JPH0624896A - ダイヤモンド合成方法 - Google Patents
ダイヤモンド合成方法Info
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- JPH0624896A JPH0624896A JP4182617A JP18261792A JPH0624896A JP H0624896 A JPH0624896 A JP H0624896A JP 4182617 A JP4182617 A JP 4182617A JP 18261792 A JP18261792 A JP 18261792A JP H0624896 A JPH0624896 A JP H0624896A
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
- C23C16/27—Diamond only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/48—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
- C23C16/483—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation using coherent light, UV to IR, e.g. lasers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 より低温において、基材における任意の領域
へ選択的に高品質のダイヤモンドを成長させることがで
きるダイヤモンド合成方法を提供する。 【構成】 炭素原子を含む化合物が水素ガスで希釈され
た原料ガスを用いる。この原料ガスに、１×１０-2ｍｒ
ａｄ〜５×１０-1ｍｒａｄの広がり角度または１×１０
-4ｎｍ〜１×１０-1ｎｍの発振波長に関する半価幅を満
足する、波長が１９０ｎｍ〜３６０ｎｍのレーザ光を照
射する。この照射により生成された化学種を基材上に堆
積させる。
へ選択的に高品質のダイヤモンドを成長させることがで
きるダイヤモンド合成方法を提供する。 【構成】 炭素原子を含む化合物が水素ガスで希釈され
た原料ガスを用いる。この原料ガスに、１×１０-2ｍｒ
ａｄ〜５×１０-1ｍｒａｄの広がり角度または１×１０
-4ｎｍ〜１×１０-1ｎｍの発振波長に関する半価幅を満
足する、波長が１９０ｎｍ〜３６０ｎｍのレーザ光を照
射する。この照射により生成された化学種を基材上に堆
積させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンドの気相合
成技術に関し、特に、３００℃以下の低温で、三次元的
に複雑な形状の基材上に高品質のダイヤモンドを形成で
きる技術に関する。
成技術に関し、特に、３００℃以下の低温で、三次元的
に複雑な形状の基材上に高品質のダイヤモンドを形成で
きる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】１９５６年のDerjaguin (USSE Inv. Cer
ti. No. 339134, 1958) 、１９５８年のEversole (USP
; No. 3030187, 3030188) らにより始まったダイヤモ
ンドの気相合成技術は、１９８２年の松本等の研究（Jp
n. J. Appl. Phys. ; 21, 1982,L183) により、さらに
活発な開発が進められてきた。この開発の中で、熱ＣＶ
Ｄ、プラズマＣＶＤ、イオンビーム蒸着、光ＣＶＤ、レ
ーザＣＶＤ等、種々の低圧気相合成法がダイヤモンドの
合成のため検討されてきた。
ti. No. 339134, 1958) 、１９５８年のEversole (USP
; No. 3030187, 3030188) らにより始まったダイヤモ
ンドの気相合成技術は、１９８２年の松本等の研究（Jp
n. J. Appl. Phys. ; 21, 1982,L183) により、さらに
活発な開発が進められてきた。この開発の中で、熱ＣＶ
Ｄ、プラズマＣＶＤ、イオンビーム蒸着、光ＣＶＤ、レ
ーザＣＶＤ等、種々の低圧気相合成法がダイヤモンドの
合成のため検討されてきた。
【０００３】ダイヤモンド気相合成技術の課題として、
たとえば、次の事項を挙げることができる。
たとえば、次の事項を挙げることができる。
【０００４】（１） 膜作成の効率化 （２） 合成プロセスの低温化 （３） 基材損傷の抑制 （４） 所望する領域への選択的成長 この中で合成プロセスの低温化および所望する領域への
選択的成長は、気相合成ダイヤモンドの用途拡大からも
極めて重要な課題となっている。
選択的成長は、気相合成ダイヤモンドの用途拡大からも
極めて重要な課題となっている。
【０００５】より低温でダイヤモンドを気相成長させる
技術として、まず、直流放電プラズマＣＶＤおよびマイ
クロ波プラズマＣＶＤ等、プラズマを発生させるＣＶＤ
技術を挙げることができる。直流放電プラズマＣＶＤで
は、１５０〜２００Ｔｏｒｒの比較的真空度の低い範囲
において、５００℃程度の温度でダイヤモンド膜が作製
される。マイクロ波プラズマＣＶＤにおいても、４００
℃程度の温度で気相合成が行なわれたことが報告されて
いる。
技術として、まず、直流放電プラズマＣＶＤおよびマイ
クロ波プラズマＣＶＤ等、プラズマを発生させるＣＶＤ
技術を挙げることができる。直流放電プラズマＣＶＤで
は、１５０〜２００Ｔｏｒｒの比較的真空度の低い範囲
において、５００℃程度の温度でダイヤモンド膜が作製
される。マイクロ波プラズマＣＶＤにおいても、４００
℃程度の温度で気相合成が行なわれたことが報告されて
いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、直流放
電プラズマＣＶＤにおける異常グロー放電は、陽極上の
極めて限られた範囲においてしか行なうことができない
ため、ダイヤモンドを形成させるべき基材の所望する領
域に選択的にダイヤモンドを成長させるには、この方法
は大変不利である。
電プラズマＣＶＤにおける異常グロー放電は、陽極上の
極めて限られた範囲においてしか行なうことができない
ため、ダイヤモンドを形成させるべき基材の所望する領
域に選択的にダイヤモンドを成長させるには、この方法
は大変不利である。
【０００７】また、マイクロ波プラズマＣＶＤでも、ダ
イヤモンドを形成できる領域が限られてしまう上に、三
次元的に種々の形状を有する基材の所望する領域に対
し、放電を安定して集中させることは困難である。
イヤモンドを形成できる領域が限られてしまう上に、三
次元的に種々の形状を有する基材の所望する領域に対
し、放電を安定して集中させることは困難である。
【０００８】さらに、プラズマを用いる方法は、基材の
表面がプラズマにより損傷を受けるという欠点を有して
いる。
表面がプラズマにより損傷を受けるという欠点を有して
いる。
【０００９】また、上記プラズマＣＶＤを用いることに
より、プロセスの低温化を行なうことができるが、気相
合成ダイヤモンドの用途拡大の点から、たとえばプラス
チック等のより熱に弱い基材上にダイヤモンドをコーテ
ィングする技術が望まれている。この場合、プロセスの
温度を２００℃以下、より好ましくは１００℃以下にす
る必要がある。
より、プロセスの低温化を行なうことができるが、気相
合成ダイヤモンドの用途拡大の点から、たとえばプラス
チック等のより熱に弱い基材上にダイヤモンドをコーテ
ィングする技術が望まれている。この場合、プロセスの
温度を２００℃以下、より好ましくは１００℃以下にす
る必要がある。
【００１０】一方、プロセスの温度をより低くするた
め、光を原料ガスの分解、励起に利用した技術が検討さ
れてきている。このような技術において、原料化合物の
光分解のため、エキシマレーザ、水銀ランプ、重水素ラ
ンプ、および希ガスランプ等の紫外光を用いるＣＶＤ、
ならびに短波長の紫外光として、たとえばシンクロトロ
ン放射光（ＳＲ光）を用いるＣＶＤが検討されている。
め、光を原料ガスの分解、励起に利用した技術が検討さ
れてきている。このような技術において、原料化合物の
光分解のため、エキシマレーザ、水銀ランプ、重水素ラ
ンプ、および希ガスランプ等の紫外光を用いるＣＶＤ、
ならびに短波長の紫外光として、たとえばシンクロトロ
ン放射光（ＳＲ光）を用いるＣＶＤが検討されている。
【００１１】この中で、ＳＲ光を用いるＣＶＤは、ＳＲ
光を発生させる装置が極めて高価であり、操作が難しい
ため、一般に行なうことは困難である。
