JP2003055087A - Method of synthesizing diamond fine particle by using low pressure induction coupling plasma - Google Patents
Method of synthesizing diamond fine particle by using low pressure induction coupling plasmaInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、低圧誘導結合型プ
ラズマ（低圧Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ
ｐｌａｓｍａ；以下、低圧ＩＣＰという）反応装置、
すなわち、原料ガス供給口と排出口とを備えてなる真空
引きチャンバー構造を有し、該供給口と排出口との間の
チャンバー内ガス流路には、プラズマ発生アンテナによ
ってプラズマが発生するプラズマ発生空間領域を有し、
さらにこのプラズマ発生空間領域に隣接して反応物堆積
用加熱基板が設けられている低圧ＩＣＰ反応装置を用い
たダイヤモンド微粒子の合成方法に関する。特に、０．
１Ｔｏｒｒ以下の低圧ＩＣＰを用いることによりサブミ
クロンサイズ、高純度のダイヤモンド粒子の合成方法に
関する。The present invention relates to a low pressure inductively coupled plasma (low pressure inductively coupled plasma).
plasma; hereinafter referred to as low pressure ICP) reactor,
That is, it has a vacuum chamber structure having a source gas supply port and a discharge port, and a plasma generation antenna in which a plasma is generated by a plasma generation antenna in a chamber gas flow path between the supply port and the discharge port. Has a spatial area,
Further, the present invention relates to a method for synthesizing diamond fine particles using a low pressure ICP reactor in which a heating substrate for reactant deposition is provided adjacent to the plasma generation space region. In particular, 0.
The present invention relates to a method for synthesizing submicron size, high purity diamond particles by using a low pressure ICP of 1 Torr or less.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ダイヤモンドを気相反応により合成する
方法としては、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、イオン
ビーム蒸着法、スパッタリング法等知られている。その
うちプラズマＣＶＤ法によるダイヤモンドの合成法に関
しては、これまでに報告された研究は、マイクロ波プラ
ズマ及び直流プラズマジェットによる数十Ｔｏｒｒから
大気圧の範囲のプラズマに基づいた研究がほとんどで、
いわゆる０．１Ｔｏｒｒ以下の低圧プラズマによるダイ
ヤモンド合成法については、後述する特許文献に示唆さ
れているぐらいで、報告例は多くはない。2. Description of the Related Art As a method for synthesizing diamond by a vapor phase reaction, a thermal CVD method, a plasma CVD method, an ion beam evaporation method, a sputtering method and the like are known. Regarding the synthesis method of diamond by the plasma CVD method, most of the studies that have been reported so far are based on the plasma in the range of several tens Torr to atmospheric pressure by the microwave plasma and the direct current plasma jet.
The diamond synthesis method using low-pressure plasma of 0.1 Torr or less is only suggested in the patent document described later, and there are not many reported examples.
【０００３】すなわち、プラズマＣＶＤ法によるダイヤ
モンド微粒子の合成方法において、一般的に採用されて
いる方法は、大気圧近くの圧力でプラズマを発生し、ダ
イヤモンド合成する方法については報告も多数あり、そ
れ自体、ダイヤモンド微粒子の合成方法として技術的に
確立している方法である、と言うことができるが、この
方法は、使用する装置が比較的に大がかりで高価なプラ
ズマ発生装置に基づいているものであること、また、装
置の運転費用の点でもコストのかかるものであること、
さらにまた、その合成条件は大気圧に近いため、生成し
たダイヤモンド微粒子には不純物が混入し易くなるこ
と、等の点でなお、検討すべき課題が残され、問題があ
るものであった。That is, in the method of synthesizing diamond fine particles by the plasma CVD method, there are many reports on the method generally employed, and a method of synthesizing diamond by generating plasma at a pressure close to the atmospheric pressure is reported. It can be said that this is a method that has been technically established as a method for synthesizing diamond fine particles, but this method is based on a relatively large-scale and expensive plasma generator. Also, it is costly in terms of operating costs of the device,
Furthermore, since the synthesis conditions are close to the atmospheric pressure, impurities tend to be easily mixed in the generated diamond fine particles, and there are still problems to be studied, which is a problem.
【０００４】一方、前記したように、低圧プラズマ法に
よりダイヤモンドを合成、製造する試みもなされてはい
る。すなわち、特開平６−１１６７３３号公報には低圧
ＩＣＰ発生装置を用いたプラズマＣＶＤ法が記載され、
その実施態様例として、ダイヤモンド合成を試みたこと
が開示されている。この特許公開公報には、低圧ＩＣＰ
発生装置により、１０Ｔｏｒｒ〜１０-4Ｔｏｒｒの中真
空領域でプラズマを発生させ、適当なガス源を用い、基
板を加熱しつつ基板のバイアス電位を制御して、基板上
にダイヤモンドを析出させようとすることが示唆されて
いる。On the other hand, as described above, attempts have been made to synthesize and manufacture diamond by the low pressure plasma method. That is, Japanese Patent Laid-Open No. 6-116733 describes a plasma CVD method using a low pressure ICP generator.
As an example of the embodiment, an attempt to synthesize diamond is disclosed. This patent publication discloses low voltage ICP
A generator is used to generate plasma in a medium vacuum region of 10 Torr to 10 −4 Torr, and an appropriate gas source is used to control the bias potential of the substrate while heating the substrate to deposit diamond on the substrate. It has been suggested to do so.
