応ガスとして使用する。
【００１５】ダイヤモンド薄膜蒸着の線成長速度はＣＶ
Ｄプロセス中に発生する原子状水素の量の影響を受ける
ことが観察されている。また、フィラメントＣＶＤプロ
セスを約２５００℃のフィラメント温度で実施すると、
約５０００℃で運転されるプラズマト―チのプラズマジ
ェット放電の場合より発生する原子状水素がかなり少な
いことも認められている。しかし、すでに述べたよう
に、上述のプラズマジェットＣＶＤプロセスはダイヤモ
ンド蒸着中に被覆できる基板面積が狭いという欠点があ
る。比較してみると、基本的なＤＣア―クプラズマＣＶ
Ｄプロセス（自由なジェットが通常の入射で衝突する）
では最高のダイヤモンド線成長速度（約１００〜約５０
０μｍ／時以上）が最小の基板面積（約１cm2 ）で得ら
れるのに対し、マイクロ波プラズマジェットＣＶＤプロ
セスでは最低のダイヤモンド成長速度（約３０μｍ／
時）が最大の基板面積（約６cm2 ）で得られ、一方、Ｒ
ＦプラズマＣＶＤ法では上記範囲内のどこかになり、ホ
ットフィラメントＣＶＤプロセスでは通常約１μｍ／時
以上の線成長速度になる。
【００１６】添付の図面を参照して、本発明の方法を実
施するための装置を説明する。図１に、ＤＣア―ク放電
によって高温のプラズマジェットを発生するダイヤモン
ド合成装置の好ましい具体例を示す。プラズマト―チ
（ＤＣア―クプラズマト―チが好ましく、全体が１で示
されている）はＣＶＤ反応チャンバ（全体を２で示す）
に接続されている。このト―チはコップ状の上部フラン
ジ１０と中空円筒形状の下部フランジ１２（円筒形状が
好ましい）とからなっている。一端が閉鎖されている細
長い中空円筒状カソ―ド１４が上部フランジ１０の中央
に配置されて固定されている。作動中カソ―ド１４を冷
却するために中央に配置されたカソ―ド水道ライン１６
が設けてある。水素導入ライン１８と不活性ガス導入ラ
イン２０からなるガス供給系が上部フランジ１０のふち
に沿って接線方向に配置されていて、回転するＤＣア―
クを発生するト―チ１の内部に水素と不活性ガスを放射
状に導入する。しかし、当業者には明らかなように、こ
のようなア―クを発生させるのに他の手段を使用しても
よい。一般に、不活性ガスはヘリウムかアルゴンであ
り、アルゴンの方が好ましい。
【００１７】滑車形をしたアノ―ド２２は、リムに沿っ
て溝が掘られており中心に沿って中空の円筒形状を形成
して離れている２つの円形テ―パフランジからなってい
るものが好ましい。アノ―ド２２がこのような滑車形状
をしているので、アノ―ド２２の中央の中空部をＤＣア
―クが通り、またアノ―ド２２の外壁に沿って設けられ
た中空部を通って冷却液が流れる。アノ―ド２２は円筒
形の下部フランジ１２の中に位置している。アノ―ド２
２のフランジにある溝の中に２個またはそれ以上の
「Ｏ」リングを入れると、下部フランジ１２の内壁とア
ノ―ド２２の外壁との間に形成されたド―ナツ形ポケッ
ト内に水のような冷却液を導入するための水密シ―ルが
形成される。作動中アノ―ド２２に冷却液を供給するた
めの冷却液導入口２４と冷却液出口２６が下部フランジ
１２の外壁に設けられている。カソ―ド１４とアノ―ド
２２は適切な出力を有する調節可能なＤＣ電源２８に接
続されている。一般にカソ―ド１４はグラファイトかタ
ングステンから作成され、アノ―ド２２は銅から作成さ
れる。カソ―ド１４とアノ―ド２２は絶縁体１３と絶縁
体２１によってそれぞれ電気的に絶縁されている。カソ
―ド１４には、カソ―ド１４とアノ―ド２２との間で発
生したＤＣア―クの出力を変化させるための調節手段が
備わっている。当業者には明らかなように、プラズマト
―チ１の形状およびデザインとして、実質的に所望の結
果を達成する他の形状やデザインを使用してもよいこと
に注意されたい。
【００１８】上部フランジ１０と下部フランジ１２はボ
ルトによって共に固定されているのが好ましく、それに
よって形成されたＤＣア―クプラズマト―チ１は全体が