光を発生させる装置が極めて高価であり、操作が難しい
ため、一般に行なうことは困難である。
【００１２】一方、エキシマレーザ等の紫外光を用いる
ＣＶＤについては、種々の方法が検討されてきている。
たとえば、特公平３−５１６７５は、炭化水素系の反応
ガスに高出力紫外光を照射することにより、反応ガスを
分解させ、加熱した基材上に反応ガスにより遊離した炭
素原子を堆積させる方法が開示されている。この方法で
は、たとえば、アセチレンと水素の混合ガス（アセチレ
ン濃度１０％）を反応器中に供給し、５００℃に加熱し
たＳｉ基板上にＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎ
ｍ）を照射して気相成長を行なっている。
ＣＶＤについては、種々の方法が検討されてきている。
たとえば、特公平３−５１６７５は、炭化水素系の反応
ガスに高出力紫外光を照射することにより、反応ガスを
分解させ、加熱した基材上に反応ガスにより遊離した炭
素原子を堆積させる方法が開示されている。この方法で
は、たとえば、アセチレンと水素の混合ガス（アセチレ
ン濃度１０％）を反応器中に供給し、５００℃に加熱し
たＳｉ基板上にＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎ
ｍ）を照射して気相成長を行なっている。
【００１３】しかしながら、単にエキシマレーザ等を光
分解のため用いることを開示した従来の技術では、ラマ
ン分光による１３３３ｃｍ-1のダイヤモンドピークにつ
いてその強度が十分大きい高品質のダイヤモンドを形成
することはできなかった。これは、従来用いられてきた
エキシマレーザ等の紫外光が、Ｈ2 を光分解できず、ダ
イヤモンドの気相成長において重要な化学種であると考
えられる原子状の活性水素が十分発生しないためと考え
られた。
分解のため用いることを開示した従来の技術では、ラマ
ン分光による１３３３ｃｍ-1のダイヤモンドピークにつ
いてその強度が十分大きい高品質のダイヤモンドを形成
することはできなかった。これは、従来用いられてきた
エキシマレーザ等の紫外光が、Ｈ2 を光分解できず、ダ
イヤモンドの気相成長において重要な化学種であると考
えられる原子状の活性水素が十分発生しないためと考え
られた。
【００１４】このような背景の中で、レーザ等を光分解
のために用いるＣＶＤ技術において、付加的に直流、Ｒ
Ｆまたはマイクロ波によりプラズマを生成させる方法が
開発されてきた。この方法では、水素原子を発生させ、
比較的低温において、比較的質の高いダイヤモンドを形
成させることができる。
のために用いるＣＶＤ技術において、付加的に直流、Ｒ
Ｆまたはマイクロ波によりプラズマを生成させる方法が
開発されてきた。この方法では、水素原子を発生させ、
比較的低温において、比較的質の高いダイヤモンドを形
成させることができる。
【００１５】一方、このような方法では、平均自由行程
の関係でできるだけ基板近傍においてプラズマを発生さ
せることが必要になる。したがって、基材の三次元的領
域にダイヤモンドを堆積させようとすると、原子状水素
を均等に基材表面に拡散させるために、かなり複雑な機
構の装置が必要となってくる。
の関係でできるだけ基板近傍においてプラズマを発生さ
せることが必要になる。したがって、基材の三次元的領
域にダイヤモンドを堆積させようとすると、原子状水素
を均等に基材表面に拡散させるために、かなり複雑な機
構の装置が必要となってくる。
【００１６】加えて、プラズマを用いる場合、プラズマ
により基材表面の劣化が進む上、プラズマ中の炭素源の
分解によって、不必要な場所にダイヤモンドが形成され
たり、過剰な炭素の供給によって堆積物の質が著しく低
下する。
により基材表面の劣化が進む上、プラズマ中の炭素源の
分解によって、不必要な場所にダイヤモンドが形成され
たり、過剰な炭素の供給によって堆積物の質が著しく低
下する。
【００１７】この発明の目的は、現在のダイヤモンド気
相合成において特に重要な課題、すなわち、合成プロセ
スの低温化および基材における任意の領域への選択的成
長に対して十分応えるとともに、基材へのダメージがよ
り小さく、かつ高品質のダイヤモンドを合成することが
できる方法を提供することにある。
相合成において特に重要な課題、すなわち、合成プロセ
スの低温化および基材における任意の領域への選択的成
長に対して十分応えるとともに、基材へのダメージがよ
り小さく、かつ高品質のダイヤモンドを合成することが
できる方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明に従うダイヤモン
ド合成方法は、炭素原子を含む化合物が水素ガスで希釈
された原料ガスを用いて、気相より基材上にダイヤモン
ドを合成する方法であって、１×１０-2ｍｒａｄ以上５
×１０-1ｍｒａｄ以下の範囲にある発振時の広がり角度
および１×１０-4ｎｍ以上１×１０-1ｎｍ以下の範囲に
ある発振波長のバンド幅に関する半価幅の少なくともい
ずれかを満足し、波長が１９０ｎｍから３６０ｎｍの範
囲にあるレーザ光を原料ガス中または基材上に照射する
ことにより、上記化合物および水素ガスを分解させるこ
とを特徴とする。
ド合成方法は、炭素原子を含む化合物が水素ガスで希釈
された原料ガスを用いて、気相より基材上にダイヤモン
ドを合成する方法であって、１×１０-2ｍｒａｄ以上５
×１０-1ｍｒａｄ以下の範囲にある発振時の広がり角度
および１×１０-4ｎｍ以上１×１０-1ｎｍ以下の範囲に
ある発振波長のバンド幅に関する半価幅の少なくともい
ずれかを満足し、波長が１９０ｎｍから３６０ｎｍの範
囲にあるレーザ光を原料ガス中または基材上に照射する
ことにより、上記化合物および水素ガスを分解させるこ
とを特徴とする。
【００１９】本発明において使用するレーザ光源とし
て、たとえば、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎ
ｍ）、ＫｒＣｌエキシマレーザ（波長２２２ｎｍ）、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌエキ
シマレーザ（波長３０８ｎｍ）、Ｎ2 エキシマレーザ
（波長３３７ｎｍ）、ＸｅＦエキシマレーザ（波長３５
３ｎｍ）を用いることができる。
て、たとえば、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎ
ｍ）、ＫｒＣｌエキシマレーザ（波長２２２ｎｍ）、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌエキ
シマレーザ（波長３０８ｎｍ）、Ｎ2 エキシマレーザ
（波長３３７ｎｍ）、ＸｅＦエキシマレーザ（波長３５
３ｎｍ）を用いることができる。
【００２０】本発明において、レーザ光のコヒーレンス
性（干渉性）は高められている。すなわち、レーザ発振
器より発振される際のレーザ光の広がり角度は、従来で
は１〜３ｍｒａｄ程度であったが、この発明では、１×
１０-2ｍｒａｄ以上５×１０ -1ｍｒａｄ以下の範囲にあ
る。
性（干渉性）は高められている。すなわち、レーザ発振
器より発振される際のレーザ光の広がり角度は、従来で
は１〜３ｍｒａｄ程度であったが、この発明では、１×
１０-2ｍｒａｄ以上５×１０ -1ｍｒａｄ以下の範囲にあ
る。
【００２１】また、レーザ光において発振波長のバンド
幅に関する半価幅は、従来では、１〜２ｎｍ程度であっ
たが、この発明では１×１０-4ｎｍ以上１×１０-1ｎｍ
以下の範囲にある。このように本発明に従うレーザ光
は、狭帯域化されている。
幅に関する半価幅は、従来では、１〜２ｎｍ程度であっ
たが、この発明では１×１０-4ｎｍ以上１×１０-1ｎｍ
以下の範囲にある。このように本発明に従うレーザ光
は、狭帯域化されている。
【００２２】このようにコヒーレンス性を高める方法と
して、不安定型共振器を用いる方法、およびエスタロ
ン、プリズムまたはグレーティングを用いて狭帯域化さ
れた種光を共振器により増幅させる方法などがある。
して、不安定型共振器を用いる方法、およびエスタロ
ン、プリズムまたはグレーティングを用いて狭帯域化さ
れた種光を共振器により増幅させる方法などがある。
【００２３】また、本発明において、基材の所定の領域
に均質なダイヤモンドを形成するため、レーザ光の光軸
に垂直な面内でのエネルギ強度のばらつきを、平均エネ
ルギ強度の１０％以下に収めることが好ましい。
に均質なダイヤモンドを形成するため、レーザ光の光軸