【０００５】すなわち、この公開公報に開示されたダイ
ヤモンド合成条件は、低圧ＩＣＰによること、使用する
ガス組成は、メタンガスと水素ガスよりなるガスを使用
すること、このガスを、水素５０ｃｃ、メタン０．４ｃ
ｃの流量割合でプラズマ反応室に導き、１０-1Ｔｏｒｒ
圧力条件下で該反応室にプラズマを発生させ、７００℃
に加熱したＳｉ（１００）基板に生成物を析出させた結
果、自形を有するダイヤモンドを析出したとの記載があ
る。しかしながら、そこには、生成したダイヤモンドに
ついて具体的に粒子のサイズまで確認したとの記載も、
示唆もない。したがって、この公報に開示されたことを
以て、再現性を以てダイヤモンドを製造しうる、充分に
確立した技術であるとすることは出来ない。さらに、そ
の開示してなる生成したとする条件について検討して
も、確証に欠けているのみならず、仮に、ダイヤモンド
が得られているとしても、その開示されたところは、加
熱基板の温度条件だけをみても極めて狭いところで成立
しているにすぎない。すなわち、基板加熱温度が６００
℃では堆積物がほとんど認められず、７５０℃に挙げる
と自形がはっきりせず、８００℃以上では不定形炭素が
堆積したとの記述があることより、ダイヤモンド析出領
域は極めて狭く、この点からもその開示されたダイヤモ
ンド合成条件は極めて不安定な条件において開示されて
いるにすぎない。That is, the diamond synthesis conditions disclosed in this publication are low pressure ICP, the gas composition used is a gas consisting of methane gas and hydrogen gas, and this gas is hydrogen 50 cc, methane 0. 4c
led to the plasma reaction chamber at a flow rate of 10 -1 Torr
Plasma is generated in the reaction chamber under pressure conditions and 700 ° C
It is described that as a result of depositing the product on the Si (100) substrate heated to 1, the diamond having an automorphism was deposited. However, there is also a description that the particle size of the produced diamond was specifically confirmed,
There is no suggestion. Therefore, it cannot be said that the technique disclosed in this publication is a well-established technique capable of producing diamond with reproducibility. Furthermore, even if the disclosed conditions of generation are considered, it is not only lacking in confirmation, but even if diamond is obtained, what is disclosed is that the temperature condition of the heating substrate. Looking only at it, it is only established in an extremely narrow space. That is, the substrate heating temperature is 600
At ℃, almost no deposit was observed, at 750 ℃, the automorphism was not clear, and at 800 ℃ or more, amorphous carbon was deposited. However, the disclosed diamond synthesis conditions are disclosed only under extremely unstable conditions.
【０００６】すなわち、上記開示された記載自体から伺
えるところは、そこには低圧ＩＣＰ法によりダイヤモン
ド合成をしようとすることについては確かに一定の示唆
はあるにしても、その域を出るものではなく、この文献
に記載されているところを要約するに、低圧ＩＣＰ法に
よるダイヤモンドの合成法は、極めて限定された狭い条
件範囲においてしか生成し得ず、この条件をすこしでも
外れると、ダイヤモンドは生成することができないこと
が記載されているにすぎず、ダイヤモンド合成法として
は、極めて不安定であり、まだ実用的レベルには達して
いるとはいえない。[0006] That is, what can be seen from the above-described disclosure itself is that although there is a certain suggestion to try to synthesize diamond by the low pressure ICP method, it does not go beyond the range. To summarize what is described in this document, the low pressure ICP method for synthesizing diamond can produce diamond only in a very limited narrow condition range, and if this condition is slightly exceeded, diamond is produced. It is only described that it is not possible, and it is extremely unstable as a diamond synthesis method, and it cannot be said that it has reached a practical level yet.
【０００７】本発明は、以上の従来技術を前提技術とし
て考慮に入れ、また、これら従来技術における如上の問
題点を充分念頭に入れて、低圧ＩＣＰを用いたダイヤモ
ンド合成法を更に一歩実用的レベルにまで進めようとす
るものであり、鋭意検討した結果、低圧ＩＣＰを用い、
１００ｎｍ〜１０００ｎｍサイズの、均一で不純物のな
いダイヤモンド粒子を再現性良く安定して得る合成方法
を見いだしたものである。The present invention takes the above-mentioned conventional techniques into consideration as a prerequisite technique, and with the above-mentioned problems in the conventional techniques in mind, the diamond synthesis method using low-voltage ICP is taken to a further practical level. As a result of diligent study, a low voltage ICP was used,
The inventors have found a synthetic method for obtaining uniform, impurity-free diamond particles having a size of 100 nm to 1000 nm with good reproducibility and stability.
【０００８】すなわち、本発明者らは、原料ガス供給口
と排出口とを備えてなる真空引きチャンバー構造を有
し、該供給口と排出口との間のチャンバー内ガス流路に
は、プラズマ発生アンテナによってプラズマが発生する
プラズマ発生空間領域を有し、さらにこのプラズマ発生
空間領域近傍に隣接して反応物堆積用加熱基板が設けら
れている低圧ＩＣＰ反応装置を用いる低圧ＩＣＰによる
ダイヤモンドのＣＶＤ合成方法自体は従来技術ではある
こと、ただし、この従来技術は、ダイヤモンド製造方法
としては、まだ完成された域には達していないと云う点
で基本的に問題があることから、この点を解消した、低
圧ＩＣＰ法に基づいた完成度の高いダイヤモンド製造方
法を提供しようとするものである。That is, the inventors of the present invention have a vacuum chamber structure having a source gas supply port and a discharge port, and a plasma is provided in the chamber gas flow path between the supply port and the discharge port. CVD synthesis of diamond by low pressure ICP using a low pressure ICP reactor having a plasma generation space region where plasma is generated by a generation antenna, and further a heating substrate for reactant deposition is provided adjacent to the plasma generation space region. The method itself is a conventional technique. However, this conventional technique has a fundamental problem in that it has not reached the completed area as a diamond manufacturing method. The present invention aims to provide a highly complete diamond manufacturing method based on the low pressure ICP method.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】そのため、本発明者等に
おいては、低圧ＩＣＰ法によるダイヤモンドの気相成長
法においては、完成度の低かった原因は、使用するガス
組成、あるいは該ガスの反応チャンバー内への導入の仕
方、さらに、プラズマを発生、維持させる機構そのもの
に、さらにはまた、プラズマ発生領域において使用され
ているチャンバー内の材質とプラズマとの相互作用、等
が複雑に関係しているとの知見を得、この知見に基づき
鋭意研究した結果、これらの事項について、一定の配慮
をすることにより、０．１Ｔｏｒｒ以下の低圧下におい
ても、確実に高純度のダイヤモンドを再現性を以て製造
することができ、しかも基板の加熱温度条件も広い加熱
領域において実施可能である、との知見を得、この知見
に基づき本発明はなされたものである。Therefore, in the present inventors, in the vapor phase growth method of diamond by the low pressure ICP method, the cause of the low degree of completion is caused by the composition of the gas used or the reaction chamber of the gas. The method of introduction into the chamber, the mechanism itself for generating and maintaining the plasma, and the interaction between the material inside the chamber used in the plasma generation region and the plasma are complicatedly related. As a result of earnest research based on this knowledge, as a result, by giving certain consideration to these matters, it is possible to reliably manufacture high-purity diamond with reproducibility even under a low pressure of 0.1 Torr or less. It was found that the heating temperature condition of the substrate can be carried out in a wide heating region, and the present invention is based on this finding. It is those that have been.