２で示されている反応チャンバに固着されている。反応
チャンバ２に設けられているスロ―ト開口部２８はＤＣ
ア―クプラズマト―チ１の下部フランジ１２の開口部に
ぴったり合わせて固着されている。ＤＣア―クプラズマ
ト―チ１と反応チャンバ２は、反応チャンバ２内部に気
密シ―ル雰囲気を作り出すためにボルトで留めてあるの
が好ましいことに注意されたい。メタン、一酸化炭素ま
たは二酸化炭素のような炭素化合物を導入するための導
入ライン３０が設けられており、これは反応チャンバ２
のスロ―ト２８内に位置するのが好ましい。反応チャン
バ２のスロ―ト２８には、プラズマト―チ１によって発
生したプラズマジェットの羽毛状部に炭素化合物を射出
するためのノズル手段３２が設けられている。また炭素
化合物は、プラズマト―チ１の上部フランジ１０を介し
て導入してもよい。
【００１９】反応チャンバ２の壁はその外壁に沿ってら
せん状に溶接された冷却ラインによって冷却することが
できる。反応ガスを排出するために少なくともひとつの
排気口３４が設けられている。排気口３４には、反応チ
ャンバ２内部で生成した反応ガスを排気するための真空
ポンプ系３６が接続されているのが好ましい。反応チャ
ンバ２の壁に固定され、その変換面が反応チャンバ２内
の圧力に暴露される圧力変換器３８が圧力調整用モニタ
４０に接続されている。排気ライン上に位置する蝶形バ
ルブのようなバルブ４２が有効に作用するようにモニタ
４０に接続されており、反応チャンバ２内の圧力を所望
のレベルに維持する。当業者には明らかなように、反応
チャンバ２内の圧力をモニタして維持するために別の代
替手段も使用できる。
【００２０】反応チャンバ２のスロ―ト開口部２８の直
下には、部分的に密閉された化学蒸着ゾ―ン（全体が参
照番号３で示されており、反応チャンバ２の内部に閉込
められている）がある。このゾ―ン３は複数の壁で形成
されており、その少なくともひとつが回転可能な基板か
らなっている。ゾ―ン３は、プラズマト―チ１によって
発生したプラズマジェットをトラップするように反応チ
ャンバ２内に配置されている。ゾ―ン３の形状はＣＶＤ
プラズマプロセスで製造しようとする物品の形状に基づ
く。ゾ―ン３はくさび形すなわちウェッジ形が好まし
く、２対の対向する側面によって形成されるのが好まし
い。このくさび形を形成する対向側面の第一の対は２つ
の実質的に平面状の収束基板４４によって形成される。
端部を形成する第二の対の対向側面は底部の端で橋架け
された２つの静止面４６によって形作られる。基板４４
は、チタン、モリブデン、ニッケル、銅、タングステ
ン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、オキシ窒化アルミニウム
ケイ素、窒化ホウ素、アルミナ、炭化タングステン、ダ
イヤモンド、サファイアまたはケイ素から形成すること
ができ、好ましい基板４４はモリブデン製である。上記
「対」という用語は、いろいろなサイズ、形状もしくは
材料の基板またはいろいろな表面特性をもっている基板
を包含するものとして定義される。
【００２１】各々の基板４４は、駆動シャフトを介して
電動モ―タ４８のような駆動手段に接続されており、こ
のモ―タ４８によって時計回りまたは反時計回りのいず
れかの方向に回転できる。シャフトを前後にスライドさ
せたり、または駆動手段全体の位置を変えたりするか、
あるいはその他の適切な方法によってゾ―ン３のくさび
形を調節するための手段が備わっている。駆動手段は全
体が反応チャンバ２の内部にあるのが好ましい。しか
し、駆動手段は反応チャンバ３の外にあってもよいもの
と理解されたい。また、単一の駆動手段を設けて、ギヤ
列と可撓性駆動シャフトを介して両方の基板４４を回転
させることも考えられる。基板４４は反対方向に回転さ
せてゾ―ン３内でのプラズマジェットの混合を改善する
のが好ましい。ある設定された温度に各基板４４を保つ
ために冷却プレ―ト５０が備えられている。各冷却プレ