に垂直な面内でのエネルギ強度のばらつきを、平均エネ
ルギ強度の１０％以下に収めることが好ましい。
【００２４】このようなレーザ光の断面におけるエネル
ギの平均化は、たとえば、プリズムとレンズを組合せて
レーザ光を断面においていくつかに分割した後、再構成
する方法や、レーザ光について比較的エネルギ分布の均
一な中央部をマスクにより切出す方法によって達成する
ことができる。
ギの平均化は、たとえば、プリズムとレンズを組合せて
レーザ光を断面においていくつかに分割した後、再構成
する方法や、レーザ光について比較的エネルギ分布の均
一な中央部をマスクにより切出す方法によって達成する
ことができる。
【００２５】この発明では、一般にパルスレーザ光が用
いられる。この場合、パルスの繰返し周波数を高くする
ことで、成膜速度を増加させることができるため、高繰
返しのレーザ発振器を使用することが好ましい。また、
レーザのエネルギ密度が高いほど、成膜速度は向上する
ため、高エネルギを発生できる装置を用いることが好ま
しい。
いられる。この場合、パルスの繰返し周波数を高くする
ことで、成膜速度を増加させることができるため、高繰
返しのレーザ発振器を使用することが好ましい。また、
レーザのエネルギ密度が高いほど、成膜速度は向上する
ため、高エネルギを発生できる装置を用いることが好ま
しい。
【００２６】この発明では、レーザ光が照射された領域
において、気相中の化合物および水素ガスが分解、励起
されるので、その領域においてのみダイヤモンドの形成
が進行する。したがって、たとえば、レーザ光の光路を
固定し、基材を動かせば、基材上でレーザ光の光路下に
あった部分にダイヤモンドを形成させることができる。
において、気相中の化合物および水素ガスが分解、励起
されるので、その領域においてのみダイヤモンドの形成
が進行する。したがって、たとえば、レーザ光の光路を
固定し、基材を動かせば、基材上でレーザ光の光路下に
あった部分にダイヤモンドを形成させることができる。
【００２７】このような基材の駆動に関し、より具体的
な例を挙げると、たとえば、レーザ光を基材上にシリン
ドリカルレンズで線状に集束させ、基材を１軸について
駆動（平行移動または回転）させるだけで、基材におい
てレーザ光が照射された領域に均質で平坦な膜を形成さ
せることができる。
な例を挙げると、たとえば、レーザ光を基材上にシリン
ドリカルレンズで線状に集束させ、基材を１軸について
駆動（平行移動または回転）させるだけで、基材におい
てレーザ光が照射された領域に均質で平坦な膜を形成さ
せることができる。
【００２８】上記の例では、基材を駆動させるが、レー
ザ光を移動させることによっても、基材の任意の領域に
ダイヤモンドを形成させることができる。
ザ光を移動させることによっても、基材の任意の領域に
ダイヤモンドを形成させることができる。
【００２９】このように、本発明は、レーザと基材の位
置関係を変えるだけで、基材の任意の領域にダイヤモン
ドを成長させることが可能である。
置関係を変えるだけで、基材の任意の領域にダイヤモン
ドを成長させることが可能である。
【００３０】本発明において用いられる原料ガスは、水
素ガス（Ｈ2 ）を必ず含むものであるが、炭素原料とし
ては任意の化合物を含み得る。
素ガス（Ｈ2 ）を必ず含むものであるが、炭素原料とし
ては任意の化合物を含み得る。
【００３１】本発明において、炭素原子を含む化合物に
は、たとえば、メタン、エタン、プロパンなどの飽和炭
化水素、アセチレン、ベンゼン、キシレンなどの不飽和
炭化水素、メタノール、エタノールなどのアルコール、
酢酸メチルなどのエステル、フェノール，Ｏ−クレゾー
ルなどのフェノール類、エチルエーテルなどのエーテ
ル、アセトンなどのケトン類、ホルムアルデヒドなどの
アルデヒド類、および四塩化炭素などのハロゲン化炭素
等、種々の有機化合物を用いることができる。
は、たとえば、メタン、エタン、プロパンなどの飽和炭
化水素、アセチレン、ベンゼン、キシレンなどの不飽和
炭化水素、メタノール、エタノールなどのアルコール、
酢酸メチルなどのエステル、フェノール，Ｏ−クレゾー
ルなどのフェノール類、エチルエーテルなどのエーテ
ル、アセトンなどのケトン類、ホルムアルデヒドなどの
アルデヒド類、および四塩化炭素などのハロゲン化炭素
等、種々の有機化合物を用いることができる。
【００３２】このような有機化合物の原料への選択に際
しては、たとえば、その吸収帯に、使用するレーザ波長
が含まれない有機化合物を選択することもできる。この
ような選択において、たとえば、ＡｒＦエキシマレーザ
（波長１９３ｎｍ）を用いる場合、１９３ｎｍに吸収帯
を有するアセチレン等を避け、メタン等の飽和炭化水素
を選択することができる。
しては、たとえば、その吸収帯に、使用するレーザ波長
が含まれない有機化合物を選択することもできる。この
ような選択において、たとえば、ＡｒＦエキシマレーザ
（波長１９３ｎｍ）を用いる場合、１９３ｎｍに吸収帯
を有するアセチレン等を避け、メタン等の飽和炭化水素
を選択することができる。
【００３３】さらに、本発明において、ダイヤモンド形
成を促進させるため、ヘリウム、アルゴン、クリプト
ン、キセノンおよびラドンからなる群から選択される１
種以上のガスを原料ガス中に添加することができる。
成を促進させるため、ヘリウム、アルゴン、クリプト
ン、キセノンおよびラドンからなる群から選択される１
種以上のガスを原料ガス中に添加することができる。
【００３４】このようなガスを添加する場合、その濃度
は１０ｐｐｍ以上３０％以下であることが好ましい。濃
度が１０ｐｐｍ以下では、添加による効果が見られず、
濃度が３０％を越えるとダイヤモンドを形成する前駆体
の濃度が低くなり、添加した意味がなくなってくる。
は１０ｐｐｍ以上３０％以下であることが好ましい。濃
度が１０ｐｐｍ以下では、添加による効果が見られず、
濃度が３０％を越えるとダイヤモンドを形成する前駆体
の濃度が低くなり、添加した意味がなくなってくる。
【００３５】
【発明の作用効果】波長が１９０ｎｍ〜３６０ｎｍであ
る代表的なレーザ光はエキシマレーザ光である。このエ
キシマレーザ光は、他の波長の大きいレーザ光に比べて
コヒーレンス性が低い。すなわち、エキシマレーザ光
は、一般に比較的大きな広がり角度を有し、発振波長に
ついてもある幅を有している。
る代表的なレーザ光はエキシマレーザ光である。このエ
キシマレーザ光は、他の波長の大きいレーザ光に比べて
コヒーレンス性が低い。すなわち、エキシマレーザ光
は、一般に比較的大きな広がり角度を有し、発振波長に
ついてもある幅を有している。
【００３６】従来のレーザＣＶＤでは、用いるエキシマ
レーザ光のコヒーレンス性について、ダイヤモンド形成
に対する意義を見出していなかった。しかしながら、本
発明者らは、エキシマレーザ光を用いるＣＶＤについて
研究を重ねた結果、レーザ光のコヒーレンス性が質の高
いダイヤモンドを形成させる上で非常に重要な意味を持
っており、エキシマレーザのコヒーレンス性を高めるこ
とによって、プラズマ形成手段等の他の補助的手段を用
いることなく、低温において質の高いダイヤモンドを形
成できることを見出した。
レーザ光のコヒーレンス性について、ダイヤモンド形成
に対する意義を見出していなかった。しかしながら、本
発明者らは、エキシマレーザ光を用いるＣＶＤについて
研究を重ねた結果、レーザ光のコヒーレンス性が質の高
いダイヤモンドを形成させる上で非常に重要な意味を持
っており、エキシマレーザのコヒーレンス性を高めるこ
とによって、プラズマ形成手段等の他の補助的手段を用
いることなく、低温において質の高いダイヤモンドを形
成できることを見出した。
【００３７】図１（ａ）は、本発明に従って、メタンを
水素で希釈した原料ガス（水素９９％、メタン１％）に
発振時の広がり角度が５×１０-1ｍｒａｄ以下および発
振波長のバンド幅に関する半価幅が１×１０-1ｎｍ以下
のＡｒＦエキシマレーザ光を照射した場合における発行
スペクトルを示している。
水素で希釈した原料ガス（水素９９％、メタン１％）に
発振時の広がり角度が５×１０-1ｍｒａｄ以下および発
振波長のバンド幅に関する半価幅が１×１０-1ｎｍ以下
のＡｒＦエキシマレーザ光を照射した場合における発行
スペクトルを示している。
【００３８】一方、図１（ｂ）は、従来の方法に従い、
アセチレンを水素ガスで希釈した原料ガス（水素９９
％、アセチレン１％）に、発振時の広がり角度が３ｍｒ
ａｄで発振波長のバンド幅が２ｎｍの従来用いられてき
たＡｒＦエキシマレーザ光を照射した場合の発行スペク
トルを示している。