【００１０】すなわち、本発明は、低圧ＩＣＰ法により
ダイヤモンドを気相成長させるダイヤモンドの製造方法
において、プラズマ発生領域を画定するアンテナの内側
すなわち、石英管で構成されたチャンバー壁の外側には
ファラデーシールドを装着、アースすること、原料ガス
は、これをプラズマ反応チャンバー内に導入するにおい
ては、ただチャンバー内に流すだけではなく、プラズマ
が安定に且つ持続的に得られるとともに、プラズマ反応
の結果得られるダイヤモンド成長の前駆体ラジカルが基
板に効率的に到達しうるに充分なガス速度が得られるよ
う、原料ガス供給ノズルの設定位置、及び内径を選定
し、このノズルを介して原料ガスをプラズマ中心部に直
接供給すること、さらに原料ガスにはメタンを含むガス
に一酸化炭素又は二酸化炭素を添加すること、以上の技
術手段を講ずることによって、０．１Ｔｏｒｒ以下の低
圧においても、確実に高純度のダイヤモンドを再現性を
以て製造するための要件事項、すなわち前示問題解決の
ための手段とするものである。That is, according to the present invention, in the method for producing diamond in which the diamond is vapor-grown by the low pressure ICP method, the Faraday shield is provided inside the antenna that defines the plasma generation region, that is, outside the chamber wall formed of the quartz tube. Attaching, grounding, and introducing the raw material gas into the plasma reaction chamber do not just flow into the chamber, but a stable and continuous plasma is obtained as well as a result of the plasma reaction. The setting position and inner diameter of the raw material gas supply nozzle are selected so that a sufficient gas velocity for the precursor radicals for diamond growth to reach the substrate efficiently can be obtained. Directly to a gas containing methane as a raw material gas and carbon monoxide or carbon dioxide. By adding carbon dioxide and by taking the above technical measures, it is necessary to ensure the reproducible production of high-purity diamond at a low pressure of 0.1 Torr or less, that is, to solve the above problem. It is a means.
【００１１】すなわち、本発明の第１番目の解決手段
は、原料ガス供給口と排出口とを備えてなる真空引きチ
ャンバー構造を有し、該供給口と排出口との間のチャン
バー内ガス流路には、プラズマ発生アンテナによってプ
ラズマが発生するプラズマ発生空間領域を有し、さらに
このプラズマ発生空間領域に隣接して反応物堆積用加熱
基板が設けられている低圧ＩＣＰ反応装置を使用する、
０．１Ｔｏｒｒ以下の低圧プラズマＣＶＤによるダイヤ
モンド合成方法において、該プラズマ反応装置には、そ
のプラズマ発生アンテナの内側にファラデーシールドを
アースして装着し、原料ガスは、プラズマアンテナによ
って囲まれたプラズマ発生空間中心部に臨ませて配置し
たガス供給ノズルを介してチャンバー内に導入するとと
もに、ノズル内径を選択し、これによって反応室に与え
られた原料ガス供給量に対する反応室内ガス速度を安定
プラズマが確保されるガス速度とするとともに、ダイヤ
モンド成長の前駆体ラジカルが基板に到達しうるに充分
なガス速度を確保し、加熱基板上に１００ｎｍ〜１００
０ｎｍの高純度ダイヤモンド微粒子を析出させることを
特徴とするものである。That is, the first solution means of the present invention has a vacuum chamber structure having a source gas supply port and a discharge port, and the gas flow in the chamber between the supply port and the discharge port. A low-pressure ICP reactor is used in which a plasma generation space region where plasma is generated by a plasma generation antenna is provided in the path, and a heating substrate for reactant deposition is provided adjacent to the plasma generation space region.
In the method for synthesizing diamond by low-pressure plasma CVD of 0.1 Torr or less, a Faraday shield is grounded inside the plasma generation antenna of the plasma reactor, and the source gas is a plasma generation space surrounded by the plasma antenna. It is introduced into the chamber through a gas supply nozzle arranged facing the center, and the inner diameter of the nozzle is selected to ensure a stable plasma in the reaction chamber gas velocity for the source gas supply amount given to the reaction chamber. And a gas velocity sufficient to allow the precursor radicals for diamond growth to reach the substrate.
The feature is that high-purity diamond fine particles of 0 nm are deposited.
【００１２】本発明の第２番目の解決手段は、原料ガス
としてメタンを含むガスに一酸化炭素又は二酸化炭素を
添加してなるガスを用いることを特徴とするものであ
り、第３番目の解決手段は、原料ガス組成は、メタン、
一酸化炭素、水素よりなる組成ガスであることを特徴と
するものである。A second solution means of the present invention is characterized in that a gas obtained by adding carbon monoxide or carbon dioxide to a gas containing methane is used as a raw material gas, and a third solution is provided. The means is that the source gas composition is methane,
It is characterized by being a composition gas composed of carbon monoxide and hydrogen.
【００１３】さらに、本発明の第４番目の解決手段は、
ガス供給ノズルとして、ノズル内径が１ｍｍのものを選
定したことを特徴とするものである。Further, a fourth solution means of the present invention is,
A gas supply nozzle having an inner diameter of 1 mm is selected.
【００１４】第５番目の解決手段は、加熱基板温度を７
００℃〜１０００℃に設定したことを特徴とするもので
ある。そして、第６番目の解決手段は、プラズマ発生周
波数を１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ、プラズマ入力パワーを
５００Ｗ〜３ｋＷに設定したことを特徴とするものであ
る。A fifth solution is to increase the heating substrate temperature to 7
It is characterized in that the temperature is set to 00 ° C to 1000 ° C. The sixth means for solving the problems is characterized in that the plasma generation frequency is set to 1 MHz to 100 MHz and the plasma input power is set to 500 W to 3 kW.