―ト５０は基板冷却液導入ライン５２と基板冷却液排出
ライン５４に接続されている。基板４４の温度を保つに
は、各冷却プレ―ト５０にスライド可能な調節手段を設
け、冷却プレ―ト５０を基板に近付けたり基板から遠ざ
けたりして基板４４を設定温度に維持すればよい。当業
者であれば、基板４４の温度を設定温度に維持するのに
他の手段を使用することができると思われる。基板４４
の中に直接冷却液を循環させることによって基板４４を
冷却することもできると考えられる。反応チャンバ２と
プラズマト―チ１のいずれの空間配向も本発明の実施に
とって臨界的な意味がないことに注意されたい。
【００２２】実施に際しては、図１に示されているよう
に、ＤＣ電源２８からのＤＣ電流を供給することによっ
てＤＣア―クを発生させる。プラズマト―チ１に供給さ
れるＤＣ電力は通常約１〜約１０００キロワットであ
り、約４０キロワットが好ましい。アノ―ド２２の中央
に位置する円筒形の開口部に沿って回転するＤＣア―ク
が生成する。アノ―ド２２内の円筒形開口部に沿ってＤ
Ｃア―クを回転させることによって、アノ―ド２２の表
面の侵食と孔食が最低限に抑えられる。好ましくは、最
初にアルゴンのような不活性ガスを不活性ガス導入ライ
ン２０から供給することによってプラズマジェットを生
成させることができる。プラズマジェットが安定した
ら、水素導入ライン１８から上部フランジ１０を介して
プラズマジェット内に水素を導入する。典型的な場合、
約６０容量％の水素と約４０容量％の不活性ガスとを含
有する水素と不活性ガスの混合物を使用する。プラズマ
ト―チ１内に導入される混合物の流量は、通常、標準状
態で約１〜約１０００リットル／分であり、約１００リ
ットル（標準状態）／分が好ましい。所望であれば、不
活性ガスを使用しないでＤＣア―クプラズマジェットを
発生させてもよいと考えられる。
【００２３】プラズマジェットの温度はおよそ５０００
℃であるので、カソ―ド冷却ライン１６とアノ―ド冷却
ライン２４を介してカソ―ド１４とアノ―ド２２に水の
ような冷却液を供給する。このような冷却は、ＤＣプラ
ズマジェットの高熱によってカソ―ド１４とアノ―ド２
２が融解するのを防ぐために必要である。プラズマジェ
ットの羽毛状部はゾ―ン３内に吐出される。反応チャン
バ２内の圧力は約１０〜約８００トル、好ましくは約１
００トルに維持する。次いで、メタンのような炭素化合
物を反応チャンバ２のスロ―ト部２８中に導入する。
【００２４】活性化学種、すなわち水素と炭素化合物は
プラズマジェットにより加熱されてラジカル化し、ラジ
カル化した炭素化合物と原子状水素を含む組成物を形成
する。通常、プラズマト―チ１内に導入される水素と炭
素化合物との容積比は約２００〜約５０：約１である。
ラジカル化した化学種を含有するプラズマジェットがそ
れより低温の基板４４に衝突することによって消滅する
とき、基板４４上にダイヤモンド薄膜５６が生成する。
炭素化合物としてメタンを使用した場合次の反応が起こ
ると考えられる。
【００２５】
【化１】
【００２６】一般に、本発明のプラズマジェットはその
一部がゾ―ン３によってトラップされる。基板４４を
（好ましくは互いに反対方向に）回転させると、活性化
学種の混合効率が改善されるようであり、そのため、基
板４４の表面における均一な厚みを有する薄い境界層の
形成が改善されるようである。一般に基板４４は、基板
表面に沿って均一に薄い境界層が生成するように充分な
半径方向速度で連続的に回転させる。通常は約５０〜約
５０，０００ｒｐｍ、好ましくは約５０００ｒｐｍで基
板４４を回転させる。基板４４の温度は約６００〜約１
２００℃、好ましくは８００℃に設定する。
【００２７】所望の厚みのダイヤモンド薄膜が基板４４
上に形成されたら、プロセスを中断して基板を冷却させ
る。所望であれば、通常の分離手段によってダイヤモン
ド薄膜５６を基板４４から分離することができる。たと
えば、エッチングにより基板４４から切り離したりす
る。本発明はまた、下地の基板に付着したままのダイヤ