アセチレンを水素ガスで希釈した原料ガス（水素９９
％、アセチレン１％）に、発振時の広がり角度が３ｍｒ
ａｄで発振波長のバンド幅が２ｎｍの従来用いられてき
たＡｒＦエキシマレーザ光を照射した場合の発行スペク
トルを示している。
【００３９】図１（ａ）では、本発明にしたがうレーザ
光を照射することにより、ダイヤモンドの合成に重要な
多くの化学種が生成されることを示すピークが見られる
とともに、Ｈβという原子状水素の生成を示す強い発光
が見られる。一方、図１（ｂ）では、Ｃ2 による発光が
見られるだけで、原子状水素の発光も見られない。
光を照射することにより、ダイヤモンドの合成に重要な
多くの化学種が生成されることを示すピークが見られる
とともに、Ｈβという原子状水素の生成を示す強い発光
が見られる。一方、図１（ｂ）では、Ｃ2 による発光が
見られるだけで、原子状水素の発光も見られない。
【００４０】ダイヤモンドの気相合成機構については、
現在のところ完全には解明できていないが、水素ガスの
分解により生成する原子状水素がダイヤモンド合成に極
めて重要な働きをすることは、本発明者らの研究により
明らかになっている。
現在のところ完全には解明できていないが、水素ガスの
分解により生成する原子状水素がダイヤモンド合成に極
めて重要な働きをすることは、本発明者らの研究により
明らかになっている。
【００４１】また、図１（ａ）に示すように、コヒーレ
ンス性の高いレーザ光を照射することによって、ダイヤ
モンド合成に適した化学種のプロファイルが形成できる
原因については、本発明者らは完全に解明していない
が、レーザ光のコヒーレンス性を高めたことにより、局
部的に強い電界が生じ、プラズマ状態になったこと、お
よび、極めて高いエネルギの集中により、多光子的吸収
分解が促進されたことが考えられる。いずれにせよ、エ
キシマレーザのコヒーレンス性を高めることで、通常、
吸収分解の起こらない波長域においても、原料ガスの分
解を起こすことが可能になっている。
ンス性の高いレーザ光を照射することによって、ダイヤ
モンド合成に適した化学種のプロファイルが形成できる
原因については、本発明者らは完全に解明していない
が、レーザ光のコヒーレンス性を高めたことにより、局
部的に強い電界が生じ、プラズマ状態になったこと、お
よび、極めて高いエネルギの集中により、多光子的吸収
分解が促進されたことが考えられる。いずれにせよ、エ
キシマレーザのコヒーレンス性を高めることで、通常、
吸収分解の起こらない波長域においても、原料ガスの分
解を起こすことが可能になっている。
【００４２】また、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、
キセノン、ラドン等のガスを原料ガスに添加して、本発
明に従うレーザ光を照射すると、発光スペクトルの強度
は増加する。したがって、これらのガスを原料ガスに添
加することにより、原料ガスの分解を促進させてダイヤ
モンドの形成速度を向上させることができる。
キセノン、ラドン等のガスを原料ガスに添加して、本発
明に従うレーザ光を照射すると、発光スペクトルの強度
は増加する。したがって、これらのガスを原料ガスに添
加することにより、原料ガスの分解を促進させてダイヤ
モンドの形成速度を向上させることができる。
【００４３】このように、本発明に従えば、レーザ光の
コヒーレンス性を高めることによって、原料ガスからダ
イヤモンド合成に適した化学種を生成させ、これにより
低温でより質の高いダイヤモンドを形成させることがで
きる。
コヒーレンス性を高めることによって、原料ガスからダ
イヤモンド合成に適した化学種を生成させ、これにより
低温でより質の高いダイヤモンドを形成させることがで
きる。
【００４４】本発明において、レーザ光のコヒーレンス
性を高めるため、発振時のレーザ光の広がり角度を１×
１０-2〜５×１０-1ｍｒａｄの範囲としている。広がり
角度は、５×１０-1ｍｒａｄより大きい場合、収差が大
きくなり、エネルギが分散し、必要なエネルギ密度が得
られない。また、広がり角度が１×１０-2ｍｒａｄ未満
とすることは、技術的に困難である上に、たとえ、これ
より広がり角度を小さくしても、それに見合うだけの効
果は期待できない。
性を高めるため、発振時のレーザ光の広がり角度を１×
１０-2〜５×１０-1ｍｒａｄの範囲としている。広がり
角度は、５×１０-1ｍｒａｄより大きい場合、収差が大
きくなり、エネルギが分散し、必要なエネルギ密度が得
られない。また、広がり角度が１×１０-2ｍｒａｄ未満
とすることは、技術的に困難である上に、たとえ、これ
より広がり角度を小さくしても、それに見合うだけの効
果は期待できない。
【００４５】さらに、レーザ光のコヒーレンス性を高め
るため、本発明では発振波長のバンド幅について半価幅
を１０-4〜１０-1ｎｍとしている。半価幅を１０-1ｎｍ
より大きくすると、原料ガスの分解、励起を十分に行な
うことができず、半価幅が１０-4ｎｍ未満では、原料ガ
スの分解に必要なエネルギが得られない。
るため、本発明では発振波長のバンド幅について半価幅
を１０-4〜１０-1ｎｍとしている。半価幅を１０-1ｎｍ
より大きくすると、原料ガスの分解、励起を十分に行な
うことができず、半価幅が１０-4ｎｍ未満では、原料ガ
スの分解に必要なエネルギが得られない。
【００４６】また、本発明において注目すべきことは、
上述したように、メタンのようなレーザ光の波長に対し
て吸収帯を有していない化合物を炭素源として用いるこ
とが可能なことである。レーザ光の吸収が起こらない化
合物を用いてＣＶＤを行なえば、レーザ光を集束させた
領域およびその近傍領域のみにおいて炭素原料の分解を
起こすことができる。したがって、ＣＶＤのチャンバ内
において、レーザを透過させる窓から離れたところで原
料ガスの分解が進むので、窓が汚れることもない。
上述したように、メタンのようなレーザ光の波長に対し
て吸収帯を有していない化合物を炭素源として用いるこ
とが可能なことである。レーザ光の吸収が起こらない化
合物を用いてＣＶＤを行なえば、レーザ光を集束させた
領域およびその近傍領域のみにおいて炭素原料の分解を
起こすことができる。したがって、ＣＶＤのチャンバ内
において、レーザを透過させる窓から離れたところで原
料ガスの分解が進むので、窓が汚れることもない。
【００４７】一方、レーザ光の波長を吸収帯に有する化
合物を用いると、原料ガスがレーザ光を吸収して、いた
るところで分解が起こるようになる。特に、窓の近傍に
おいて吸収、分解が進めば、すす状の生成物が窓に付着
し、窓のレーザ光に対する透過性が低下する。そして、
最終的には、十分なエネルギのレーザ光が供給されなく
なり、ダイヤモンドが合成できなくなる。
合物を用いると、原料ガスがレーザ光を吸収して、いた
るところで分解が起こるようになる。特に、窓の近傍に
おいて吸収、分解が進めば、すす状の生成物が窓に付着
し、窓のレーザ光に対する透過性が低下する。そして、
最終的には、十分なエネルギのレーザ光が供給されなく
なり、ダイヤモンドが合成できなくなる。
【００４８】このような問題に対し、窓の内側に不活性
ガスあるいは水素ガスを吹付けることもできるが、ガス
の拡散等の影響があるため、このような方法は必ずしも
好ましくない。
ガスあるいは水素ガスを吹付けることもできるが、ガス
の拡散等の影響があるため、このような方法は必ずしも
好ましくない。
【００４９】エキシマレーザの断面は、通常、約１０ｍ
ｍ×３０ｍｍ前後の四角形状を有しており、ビーム断面
のエネルギプロファイルは均一でなく、ガウス分布で近
似できるような分布を有している。すなわち、レーザの
エネルギ強度は、レーザ光の断面において中央部が高
く、周辺部が低くなっている。このことは、レーザ光を
点状に集光した場合には、問題にならないが、集光点前
後のレーザ光を基板上に照射する場合は、ダイヤモンド
が不均一に生成する原因の１つとなる。
ｍ×３０ｍｍ前後の四角形状を有しており、ビーム断面
のエネルギプロファイルは均一でなく、ガウス分布で近
似できるような分布を有している。すなわち、レーザの
エネルギ強度は、レーザ光の断面において中央部が高
く、周辺部が低くなっている。このことは、レーザ光を
点状に集光した場合には、問題にならないが、集光点前
後のレーザ光を基板上に照射する場合は、ダイヤモンド
が不均一に生成する原因の１つとなる。
【００５０】これに対し、断面方向におけるエネルギの
ばらつきを平均エネルギの１０％以内に押えることによ
り、ダイヤモンド形成の精度を高めることができた。こ