【００１５】ここに、ファラデーシールドの装着がない
場合、発生するプラズマとプラズマ発生用アンテナとの
間には、静電容量的結合に基づく相互作用が生じ、プラ
ズマ中の正イオンが加速されて反応チャンバー（石英
管）内壁に対して激しく衝突し、石英管を激しくエッチ
ングする。これによって、ＳｉＯ2の蒸発が生じ、これ
が基板上に搬送されて、凝縮し、基板上にはＳｉＯ2の
堆積物が優勢に進行する結果となる。すなわち、ファラ
デーシールドを付設しないで実施する場合、ダイヤモン
ドの生成反応以外に、ＳｉＯ2の析出反応が専ら生じ、
あるいは、ダイヤモンド生成反応に優勢して生ずる結
果、高純度ダイヤモンド結晶を得ることが出来ない。Here, in the case where the Faraday shield is not attached, an interaction based on electrostatic capacitive coupling occurs between the generated plasma and the plasma generation antenna, and positive ions in the plasma are accelerated to react. The quartz tube is violently collided with the inner wall of the chamber (quartz tube), and the quartz tube is violently etched. This causes evaporation of SiO 2 , which is transported onto the substrate and condenses, resulting in the predominant progress of SiO 2 deposits on the substrate. That is, when the Faraday shield is not provided, a SiO 2 precipitation reaction occurs exclusively in addition to the diamond formation reaction.
Alternatively, high-purity diamond crystals cannot be obtained as a result of the diamond-forming reaction predominantly occurring.
【００１６】ファラデーシールドは、これをアンテナの
内側、すなわち反応チャンバーを形成する石英管と後述
するようにその外側のテフロン（登録商標）管との間に
装着する。これによって、プラズマ正イオン粒子が石英
管に衝突し、ＳｉＯ2の発生等を生じる不都合な現象が
抑制される。この点のファラデーシールドの作用効果に
ついては、モリブデン（Ｍｏ）を反応物堆積用加熱基板
とする図１に示す実験データからも明らかとなった。The Faraday shield is mounted inside the antenna, that is, between the quartz tube forming the reaction chamber and the Teflon (registered trademark) tube on the outside thereof as described later. This suppresses the inconvenient phenomenon that the plasma positive ion particles collide with the quartz tube and generate SiO 2 or the like. The function and effect of the Faraday shield in this respect was also clarified from the experimental data shown in FIG. 1 in which molybdenum (Mo) was used as the heating substrate for reactant deposition.
【００１７】図１は、Ｍｏを基板として場合における堆
積物と基板の元素分析であり、（ａ）はファラデーシ−
ルドを装着しなかった場合、（ｂ）はファラデーシール
ドを装着した場合の比較データである。この図からは、
ファラデーシールドを装着した場合（ｂ）は、ファラデ
ーシールドを装着しなかった場合（ａ）に比し、Ｓｉ、
Ｏが激減し、Ｃすなわちダイヤモンドの析出が優勢とな
っていることが分かる。すなわち、ファラデーシールド
は、プラズマ粒子の衝突に起因するＳｉＯ2の発生を防
ぎ、基板上にダイヤモンド粒子を堆積させるという、反
応目的に対し、優位な作用効果を示していることが明ら
かである。FIG. 1 is an elemental analysis of the deposit and the substrate when Mo is used as the substrate.
(B) is the comparison data when the Faraday shield is attached when the field is not attached. From this figure,
When the Faraday shield is attached (b), compared to when the Faraday shield is not attached (a), Si,
It can be seen that O is drastically reduced and C, that is, diamond precipitation is dominant. That is, it is clear that the Faraday shield has a superior action effect for the purpose of the reaction of preventing the generation of SiO 2 due to the collision of plasma particles and depositing diamond particles on the substrate.
【００１８】提示した先行文献においては、この点の解
決手段として、石英管の内面にＢＮ焼結体で出来た管を
取り付けているが、石英管に併せて、ＢＮ焼結体を製作
し、取り付けることは容易ではないし、コストのかかる
解決手段である。また、その効果も、エッチングそのも
のを抑制するものではないので、これによって不純物問
題が基本的解決するには遠く、ますます、その管理が煩
雑且つ実効性に乏しい。 すなわち、石英管のエッチン
グを防ぐことは出来たとしても、ＢＮ焼結体がエッチン
グされてしまう。ＢＮを堆積させるのであれば問題はな
いかもしれないが、ダイヤモンドを堆積させる場合には
ＢＮが不純物として混入してしまう。これに対して、本
件発明において講じたファラデーシールドは、プラズマ
とアンテナ間の静電容量的結合を除去することにより、
エッチングそのものを抑制し、不純物の発生を抑えるも
のであり、その製作も取り付けも極めて簡単であり優れ
ている。In the above-mentioned prior art document, as a means for solving this point, a tube made of a BN sintered body is attached to the inner surface of the quartz tube. However, a BN sintered body is manufactured together with the quartz tube, It is not easy to install and is a costly solution. Moreover, since the effect does not suppress etching itself, it is far from being able to fundamentally solve the impurity problem by this, and its management is complicated and poor in effectiveness. That is, although the quartz tube can be prevented from being etched, the BN sintered body is etched. There may be no problem if BN is deposited, but when diamond is deposited, BN is mixed as an impurity. On the other hand, the Faraday shield taken in the present invention eliminates the capacitive coupling between the plasma and the antenna,
It suppresses etching itself and suppresses the generation of impurities, and its manufacture and installation are extremely simple and excellent.
【００１９】また、本発明において、反応チャンバーへ
の原料ガスの供給に際し、原料ガスを、プラズマ中心部
に臨ませて配置したノズルを介してプラズマ中心部に直
接導入する点は、単に原料ガスをチャンバー内に導入し
ただけでは、原料ガスのプラズマ中心部以外への拡散が
激しく、これによって、発生するプラズマ密度も低くな
り、ダイヤモンド前駆体ラジカル生成量が堆積するに足
る密度で確保することが極めて困難になり、基板上にダ
イヤモンドを堆積させるという目的を達成することが出
来ない。すなわち、原料ガスの単なる導入では、基板に
は何も堆積しない。In addition, in the present invention, when the source gas is supplied to the reaction chamber, the source gas is directly introduced into the plasma center through a nozzle arranged facing the center of the plasma. If only introduced into the chamber, the source gas diffuses strongly to areas other than the plasma central part, and the plasma density generated thereby becomes low, and it is extremely possible to secure a sufficient amount of diamond precursor radicals to be deposited. It becomes difficult and the purpose of depositing diamond on the substrate cannot be achieved. That is, nothing is deposited on the substrate by simply introducing the source gas.