モンド物品を製造することも考えていることに注意され
たい。
【００２８】ここで図２を参照すると、ＤＣ電気ア―ク
放電によって生成する高温のプラズマジェットを用いて
ダイヤモンドを合成するための装置の別の具体例が概略
的に示されている。図２の装置は図１の装置とよく似て
いるが、主たる違いは、図２に示されている化学蒸着ゾ
―ンが図１のものと異なることである。図１と図２でほ
ぼ共通の要素・部分はすべて同じ参照番号で示してある
が、図２ではダッシュを付けてある点のみが異なってい
る。
【００２９】部分的に密閉された化学蒸着ゾ―ン（全体
を参照番号４で示す）は反応チャンバ２′の内部に閉込
められている。ゾ―ン４の壁を形成している基板６０
は、ダイヤモンド薄膜によって形成される所望の物品の
形状と密接に対応する形状をしている。たとえば、この
特定の具体例では基板６０がカップの形状をしている。
このような形状のダイヤモンド物品は赤外光に対して透
明なミサイルの窓やド―ム（レ―ド―ム）として使用で
きる。しかしながら、他の形状および／または大きさの
基板もゾ―ン４を形成するのに使用できることに注意さ
れたい。基板６０は、シャフト６４によって、この基板
６０を時計回りまたは反時計回りに回転させる電動モ―
タ６２のような駆動手段に接続されている。プラズマジ
ェットに対する基板６０の位置は、駆動手段に備えられ
ている調節手段によって調節できる。図では一例として
電動モ―タ６２が反応チャンバ２′の外部にあるものが
示されているが、駆動手段全体が反応チャンバ２′の内
部にあってもよい。以上の情況のいずれにおいても、基
板６０の最大面積を覆いながらダイヤモンドの最大成長
速度を達成するために、ゾ―ン４の位置調整手段を設け
るべきである。
【００３０】基板６０を設定温度に維持するために、基
板６０とほぼ相似の形状を有する冷却プレ―ト６６が備
えられていて輻射と伝導によって熱を伝達する。図２に
示してあるように、冷却プレ―ト６６は基板６０を外側
から包囲するのに充分な大きさをもっている。冷却プレ
―ト６６は基板冷却液導入ライン６８と基板冷却液排出
ライン７０に接続されている。冷却ライン６８と７０を
通して水のような冷却液を冷却プレ―ト６６に供給す
る。基板６０の温度を維持するには、冷却プレ―ト６６
にスライド可能な調節手段を設け、冷却プレ―ト６６を
基板６０に近付けたり基板６０から遠ざけたりして基板
６０を設定温度に維持すればよい。当業者であれば、基
板６０の温度を設定温度に維持するのに他の代替手段を
使用することができると思われる。
【００３１】実施に際しては、図１に示した好ましい具
体例の場合と類似の手段によってＤＣア―クを発生させ
る。次に、このＤＣア―クにより生成し、原子状水素と
ラジカル化した炭素化合物を含むプラズマジェットは、
冷却された回転基板６０に衝突することによって消滅し
てダイヤモンド薄膜７２を形成する。その後、所望であ
れば、ダイヤモンド薄膜７２を通常の手段によって基板
６０から分離する。
【００３２】以上、本発明の特定具体例に関して説明し
てきたが、もちろん、当業者は特に前記教示に鑑みて修
正を施すことができるのであるから、本発明は以上の特
定具体例に限定されないものと理解されたい。したがっ
て、本発明の真の思想・範囲内に入る前記改良の本質的
な特徴を構成するような特徴を有する修正はすべて特許
請求の範囲の定義に包含されるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい具体例の断面図である。
【図２】本発明の別の具体例の断面図である。
【符号の説明】