れによって、エネルギのばらつきがダイヤモンドの形成
に与える影響をほとんど排除することができる。
ばらつきを平均エネルギの１０％以内に押えることによ
り、ダイヤモンド形成の精度を高めることができた。こ
れによって、エネルギのばらつきがダイヤモンドの形成
に与える影響をほとんど排除することができる。
【００５１】また、本発明者らは、レーザ光を基材上に
シリンドリカルレンズを用いて線状に集束させ、基材を
１軸について駆動（平行移動または回転）させるだけ
で、ダイヤモンドを平坦かつ均一に形成できることを見
出した。この原因については、今のところ解明できてい
ないが、１方向に集光することでエネルギ分布が相殺さ
れるような条件が存在していることも考えられる。
シリンドリカルレンズを用いて線状に集束させ、基材を
１軸について駆動（平行移動または回転）させるだけ
で、ダイヤモンドを平坦かつ均一に形成できることを見
出した。この原因については、今のところ解明できてい
ないが、１方向に集光することでエネルギ分布が相殺さ
れるような条件が存在していることも考えられる。
【００５２】以上説明してきたところから、本発明に従
えば、次に示すような効果を奏することができる。
えば、次に示すような効果を奏することができる。
【００５３】（１） プラズマ発生手段等の付加的装置
を用いることなく、レーザにより原子状水素を大量に照
射点近傍に発生させることができるため、簡単な装置に
おいて高品質のダイヤモンドを形成させることができ
る。
を用いることなく、レーザにより原子状水素を大量に照
射点近傍に発生させることができるため、簡単な装置に
おいて高品質のダイヤモンドを形成させることができ
る。
【００５４】（２） 熱的手段を用いず、しかもプラズ
マＣＶＤのようにプラズマの発生によって基材が付随的
に加熱されることもないので、基材上および基材に極め
て近いところで、効率よく励起された活性種を生成する
ことにより、より低温で高品質なダイヤモンドを形成さ
せることができる。
マＣＶＤのようにプラズマの発生によって基材が付随的
に加熱されることもないので、基材上および基材に極め
て近いところで、効率よく励起された活性種を生成する
ことにより、より低温で高品質なダイヤモンドを形成さ
せることができる。
【００５５】（３） 炭素原子を含む原料について、吸
収の起こらない波長のレーザ光を用いても、原料の分
解、励起を行なうことができるので、レーザ光を集束し
た領域またはその近傍領域においてのみガスを分解させ
ることにより、レーザ光用窓を汚さずにダイヤモンドを
形成することができる。
収の起こらない波長のレーザ光を用いても、原料の分
解、励起を行なうことができるので、レーザ光を集束し
た領域またはその近傍領域においてのみガスを分解させ
ることにより、レーザ光用窓を汚さずにダイヤモンドを
形成することができる。
【００５６】（４） レーザを集光した部分で原料ガス
を分解させてダイヤモンドを堆積させることができるの
で、レーザ光と基材とを三次元的に駆動させることによ
り、複雑な形状を有する基材上で任意の領域にダイヤモ
ンドを形成させることができる。
を分解させてダイヤモンドを堆積させることができるの
で、レーザ光と基材とを三次元的に駆動させることによ
り、複雑な形状を有する基材上で任意の領域にダイヤモ
ンドを形成させることができる。
【００５７】（５） レーザ光を線状に集束して、基材
を１軸について駆動させることにより、均一で平坦なダ
イヤモンド膜が得られる。
を１軸について駆動させることにより、均一で平坦なダ
イヤモンド膜が得られる。
【００５８】（６） ダイヤモンド膜の厚みは、基材操
作速度、レーザエネルギ密度、レーザ発振パルス数等を
変えることにより自由に制御できる。
作速度、レーザエネルギ密度、レーザ発振パルス数等を
変えることにより自由に制御できる。
【００５９】
実施例１ レーザＣＶＤ用のチャンバとして通常の真空容器を用
い、原料ガスには水素９９％、メタン１％の混合ガスを
使用した。ガラス基材を＃５０００のダイヤモンド砥粒
により傷付け処理した後、真空容器内に収容し、常法に
従って減圧下において原料ガスを真空容器に供給した。
い、原料ガスには水素９９％、メタン１％の混合ガスを
使用した。ガラス基材を＃５０００のダイヤモンド砥粒
により傷付け処理した後、真空容器内に収容し、常法に
従って減圧下において原料ガスを真空容器に供給した。
【００６０】ついで、基材をカンタルヒータにより３０
０℃に加熱し、グレーティングおよびプリズムにより狭
帯域化した種光を増幅発振させたＸｅＣｌエキシマレー
ザ光を、真空容器に設けられた溶融石英製窓を通して、
ガラス基材の上方１ｍｍのところに照射した。このとき
のレーザ光の半価幅をファブリペロー干渉計にて測定し
たところ、１．０×１０-1ｎｍであった。また、レーザ
のエネルギは１００ｍＪであった。なお、測温には熱電
対を使用した。
０℃に加熱し、グレーティングおよびプリズムにより狭
帯域化した種光を増幅発振させたＸｅＣｌエキシマレー
ザ光を、真空容器に設けられた溶融石英製窓を通して、
ガラス基材の上方１ｍｍのところに照射した。このとき
のレーザ光の半価幅をファブリペロー干渉計にて測定し
たところ、１．０×１０-1ｎｍであった。また、レーザ
のエネルギは１００ｍＪであった。なお、測温には熱電
対を使用した。
【００６１】レーザ光を約１時間照射した後、真空容器
より基材を取出して分析した結果、形成された膜は図２
に示すようなラマンスペクトルを呈した。このスペクト
ルでは、強いダイヤモンドピーク（１３３３ｃｍ-1）が
認められ、品質の高いダイヤモンド膜が得られたことが
判明した。また、ダイヤモンド膜の厚さは約０．１μｍ
であった。 実施例２ 基材としてアルミニウム基材、原料ガスとして水素９９
％、メタン１％の混合ガスを使用した。基材を真空容器
に収容し、常法に従って真空容器内に原料ガスを供給し
た。
より基材を取出して分析した結果、形成された膜は図２
に示すようなラマンスペクトルを呈した。このスペクト
ルでは、強いダイヤモンドピーク（１３３３ｃｍ-1）が
認められ、品質の高いダイヤモンド膜が得られたことが
判明した。また、ダイヤモンド膜の厚さは約０．１μｍ
であった。 実施例２ 基材としてアルミニウム基材、原料ガスとして水素９９
％、メタン１％の混合ガスを使用した。基材を真空容器
に収容し、常法に従って真空容器内に原料ガスを供給し
た。
【００６２】ついで、グレーティングおよびプリズムに
より狭帯域化した種光を不安定型共振器により増幅発振
させたＸｅＦエキシマレーザ光を、真空容器に設けられ
た溶融石英製の窓を通して、アルミニウム基材の１ｍｍ
上方に集光させた。このときのレーザ光の半価幅をファ
ブリペロー干渉計にて測定したところ、１．０×１０ -4
ｎｍであった。また、レーザ光の広がり角度は５×１０
-2ｍｒａｄ、レーザのエネルギは１００ｍＪであった。
測温には熱電対を使用し、ＣＶＤに際して基材はカンタ
ルヒータにより２００℃に加熱された。
より狭帯域化した種光を不安定型共振器により増幅発振
させたＸｅＦエキシマレーザ光を、真空容器に設けられ
た溶融石英製の窓を通して、アルミニウム基材の１ｍｍ
上方に集光させた。このときのレーザ光の半価幅をファ
ブリペロー干渉計にて測定したところ、１．０×１０ -4
ｎｍであった。また、レーザ光の広がり角度は５×１０
-2ｍｒａｄ、レーザのエネルギは１００ｍＪであった。
測温には熱電対を使用し、ＣＶＤに際して基材はカンタ
ルヒータにより２００℃に加熱された。
【００６３】レーザ光を約１時間照射した後、真空容器
より基材を取出して分析を行なった結果、図３に示すよ
うなラマンスペクトルを呈する膜が得られた。ラマンス
ペクトルは強いダイヤモンドピーク（１３３３ｃｍ-1）
を有するため、品質の高いダイヤモンド膜が形成された
ことを示していた。また、得られたダイヤモンド膜の厚
さは約０．７μｍであった。 実施例３ アルミニウム基材を通常の真空容器内に収容し、水素９
９％、メタン１％の原料ガスを真空容器に供給した。カ
ンタルヒータにより基材を４００℃に加熱し、不安定型
共振器により発振させたＡｒＦエキシマレーザ光を加熱
されたアルミニウム基材の１ｍｍ上方に集光させた。こ
のときのレーザ光の広がり角度は１．０×１０-2ｍａｒ
ｄ、レーザのエネルギは５００ｍＪであった。なお、測
温には熱電対を使用した。
より基材を取出して分析を行なった結果、図３に示すよ
うなラマンスペクトルを呈する膜が得られた。ラマンス
ペクトルは強いダイヤモンドピーク（１３３３ｃｍ-1）
を有するため、品質の高いダイヤモンド膜が形成された