【００２０】加えて、ノズルの内径について選定、配慮
する点は、与えられた一様な条件、すなわち、反応装
置、圧力条件、ガス組成とその供給量、等の諸条件が一
様な条件として与えられている場合、そのプラズマ発生
空間内におけるガス速度は、専らノズル径によって左右
されることは、自明の理である。すなわち、ノズル径を
小に設定すると、プラズマ空間内におけるガスの速度
は、相対的に速く、逆にノズル径を大にした場合、ガス
速度は、遅くなる。このガス速度の遅速は、プラズマの
発生、状態に直接関わり、ガス速度が速くなりすぎると
ガスが一定の密度にプラズマ化されることなく、すなわ
ち、充分に励起される前に系外に排出され、これによっ
て安定なプラズマを得ることが出来ない。逆に、ノズル
内径を大にし、プラズマ発生空間におけるガス速度を相
対的に遅くすると、これはノズルのない場合に等しくな
り、ガスが速く拡散し、これによってプラズマ密度を上
げることが出来ず、その結果として、ダイヤモンド前駆
体ラジカルが得られないか、得られたとしても基板に到
達するまでには至らない。In addition, the selection and consideration of the inner diameter of the nozzle is that given uniform conditions, that is, conditions such as reactor, pressure condition, gas composition and its supply amount are uniform. It is self-evident that, if given, the gas velocity in the plasma generation space depends exclusively on the nozzle diameter. That is, when the nozzle diameter is set small, the gas velocity in the plasma space is relatively high, and conversely, when the nozzle diameter is large, the gas velocity becomes slow. This slow gas velocity is directly related to the generation and state of plasma, and when the gas velocity becomes too fast, the gas is not plasmatized to a certain density, that is, it is discharged out of the system before being sufficiently excited. , Therefore, stable plasma cannot be obtained. On the contrary, when the nozzle inner diameter is increased and the gas velocity in the plasma generation space is relatively slowed, this becomes equal to the case without the nozzle, the gas diffuses quickly, and the plasma density cannot be increased. As a result, diamond precursor radicals are not obtained, or even if they are obtained, they do not reach the substrate.
【００２１】すなわち、ノズルの径（内径）は、以上述
べたように、プラズマの発生維持、あるいは、ダイヤモ
ンド前駆体ラジカルの生成、そして基板への到達、堆積
等に深く関係し、そこに格別の配慮を要するものであ
る。このような理由により、その内径を最適の範囲に設
定すべきであり、これを技術的要件事項とすることは重
要である。実験によると、メタン／一酸化炭素／水素＝
４．５／１０／７５ｃｃ／分の場合に１ｍｍのノズル内
径が最適の結果を示した。（或いは逆に、ノズル内径を
１ｍｍとした場合、これに見合った原料ガスの供給量
は、上記供給割合が、最適ということになる。）That is, as described above, the diameter of the nozzle (inner diameter) is closely related to the generation and maintenance of plasma, the generation of diamond precursor radicals, the arrival at the substrate, the deposition, etc. It requires consideration. For this reason, the inner diameter should be set in the optimum range, and it is important to make this a technical requirement. According to experiments, methane / carbon monoxide / hydrogen =
A nozzle inner diameter of 1 mm showed optimum results at 4.5 / 10/75 cc / min. (Or, conversely, when the inner diameter of the nozzle is 1 mm, the above-mentioned supply ratio is optimum for the supply amount of the raw material gas corresponding to this.)
【００２２】また、本件発明は、原料ガスの含有成分に
ついても重要であることを知見し、この知見に基づいて
いるものである。すなわち、一酸化炭素又は二酸化炭素
を添加すると、添加しない場合に比し、ダイヤモンド以
外の反応物が抑制され、純度の高い且つ反応速度の向上
が期待できるものである。ちなみに、一酸化炭素又は二
酸化炭素を添加しない場合には、ダイヤモンド以外にも
ｓｐ2結合優勢の板状のグラファイト状炭素膜が生成す
るものであるに対して、一酸化炭素又は二酸化炭素を添
加すると、プラズマ中に酸素含有ラジカル（原子状酸
素、ＯＨラジカル等）の生成を促し、この酸素含有ラジ
カルの作用によって、ｓｐ2結合の非ダイヤモンド成分
の生成反応が抑制され、ダイヤモンド微粒子の成長を促
進することが確かめられた。The present invention is also based on the finding that the components contained in the raw material gas are important. That is, when carbon monoxide or carbon dioxide is added, compared to the case where carbon monoxide or carbon dioxide is not added, reactants other than diamond are suppressed, and it is expected that the purity is high and the reaction rate is improved. By the way, in the case where carbon monoxide or carbon dioxide is not added, a plate-like graphitic carbon film with sp 2 bond predominant is produced in addition to diamond, whereas carbon monoxide or carbon dioxide is added. , Promotes the generation of oxygen-containing radicals (atomic oxygen, OH radicals, etc.) in the plasma, and the action of the oxygen-containing radicals suppresses the generation reaction of non-diamond components of sp 2 bonds and promotes the growth of diamond fine particles. It was confirmed.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】本発明の実施の態様を図面に基づ
いて説明する。図２は、プラズマ反応室を備えてなる低
圧誘導結合型プラズマＣＶＤ反応装置の全体概要図であ
る。すなわち、この反応装置Ｒは、ステンレス製の上部
反応管Ｒuと、石英管５とテフロン管６とから構成され
る二重円筒管型下部反応管Ｒdとが、フランジ部９、
９’フランジ部１０、１０’を介して一体に結合され、
さらにはフランジ１１、１１’、１１”を介してシース
熱電対Ｔが取り付けられ、これによって、ガス供給源、
真空ポンプに連結しているところを除くと独立した密閉
反応空間が形成されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is an overall schematic diagram of a low-pressure inductively coupled plasma CVD reactor provided with a plasma reaction chamber. That is, in this reactor R, an upper reaction tube R u made of stainless steel, a double cylindrical tubular lower reaction tube R d composed of a quartz tube 5 and a Teflon tube 6, a flange portion 9,
9'is integrally connected via the flange portions 10 and 10 ',
Furthermore, the sheath thermocouple T is attached via the flanges 11, 11 ′, 11 ″, whereby a gas supply source,
An independent sealed reaction space is formed except where it is connected to a vacuum pump.