１ ＤＣア―クプラズマト―チ、 ２ ＣＶＤ反応チャンバ、 ３、４ 化学蒸着ゾ―ン、 １４ カソ―ド、 １８ 水素導入ライン、 ２０ 不活性ガス導入ライン、 ２２ アノ―ド、 ２８ スロ―ト、 ３０ 炭素化合物導入ライン、 ３２ ノズル手段、 ３４ 排気口、 ３６ 真空ポンプ系、 ３８ 圧力変換器、 ４０ 圧力調整用モニタ、 ４４ 実質的に平面状の収束基板、 ４８、６２ 電動モ―タ、 ５０、６６ 冷却プレ―ト、 ５２、５４、６８、７０ 基板冷却液ライン、 ５６、７２ ダイヤモンド薄膜、 ６０ 基板。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくともひとつのスロ―トおよび少な
    くともひとつの排気手段を有する閉鎖された反応チャン
    バであって、該チャンバを所望の圧力に維持するための
    手段を有する反応チャンバと、 複数の壁によって形成され部分的に密閉された化学蒸着
    ゾ―ンであって、該ゾ―ンは前記チャンバ内部に閉込め
    られており、該ゾ―ンの該壁の少なくともひとつは回転
    可能な基体である化学蒸着ゾ―ンと、 前記基体を回転させるための駆動手段と、 前記基体を設定温度に冷却するための冷却手段と、 前記チャンバの前記スロ―トに接続された少なくともひ
    とつのジェット発生用プラズマト―チであって、該ト―
    チによって発生したジェットを前記ゾ―ン内にトラップ
    するように配列されたそのジェット放出端を有するプラ
    ズマト―チと、 前記プラズマト―チ内にガスを供給するためのガス供給
    系と、 前記チャンバの前記スロ―ト付近で、または前記ト―チ
    の前記ガス供給系を介して、炭素化合物を前記ゾ―ン内
    に導入するためのノズル手段とからなる、化学蒸着法に
    よってダイヤモンド物品を製造するための改良された装
    置。
  2. 【請求項２】 前記プラズマト―チが、ＤＣア―ク放電
    プラズマト―チ、ＲＦプラズマト―チ、またはマイクロ
    波プラズマト―チである、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記基体が、チタン、モリブデン、ニッ
    ケル、銅、タングステン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、オ
    キシ窒化アルミニウムケイ素、窒化ホウ素、アルミナ、
    炭化タングステン、ダイヤモンド、サファイアまたはケ
    イ素である、請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記物品がヒ―トシンクまたは半導体装
    置用回路基板である、請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記基体の表面が前記物品を形成するよ
    うな形状になっている、請求項１記載の装置。
  6. 【請求項６】 スロ―トおよび排気手段を有する閉鎖さ
    れた反応チャンバであって、該チャンバを所望の圧力に
    維持するための手段を有する反応チャンバと、 ２対の対向する側面によって形成され部分的に密閉され
    たくさび形化学蒸着ゾ―ンであって、該くさび形の対向
    する側面の第一の対は実質的に平面状の収束基体であ
    り、各基体は該基体の面に垂直な軸の回りに回転可能で
    あり、対向する側面の第二の対は静止面である化学蒸着
    ゾ―ンと、 前記基体の各々を回転させるための駆動手段と、 前記基体の各々を設定温度に冷却するための冷却手段
    と、 前記チャンバの前記スロ―トに接続されたＤＣア―クプ
    ラズマト―チであって、該ト―チによって発生したジェ
    ットを前記ゾ―ン内にトラップするように配列されたそ
    のジェット放出端を有するプラズマト―チと、 水素または水素とアルゴンの混合物を前記プラズマト―
    チ内に供給するためのガス供給系と、 前記チャンバの前記スロ―ト付近で、または前記ト―チ
    の前記ガス供給系を介して、炭素化合物を前記ゾ―ン内
    に導入するためのノズル手段とからなる、化学蒸着法に
    よってダイヤモンド物品を製造するための改良された装
    置。