ことを示していた。また、得られたダイヤモンド膜の厚
さは約０．７μｍであった。 実施例３ アルミニウム基材を通常の真空容器内に収容し、水素９
９％、メタン１％の原料ガスを真空容器に供給した。カ
ンタルヒータにより基材を４００℃に加熱し、不安定型
共振器により発振させたＡｒＦエキシマレーザ光を加熱
されたアルミニウム基材の１ｍｍ上方に集光させた。こ
のときのレーザ光の広がり角度は１．０×１０-2ｍａｒ
ｄ、レーザのエネルギは５００ｍＪであった。なお、測
温には熱電対を使用した。
【００６４】レーザ光を約１時間照射した後、真空容器
より基材を取出してラマン分光分析を行なった結果、基
材上に品質の高いダイヤモンド膜が形成されたことが判
明した。得られたダイヤモンド膜の膜厚は約０．１μｍ
であった。 実施例４ 原料ガスとして、上記実施例で用いた水素９９％、メタ
ン１％の混合ガスにアルゴンガスを５％添加したものを
用いた。アルミニウム基材を通常の真空容器に収容し、
原料ガスを真空容器内に供給した。ついで、基材をカン
タルヒータにより２００℃に加熱し、グレーティングお
よびプリズムにより狭帯域化した種光を不安定型共振器
により増幅発振させたＸｅＣｌエキシマレーザ光を、溶
融石英製の窓を通して、加熱されたアルミニウム基材の
１ｍｍ上方に集光させた。このときのレーザ光の半価幅
をファブリペロー干渉計にて測定したところ、１．０×
１０-4ｎｍであった。また、レーザ光の広がり角度は
１．０×１０-2ｍｒａｄ、レーザのエネルギは１００ｍ
Ｊであった。なお、温度測定は熱電対を使用して行なっ
た。
より基材を取出してラマン分光分析を行なった結果、基
材上に品質の高いダイヤモンド膜が形成されたことが判
明した。得られたダイヤモンド膜の膜厚は約０．１μｍ
であった。 実施例４ 原料ガスとして、上記実施例で用いた水素９９％、メタ
ン１％の混合ガスにアルゴンガスを５％添加したものを
用いた。アルミニウム基材を通常の真空容器に収容し、
原料ガスを真空容器内に供給した。ついで、基材をカン
タルヒータにより２００℃に加熱し、グレーティングお
よびプリズムにより狭帯域化した種光を不安定型共振器
により増幅発振させたＸｅＣｌエキシマレーザ光を、溶
融石英製の窓を通して、加熱されたアルミニウム基材の
１ｍｍ上方に集光させた。このときのレーザ光の半価幅
をファブリペロー干渉計にて測定したところ、１．０×
１０-4ｎｍであった。また、レーザ光の広がり角度は
１．０×１０-2ｍｒａｄ、レーザのエネルギは１００ｍ
Ｊであった。なお、温度測定は熱電対を使用して行なっ
た。
【００６５】レーザ光を約１時間照射した後、真空容器
より基材を取出して分析を行なった結果、品質の高いダ
イヤモンド膜が得られたことが明らかになった。また、
ダイヤモンド膜の厚さは約１．２μｍであった。 実施例５ 原料ガスとして、水素９９％、メタン１％の混合ガスに
ヘリウムガスを１％添加したものを用いた。アルミニウ
ム基材を通常の真空容器に収容し、常法に従って原料ガ
スを真空容器内に供給した。
より基材を取出して分析を行なった結果、品質の高いダ
イヤモンド膜が得られたことが明らかになった。また、
ダイヤモンド膜の厚さは約１．２μｍであった。 実施例５ 原料ガスとして、水素９９％、メタン１％の混合ガスに
ヘリウムガスを１％添加したものを用いた。アルミニウ
ム基材を通常の真空容器に収容し、常法に従って原料ガ
スを真空容器内に供給した。
【００６６】ついで、グレーティングおよびプリズムに
より狭帯域化した種光を不安定型共振器により増幅発振
させたＡｒＦエキシマレーザ光を、真空容器に設けられ
た溶融石英製の窓を通して、アルミニウム基材の上方１
ｍｍのところに集光させた。このときのレーザ光の半価
幅をファブリペロー干渉計にて測定したところ、１．０
×１０-4ｎｍであった。また、レーザ光の広がり角度は
１．０×１０-2ｍｒａｄ、レーザのエネルギは１００ｍ
Ｊであった。なお、基材はカンタルヒータにより２００
℃に加熱し、測温には熱電対を使用した。
より狭帯域化した種光を不安定型共振器により増幅発振
させたＡｒＦエキシマレーザ光を、真空容器に設けられ
た溶融石英製の窓を通して、アルミニウム基材の上方１
ｍｍのところに集光させた。このときのレーザ光の半価
幅をファブリペロー干渉計にて測定したところ、１．０
×１０-4ｎｍであった。また、レーザ光の広がり角度は
１．０×１０-2ｍｒａｄ、レーザのエネルギは１００ｍ
Ｊであった。なお、基材はカンタルヒータにより２００
℃に加熱し、測温には熱電対を使用した。
【００６７】レーザ光を約１時間照射した後、真空容器
より基材を取出して分析を行なった結果、基材上に形成
された膜は品質の高いダイヤモンド膜であった。また、
ダイヤモンド膜の厚さは約１．５μｍであった。 実施例６ 通常の真空容器にアルミニウム基材を収容し、水素９９
％、メタン１％の原料ガスを真空容器内に供給した。
より基材を取出して分析を行なった結果、基材上に形成
された膜は品質の高いダイヤモンド膜であった。また、
ダイヤモンド膜の厚さは約１．５μｍであった。 実施例６ 通常の真空容器にアルミニウム基材を収容し、水素９９
％、メタン１％の原料ガスを真空容器内に供給した。
【００６８】グレーティングおよびプリズムにより狭帯
域化した種光を不安定型共振器により増幅発振させたＡ
ｒＦエキシマレーザ光を、真空容器に設けられた溶融石
英製の窓を通して、アルミニウム基材の１ｍｍ上方に集
光させた。レーザ光の広がり角度は５×１０-2ｍｒａ
ｄ、ファブリペロー干渉計により測定された半価幅は
１．０×１０-4ｎｍ、レーザのエネルギは１００ｍＪで
あった。
域化した種光を不安定型共振器により増幅発振させたＡ
ｒＦエキシマレーザ光を、真空容器に設けられた溶融石
英製の窓を通して、アルミニウム基材の１ｍｍ上方に集
光させた。レーザ光の広がり角度は５×１０-2ｍｒａ
ｄ、ファブリペロー干渉計により測定された半価幅は
１．０×１０-4ｎｍ、レーザのエネルギは１００ｍＪで
あった。
【００６９】レーザ光の照射に際しては、レーザ光はシ
リンドリカルレンズにより線状に集光された。また、レ
ーザ光の照射に際して、アルミニウム基材はカンタルヒ
ータにより２００℃に加熱され、かつ６０ｒｐｍで回転
された。なお、温度は熱電対により検証した。
リンドリカルレンズにより線状に集光された。また、レ
ーザ光の照射に際して、アルミニウム基材はカンタルヒ
ータにより２００℃に加熱され、かつ６０ｒｐｍで回転
された。なお、温度は熱電対により検証した。
【００７０】レーザ光を約１０分照射した後、真空容器
より基材を取出して分析を行なった結果、直径６０ｍｍ
の基板上に品質の高いダイヤモンド膜が均一に形成され
ていることが判明した。ダイヤモンド膜の厚さは約０．
５μｍであった。 実施例７ アルミナ基材を通常の真空容器に収容し、水素９９％、
メタン１％の原料ガスを真空容器内に供給した。
より基材を取出して分析を行なった結果、直径６０ｍｍ
の基板上に品質の高いダイヤモンド膜が均一に形成され
ていることが判明した。ダイヤモンド膜の厚さは約０．
５μｍであった。 実施例７ アルミナ基材を通常の真空容器に収容し、水素９９％、
メタン１％の原料ガスを真空容器内に供給した。
【００７１】グレーティングおよびプリズムにより狭帯
域化した種光を不安定型共振器により増幅発振させ、か
つプリズムおよびレンズを組合せたホモジナイザにより
エネルギプロファイルを均一化したＡｒＦエキシマレー
ザ光を、真空容器に設けられた溶融石英製の窓を通し
て、アルミナ基材上に照射した。このときのレーザ光の
半価幅をファブリファブリペロー干渉計にて測定したと
ころ、１．０×１０-4ｎｍであった。また、レーザ光の
広がり角度は５×１０-2ｍｒａｄであり、プロファイラ
で観測したエネルギ分布の最大と最小の差は、平均エネ
ルギ強度の約９．５％であった。なお、レーザのエネル
ギは１００ｍＪであった。
域化した種光を不安定型共振器により増幅発振させ、か
つプリズムおよびレンズを組合せたホモジナイザにより
エネルギプロファイルを均一化したＡｒＦエキシマレー
ザ光を、真空容器に設けられた溶融石英製の窓を通し
て、アルミナ基材上に照射した。このときのレーザ光の
半価幅をファブリファブリペロー干渉計にて測定したと
ころ、１．０×１０-4ｎｍであった。また、レーザ光の
広がり角度は５×１０-2ｍｒａｄであり、プロファイラ
で観測したエネルギ分布の最大と最小の差は、平均エネ
ルギ強度の約９．５％であった。なお、レーザのエネル
ギは１００ｍＪであった。
【００７２】レーザ光の照射に際しては、凸レンズを使