【００２４】反応装置Ｒは、原料ガス供給源（図示外）
に接続しているガス供給口１と真空ポンプ（図示外）に
接続したガス排出口２とを備えてなる真空引きチャンバ
ー構造Ｃを有し、該供給口１と排出口２との間のチャン
バー内ガス流路には、ダイヤモンド微粒子を堆積させる
加熱基板３が、ホルダー４に装着されている。基板３の
温度は、ヒータ８によって抵抗加熱され、シース熱電対
Ｔによって温度が制御されている。The reactor R is a source gas supply source (not shown).
Has a vacuum chamber structure C having a gas supply port 1 connected to the gas supply port 1 and a gas discharge port 2 connected to a vacuum pump (not shown), and a chamber between the supply port 1 and the discharge port 2 A heating substrate 3 for depositing diamond fine particles is mounted on a holder 4 in the internal gas flow path. The temperature of the substrate 3 is resistance-heated by the heater 8 and controlled by the sheath thermocouple T.
【００２５】下部反応管Ｒd内のチャンバーは、内側が
石英管５によって構成され、この石英管５は、その外側
の水冷構造を有するテフロン製外套管６によって保護さ
れ、二重円筒型反応管に形成されていることは前述した
とおりである。テフロン管６の外周には、螺旋状に３回
巻いたプラズマ発生用アンテナＡが付設されている。石
英管５とテフロン管６との通水路をなしている間隙Ｇに
は、５ｍｍ間隔で短冊状に成型した、接地した銅板から
なるファラデーシールドＦが配置され、このファラデー
シールドＦは、間隙Ｇを通る冷却水に曝されている状態
にある。The chamber inside the lower reaction tube R d is constituted by a quartz tube 5 on the inner side, and the quartz tube 5 is protected by a Teflon mantle tube 6 having a water cooling structure on the outer side thereof to form a double cylindrical reaction tube. It has been formed as described above. On the outer circumference of the Teflon tube 6, a plasma generating antenna A wound three times in a spiral shape is attached. In the gap G forming a water passage between the quartz tube 5 and the Teflon tube 6, a Faraday shield F made of a grounded copper plate, which is formed into a strip shape at an interval of 5 mm, is arranged. It is exposed to the passing cooling water.
【００２６】これに対して、上部反応管Ｒuは、ステン
レスで出来ており、その上部フランジ部１１、１１’、
１１”を介して、加熱ホルダー４、基板３、ヒーター８
が管内反応チャンバーに挿入、取り付けられている。反
応チャンバーは真空ポンプに接続しているガス排出口２
へと続いている。On the other hand, the upper reaction tube R u is made of stainless steel, and its upper flange portions 11, 11 ′,
11 "through the heating holder 4, substrate 3, heater 8
Is inserted and attached to the reaction chamber in the tube. The reaction chamber has a gas outlet 2 connected to a vacuum pump
It continues to.
【００２７】先ず、ダイヤモンド微粒子を堆積させる基
板３を基板ホルダー４にセットし、チャンバー上部フラ
ンジ１１、１１’、１１”よりチャンバー内ガス流路に
挿入し、所定の位置に取り付ける。ガス供給口１よりチ
ャンバー内Ｃにガスを放出するガスノズル７は、予め実
験によって最適な内径のものを選定し、これをアンテナ
によって囲まれたプラズマ発生中心部に対し、ガスが直
接導入されるようノズルの位置を設定する。原料ガスを
流しながら、反応装置のチャンバー内の圧力を真空ポン
プ（ターボ分子ポンプ）によって、所定の圧力（０．１
Ｔｏｒｒ以下の圧力）に達するまで真空引きする。な
お、その際、チャンバー内に、適宜原料ガス或いはＡｒ
ガス等のキャリャーガスを流しておき、装置内の不純物
を追い出し、ダイヤモンド以外の反応生成物が生じない
よう、予めクリーニングしておくことが望ましい。First, the substrate 3 on which diamond fine particles are to be deposited is set on the substrate holder 4, inserted into the gas flow path inside the chamber through the chamber upper flanges 11, 11 'and 11 "and attached at a predetermined position. For the gas nozzle 7 that discharges gas into the chamber C, an optimal inner diameter is selected in advance by experiments, and the position of the nozzle is adjusted so that the gas is directly introduced to the plasma generation center surrounded by the antenna. The pressure inside the chamber of the reactor is set to a predetermined value (0.1%) by a vacuum pump (turbo molecular pump) while flowing the source gas.
Evacuate until the pressure reaches below (Torr). At that time, the source gas or Ar is appropriately introduced into the chamber.
It is desirable to carry out a carrier gas such as a gas in advance to remove impurities in the apparatus and preliminarily clean it so that reaction products other than diamond are not generated.
【００２８】プラズマ反応開始時点、すなわち、チャン
バー内が真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）により所定の
圧力にまで低下し、あるいは基板がヒーター（タングス
テンフィラメント）によって予め所定温度に達する等一
連の準備操作が完了したところで、プラズマ発生アンテ
ナに高周波電源から発した高周波を印加し、チャンバー
内プラズマ発生空間にプラズマを発生させ、これを所定
時間継続する。基板上にダイヤモンド粒子が充分に膜状
に生成したところで終了する。At the start of the plasma reaction, that is, the inside of the chamber is lowered to a predetermined pressure by a vacuum pump (turbo molecular pump), or the substrate reaches a predetermined temperature by a heater (tungsten filament). Then, a high frequency generated from a high frequency power source is applied to the plasma generating antenna to generate plasma in the plasma generating space in the chamber, and this is continued for a predetermined time. The process ends when the diamond particles are sufficiently formed into a film on the substrate.