  7. 【請求項７】 前記駆動手段が、前記ゾ―ン内での前記
    ジェットの混合を改善するために前記基体を反対方向に
    回転させることができる、請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記ゾ―ンが、さらに、該ゾ―ンの前記
    くさび形の形状を変化させるための調節手段を含んでい
    る、請求項６記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記基体がモリブデンである、請求項６
    記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記冷却手段が、前記基体の各々と平
    行で調節可能な関係に配置されている実質的に平面状の
    冷却プレ―トを含んでおり、前記基体からの熱が該冷却
    プレ―トに伝達される、請求項６記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記冷却手段が、さらに、前記熱交換
    器の位置を前記基体上で前記設定温度を達成するのに必
    要な位置に調節する手段を含んでいる、請求項１０記載
    の装置。
  12. 【請求項１２】 ＤＣア―ク放電プラズマト―チのアノ
    ―ドとカソ―ドの間に水素または水素と不活性ガスの混
    合物を供給してア―ク放電を起こさせて、所望の圧力に
    維持された閉鎖型反応チャンバ内でプラズマジェットを
    発生させ、 気体状炭素化合物を前記ジェット中に供給し、 前記プラズマジェット内で水素および前記気体状炭素化
    合物をラジカル化し、 前記プラズマジェットを、前記チャンバ内部に閉込めら
    れ部分的に密閉された化学蒸着ゾ―ンに向かわせ、 前記プラズマジェットを、少なくともひとつが回転する
    基体からなる複数の壁によって形成された前記ゾ―ン内
    にトラップし、 前記基体を設定温度に冷却し、 前記プラズマジェットを前記冷却された基体に衝突させ
    ることによって前記ジェットを消滅させて前記基体上に
    ダイヤモンド層を形成し、 前記ダイヤモンド層を前記基体から分離してダイヤモン
    ド物品を形成することからなる、化学蒸着法によってダ
    イヤモンド物品を製造する方法。
  13. 【請求項１３】 前記基体を、均一な厚みを有する境界
    層が生成するのに充分な半径方向速度で連続的に回転す
    る、請求項１２記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記不活性ガスがヘリウムまたはアル
    ゴンである、請求項１２記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記混合物が約６０容量％の水素と約
    ４０容量％の前記不活性ガスからなる、請求項１２記載
    の方法。
  16. 【請求項１６】 水素と炭素化合物の比が約５０〜約２
    ００：約１である、請求項１２記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記炭素化合物が炭化水素、一酸化炭
    素または二酸化炭素である、請求項１２記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記炭化水素がメタンである、請求項
    １７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記所望の圧力が約１００トルであ
    る、請求項１２記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記基体の前記設定温度が約８００℃
    である、請求項１２記載の方法。
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