用して１ｍｍ×３ｍｍ角にレーザ光を集束させた。ま
た、アルミニウム基材はカンタルヒータにより２００℃
に加熱され、等速度で平行に１０ｍｍ駆動された。な
お、温度は熱電対により検証した。
用して１ｍｍ×３ｍｍ角にレーザ光を集束させた。ま
た、アルミニウム基材はカンタルヒータにより２００℃
に加熱され、等速度で平行に１０ｍｍ駆動された。な
お、温度は熱電対により検証した。
【００７３】レーザ光を１０分間照射した後、真空容器
より基材を取出して分析を行なった結果、品質の高いダ
イヤモンド膜が幅３ｍｍ、長さ１０ｍｍで、均一に形成
されていることが判明した。この膜厚は約０．５μｍで
あった。 比較例 アレチレン１％、水素９９％の混合ガスを原料ガスとし
て用いた。比較的結晶性の良いダイヤモンドが得られや
すいＳｉ基材を通常の真空容器に収容し、常法に従って
真空容器に原料ガスを供給した。ついで、ＡｒＦエキシ
マレーザを、レーザ光の広がり角度３ｍｒａｄ、レーザ
光の半価幅２ｎｍ、レーザのエネルギ１００ｍＪの条件
下で従来技術に従って照射した。このとき、基材は約３
００℃に加熱された。このように従来技術に従ってレー
ザ光を照射した場合、基材上に煤状物が付着するだけ
で、ダイヤモンドは形成されなかった。
より基材を取出して分析を行なった結果、品質の高いダ
イヤモンド膜が幅３ｍｍ、長さ１０ｍｍで、均一に形成
されていることが判明した。この膜厚は約０．５μｍで
あった。 比較例 アレチレン１％、水素９９％の混合ガスを原料ガスとし
て用いた。比較的結晶性の良いダイヤモンドが得られや
すいＳｉ基材を通常の真空容器に収容し、常法に従って
真空容器に原料ガスを供給した。ついで、ＡｒＦエキシ
マレーザを、レーザ光の広がり角度３ｍｒａｄ、レーザ
光の半価幅２ｎｍ、レーザのエネルギ１００ｍＪの条件
下で従来技術に従って照射した。このとき、基材は約３
００℃に加熱された。このように従来技術に従ってレー
ザ光を照射した場合、基材上に煤状物が付着するだけ
で、ダイヤモンドは形成されなかった。
【００７４】そこで、レーザ照射に際してＤＣプラズマ
を付加し、基板温度も７００℃と比較的高い温度に設定
して合成実験を行なった。その結果、図４に示すような
ラマンスペクトルが得られたが、このスペクトルでは、
１３３３ｃｍ-1のダイヤモンドピークが極めて弱く、か
つブロードになっていた。
を付加し、基板温度も７００℃と比較的高い温度に設定
して合成実験を行なった。その結果、図４に示すような
ラマンスペクトルが得られたが、このスペクトルでは、
１３３３ｃｍ-1のダイヤモンドピークが極めて弱く、か
つブロードになっていた。
【図１】本発明および従来技術において用いられるエキ
シマレーザの照射により観察される発光分光スペクトル
を示す図である。
シマレーザの照射により観察される発光分光スペクトル
を示す図である。
【図２】本発明に従う実施例１において得られた膜のラ
マンスペクトルを示す図である。
マンスペクトルを示す図である。
【図３】本発明に従う実施例２で得られた膜のラマンス
ペクトルを示す図である。
ペクトルを示す図である。
【図４】比較例において得られた膜のラマンスペクトル
を示す図である。
を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 炭素原子を含む化合物が水素ガスで希釈
された原料ガスを用いて、気相より基材上にダイヤモン
ドを合成する方法であって、 １×１０-2ｍｒａｄ以上５×１０-1ｍｒａｄ以下の範囲
にある発振時の広がり角度および１×１０-4ｎｍ以上１
×１０-1ｎｍ以下の範囲にある発振波長のバンド幅に関
する半価幅の少なくともいずれかを満足し、波長が１９
０ｎｍから３６０ｎｍの範囲にあるレーザ光を前記原料
ガス中または前記基材上に照射することにより、前記化
合物および前記水素ガスを分解させることを特徴とす
る、ダイヤモンド合成方法。 - 【請求項２】 前記レーザ光の光軸に垂直な面内でのエ
ネルギ強度のばらつきが、平均エネルギ強度の１０％以
下であることを特徴とする、請求項１に記載のダイヤモ
ンド合成方法。 - 【請求項３】 前記原料ガスが、ヘリウム、アルゴン、
ネオン、クリプトン、キセノンおよびラドンからなる群
から選択された少なくとも１つのガスを含むことを特徴
とする、請求項１に記載のダイヤモンド合成方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4182617A JPH0624896A (ja) | 1992-07-09 | 1992-07-09 | ダイヤモンド合成方法 |
| DE69301378T DE69301378T2 (de) | 1992-07-09 | 1993-07-07 | Verfahren zur Diamantherstellung |
| EP93110885A EP0578232B1 (en) | 1992-07-09 | 1993-07-07 | Diamond synthetic method |
| US08/090,282 US5387443A (en) | 1992-07-09 | 1993-07-08 | Laser CVD method for synthesizing diamond |
| CA002100132A CA2100132C (en) | 1992-07-09 | 1993-07-08 | Method of producing synthetic diamond |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4182617A JPH0624896A (ja) | 1992-07-09 | 1992-07-09 | ダイヤモンド合成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0624896A true JPH0624896A (ja) | 1994-02-01 |
Family
ID=16121425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4182617A Withdrawn JPH0624896A (ja) | 1992-07-09 | 1992-07-09 | ダイヤモンド合成方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5387443A (ja) |
| EP (1) | EP0578232B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0624896A (ja) |
| CA (1) | CA2100132C (ja) |
| DE (1) | DE69301378T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023501762A (ja) * | 2020-10-23 | 2023-01-19 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 低い粗さのダイヤモンドフィルムの堆積 |
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|---|---|---|---|---|
| JPH0640797A (ja) * | 1992-04-23 | 1994-02-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンドの加工方法 |
| EP0752018A4 (en) * | 1994-05-12 | 1998-09-02 | Qqc Inc | METHOD FOR SURFACE TREATMENT |
| US5637950A (en) * | 1994-10-31 | 1997-06-10 | Lucent Technologies Inc. | Field emission devices employing enhanced diamond field emitters |
| US5826328A (en) * | 1996-03-25 | 1998-10-27 | International Business Machines | Method of making a thin radio frequency transponder |
| US7568445B2 (en) | 2000-11-17 | 2009-08-04 | Lockheed Martin Corporation | System and method for the holographic deposition of material |