【００２９】本発明を実施例に基づいて説明する。 使
用したプラズマ発生装置は、励起周波数：１３．５６Ｍ
Ｈｚ、最大出力３ｋＷの高周波電源を有してなる装置を
用いた。この装置を用いて、（１）プラズマ入力パワ
ー、（２）反応チャンバー内の圧力条件、（３）ガス組
成、（４）基板温度について、ダイヤモンドを合成する
ための最適条件を特定するための実験をした。圧力は、
１００ｍＴｏｒｒ以下の低圧下で実施した。すなわち、
低圧ＩＣＰを用いたダイヤモンドの合成実験を行った。The present invention will be described based on examples. The plasma generator used was an excitation frequency: 13.56M
A device having a high frequency power source of Hz and maximum output of 3 kW was used. Using this device, experiments to identify the optimum conditions for synthesizing diamond with respect to (1) plasma input power, (2) pressure condition in reaction chamber, (3) gas composition, and (4) substrate temperature Did. Pressure is
It was carried out under a low pressure of 100 mTorr or less. That is,
A diamond synthesis experiment using a low pressure ICP was performed.
【００３０】[0030]
【実施例１】上記高周波電源を用い、励起周波数１３．
５６ＭＨｚ、プラズマパワー１ｋＷ、圧力５０ｍＴｏｒ
ｒ、メタン／一酸化炭素／水素よりなるガスを、毎分
４．５／１０／７５ｃｃ分の割合で、内径１ｍｍのノズ
ルよりプラズマチャンバーのプラズマ中心部に導入し、
シリコン｛１００｝基板を用い、９００℃に加熱して、
２時間反応を続けた。その結果、シリコン基板上には直
径５００〜７００ｎｍのダイヤモンド微粒子が堆積した
ことが確かめられた。すなわち、この結果は、図３に示
されている走査型電子顕微鏡写真によって、確認され
た。Example 1 Using the above high frequency power source, the excitation frequency was set to 13.
56MHz, plasma power 1kW, pressure 50mTorr
A gas consisting of r and methane / carbon monoxide / hydrogen was introduced into the plasma center of the plasma chamber from a nozzle having an inner diameter of 1 mm at a rate of 4.5 / 10/75 cc / min.
Using a silicon {100} substrate, heat it to 900 ° C,
The reaction was continued for 2 hours. As a result, it was confirmed that diamond fine particles having a diameter of 500 to 700 nm were deposited on the silicon substrate. That is, this result was confirmed by the scanning electron micrograph shown in FIG.
【００３１】上記実施例は当然のことながら、あくまで
も本発明の一例を示したものにすぎない。すなわち、本
発明は、この実施例に限定されるものではない。本件発
明は、特許請求の範囲に記載するとおりの要件事項を講
ずることによって、ダイヤモンドを合成しうる範囲は、
ガス組成、圧力条件、基板温度、入力パワー等の諸条件
が、多少変動したとしても、実施可能であることが確認
された。ちなみに、ダイヤモンド微粒子の合成を確認し
ている条件は、以下の通りであった。
（１）励起周波数；１３．５６ＭＨｚ
（２）プラズマ入力パワー；５００〜３ｋＷ（５００、
１０００、１５００、２０００、２５００、３０００
Ｗ）
（３）圧力；１０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒ（１
０、２０、３０、４０、５０、１００ｍＴｏｒｒ）
（４）ガス組成；
水素＝７５ｃｃ／分一定として、
メタン＝１〜１０ｃｃ／分（１、２、４．５、６、８、
１０ｃｃ／分）
一酸化炭素＝１〜１０ｃｃ（１、２、５、１０ｃｃ／
分）
（５）基板温度＝７００〜１０００℃（７００、８０
０、９００、９５０、１０００℃）The above embodiment is, of course, merely an example of the present invention. That is, the present invention is not limited to this embodiment. The present invention, by taking the requirements as described in the claims, the range in which diamond can be synthesized,
It was confirmed that the gas composition, the pressure condition, the substrate temperature, the input power, and other various conditions were feasible even if the conditions were changed to some extent. By the way, the conditions for confirming the synthesis of the diamond fine particles were as follows. (1) Excitation frequency; 13.56 MHz (2) Plasma input power; 500-3 kW (500,
1000, 1500, 2000, 2500, 3000
W) (3) Pressure; 10 mTorr to 100 mTorr (1
(0, 20, 30, 40, 50, 100 mTorr) (4) Gas composition; hydrogen = 75 cc / min, methane = 1 to 10 cc / min (1, 2, 4.5, 6, 8,
10 cc / min) Carbon monoxide = 1 to 10 cc (1, 2, 5, 10 cc /
Min) (5) Substrate temperature = 700 to 1000 ° C. (700, 80
0, 900, 950, 1000 ℃)
【００３２】以上述べたとおり、本件発明は、低圧誘導
結合プラズマ法によって、実際にサブミクロン単位の微
粒子状高純度ダイヤモンド結晶を製造するのに成功した
だけではなく、本発明は、特許請求の範囲に記載する特
有な要件事項を講ずることにより、基板の加熱温度条
件、ガス組成、入力パワー等の条件は、極めて広い範囲
においてもダイヤモンドが生成すること、これによっ
て、再現性に富んだ、安定性のある製造方法であること
を見出したものであり、すなわち、実用的な製造方法を
提供しているものであり、その技術的意義は極めて大き
い。As described above, the present invention has not only succeeded in actually producing fine particulate high-purity diamond crystals in the submicron unit by the low pressure inductively coupled plasma method, but the present invention also claims By taking the specific requirements described in, the heating temperature condition of the substrate, the gas composition, the input power, etc., the diamond is generated even in an extremely wide range, which makes it highly reproducible and stable. It was found that there is a certain manufacturing method, that is, it provides a practical manufacturing method, and its technical significance is extremely large.