| DE10259174B4 (de) * | 2002-12-18 | 2006-10-12 | Robert Bosch Gmbh | Verwendung eines tribologisch beanspruchten Bauelements |
| US7311947B2 (en) * | 2003-10-10 | 2007-12-25 | Micron Technology, Inc. | Laser assisted material deposition |
| US7807062B2 (en) * | 2006-07-10 | 2010-10-05 | Micron Technology, Inc. | Electron induced chemical etching and deposition for local circuit repair |
| US7892978B2 (en) * | 2006-07-10 | 2011-02-22 | Micron Technology, Inc. | Electron induced chemical etching for device level diagnosis |
| US7791055B2 (en) | 2006-07-10 | 2010-09-07 | Micron Technology, Inc. | Electron induced chemical etching/deposition for enhanced detection of surface defects |
| US7718080B2 (en) * | 2006-08-14 | 2010-05-18 | Micron Technology, Inc. | Electronic beam processing device and method using carbon nanotube emitter |
| US7833427B2 (en) * | 2006-08-14 | 2010-11-16 | Micron Technology, Inc. | Electron beam etching device and method |
| US7791071B2 (en) | 2006-08-14 | 2010-09-07 | Micron Technology, Inc. | Profiling solid state samples |
| WO2009028451A1 (ja) * | 2007-08-27 | 2009-03-05 | Toyo University | 炭素含有化合物の分解方法及びカーボン微小構造体の製造方法、並びにカーボン薄膜製造方法 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU339134A1 (ru) * | 1956-07-10 | 1980-05-12 | Институт Физической Химии | Способ наращивани граней алмаза |
| US3030188A (en) * | 1958-07-23 | 1962-04-17 | Union Carbide Corp | Synthesis of diamond |
| US3030187A (en) * | 1958-07-23 | 1962-04-17 | Union Carbide Corp | Synthesis of diamond |
| DD221201A1 (de) * | 1983-12-09 | 1985-04-17 | Univ Magdeburg Tech | Verfahren zur maskenlosen herstellung von kohlenstoffschichten auf substraten |
| JPS61236691A (ja) * | 1985-04-09 | 1986-10-21 | Nec Corp | ダイヤモンドの気相合成法 |
| EP0209131B1 (en) * | 1985-07-17 | 1991-12-04 | Nec Corporation | Optical cvd method with a strong optical intensity used during an initial period and device therefor |
| EP0251764B1 (en) * | 1986-06-30 | 1996-03-27 | Nihon Sinku Gijutsu Kabushiki Kaisha | Chemical vapour deposition methods and apparatus |
| JPS63288992A (ja) * | 1987-05-20 | 1988-11-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンドの気相合成法 |
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| JPH02104668A (ja) * | 1988-10-12 | 1990-04-17 | Sumitomo Metal Ind Ltd | レーザ光を用いた気相反応析出法 |
| US4948629A (en) * | 1989-02-10 | 1990-08-14 | International Business Machines Corporation | Deposition of diamond films |
| JP2708896B2 (ja) * | 1989-07-19 | 1998-02-04 | 三洋電機株式会社 | 吸収冷凍機 |
| JPH03185956A (ja) * | 1989-12-14 | 1991-08-13 | Tadashi Abe | 電話機 |
| US5154945A (en) * | 1990-03-05 | 1992-10-13 | Iowa Laser Technology, Inc. | Methods using lasers to produce deposition of diamond thin films on substrates |
-
1992
- 1992-07-09 JP JP4182617A patent/JPH0624896A/ja not_active Withdrawn
-
1993
- 1993-07-07 DE DE69301378T patent/DE69301378T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-07 EP EP93110885A patent/EP0578232B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-07-08 CA CA002100132A patent/CA2100132C/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-08 US US08/090,282 patent/US5387443A/en not_active Expired - Fee Related
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| JP2023501762A (ja) * | 2020-10-23 | 2023-01-19 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 低い粗さのダイヤモンドフィルムの堆積 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0578232B1 (en) | 1996-01-24 |
| US5387443A (en) | 1995-02-07 |
| CA2100132A1 (en) | 1994-01-10 |
| EP0578232A1 (en) | 1994-01-12 |
| CA2100132C (en) | 1998-10-20 |
| DE69301378T2 (de) | 1996-05-30 |
| DE69301378D1 (de) | 1996-03-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991005 |