【００３３】すなわち、本件発明は、低圧ＩＣＰを用い
た気相成長法によって比較的簡単な操作、プロセスによ
り、ダイヤモンド微粒子を製造する方法を提供したもの
であり、その意義は大きい。ダイヤモンド微粒子は、既
に、工業用として供せられていることが確立している
が、本件発明の意義は、単にこのような材料の製造技術
にとどまるものではない。すなわち、後述するようにサ
ブミクロンのダイヤモンド微粒子には、特性に対して関
心が高まりつつあり、その利用範囲が次第に広がりを見
せ始めている。そういう意味でも、安定且つ再現性のあ
る製造方法を提供した意義は大きいと言える。さらに
は、例えば半導体特性等を利用したダイヤモンド素子、
薄膜技術への利用も当然に考えられ、これらの技術分野
に大いに寄与するものと期待される。また、本件発明に
おいて開発されたファラデーシールドが付設された、或
いはチャンバー内へのガスの導入要領はじめとするいく
つかの要件事項に係る特有な技術手段が講じられたプラ
ズマ反応装置を他の反応、例えば、ニューセラッミクス
の製造開発、あるいは類する技術開発に利用、転用、適
用も考えられ、何らこれを制限するべき事情はなく、む
しろ自然と言うべきであり、すなわち、他に与える影響
は大きいし、その点でも意義は大きい。That is, the present invention provides a method for producing diamond fine particles by a relatively simple operation and process by a vapor phase growth method using a low pressure ICP, and its significance is great. Although it has been established that diamond fine particles have already been provided for industrial use, the significance of the present invention is not limited to the production technology of such materials. That is, as will be described later, attention is being paid to the characteristics of submicron diamond particles, and the range of use thereof is gradually expanding. Even in that sense, it can be said that providing a stable and reproducible manufacturing method is significant. Furthermore, for example, a diamond element utilizing semiconductor characteristics,
The use in thin film technology is naturally conceivable, and is expected to greatly contribute to these technical fields. In addition, the Faraday shield developed in the present invention is attached to the plasma reaction apparatus or other reaction in which a unique technical means related to some requirements including the introduction of gas into the chamber is taken. For example, it may be used, diverted, or applied to the manufacturing development of NuSeramics, or similar technology development, and there is no reason to limit this, rather it should be said that it is natural, that is, it has a great influence on others. In that respect, too, the significance is great.
【００３４】[0034]
【発明の効果】本件発明の低圧ＩＣＰを用いたプラズマ
ＣＶＤ法によるダイヤモンド微粒子の合成は、これまで
の大気圧近傍における大電流プラズマＣＶＤ法に比し、
装置自体及び装置の運転コストも安く、また、得られた
ダイヤモンド微粒子は、純度の高いものを得ることが出
来る。特に、最近、ダイヤモンドの特性、特にその半導
体特性、或いは、紫外光発光材料としての開発等、その
性質を利用した技術が俄に注目され、関心が集まり出し
ている。本発明で得られるようなサブミクロンサイズの
いわゆる微結晶ダイヤモンドは極めて優れた電子放出特
性を有しており、有望な電子放出材料として期待が大き
い。EFFECT OF THE INVENTION The synthesis of diamond fine particles by the plasma CVD method using the low pressure ICP of the present invention, compared with the conventional high current plasma CVD method in the vicinity of atmospheric pressure,
The apparatus itself and the operation cost of the apparatus are low, and the obtained diamond fine particles can be highly pure. In particular, recently, the characteristics of diamond, especially its semiconductor characteristics, or the technology utilizing such characteristics such as development as an ultraviolet light emitting material has been attracting attention and attracting attention. Submicron-sized so-called microcrystalline diamond obtained in the present invention has extremely excellent electron emission characteristics, and is expected as a promising electron emission material.
【００３５】[0035]
【図１】は、ファラデーシールドの作用効果を説明する
ための図。FIG. 1 is a diagram for explaining the function and effect of a Faraday shield.
【図２】は、低圧誘導結合型プラズマ反応装置の概要
図。FIG. 2 is a schematic diagram of a low pressure inductively coupled plasma reactor.
【図３】は、本件発明によって得られたサブミクロン単
位の合成ダイヤモンド微粒子の走査型電子顕微鏡写真。FIG. 3 is a scanning electron microscopic photograph of submicron-sized synthetic diamond particles obtained by the present invention.
Ｒ；低圧ＩＣＰ反応装置 Ｒu；上部反応管 Ｒd；下部反応管 Ｔ；基板温度を制御するシース熱電対 Ｃ；チャンバー Ａ；アンテナ Ｆ；ファラデーシールド Ｇ；通水路間隙 １；ガス供給口 ２；ガス排出口 ３；基板 ４；基板ホルダ ５；石英管 ６；テフロン管 ７；ノズル ８；ヒータ ９、９’；フランジ １０、１０’；フランジ １１、１１’、１１”；フランジR; low pressure ICP reactor R u ; upper reaction tube R d ; lower reaction tube T; sheath thermocouple C for controlling substrate temperature; chamber A; antenna F; Faraday shield G; water passage gap 1; gas supply port 2; Gas outlet 3; Substrate 4; Substrate holder 5; Quartz tube 6; Teflon tube 7; Nozzle 8; Heaters 9, 9 '; Flange 10, 10'; Flange 11, 11 ', 11 "; Flange
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G046 GA01 4G077 AA03 BA03 DB03 DB07 DB18 EA02 EA05 EG23 TB07 TC01 TC03 TC06 4K030 AA10 AA14 AA17 BA28 EA05 EA06 FA04 JA01 JA10 JA16 JA18 KA30 KA46 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F-term (reference) 4G046 GA01 4G077 AA03 BA03 DB03 DB07 DB18 EA02 EA05 EG23 TB07 TC01 TC03 TC06 4K030 AA10 AA14 AA17 BA28 EA05 EA06 FA04 JA01 JA10 JA16 JA18 KA30 KA46
Claims (6)
空引きチャンバー構造を有し、該供給口と排出口との間
のチャンバー内ガス流路に、プラズマ発生アンテナによ
ってプラズマが発生するプラズマ発生空間領域を有し、
さらにこのプラズマ発生空間領域に隣接して反応物堆積
用加熱基板が設けられている低圧誘導結合型プラズマ反
応装置を使用する、０．１Ｔｏｒｒ以下の低圧誘導結合
プラズマＣＶＤによるダイヤモンド合成方法において、
該プラズマ反応装置には、そのプラズマ発生アンテナの
内側にファラデーシールドをアースして装着し、原料ガ
スは、プラズマアンテナによって囲まれたプラズマ発生
空間中心部に臨ませて配置したガス供給ノズルを介して
チャンバー内に導入するとともに、ノズル内径を選択
し、これによって反応室に与えられた原料ガス供給量に
対する反応室内ガス速度を安定プラズマが確保されるガ
ス速度とするとともに、ダイヤモンド成長の前駆体ラジ
カルが基板に到達しうるに充分なガス速度を確保し、加
熱基板上に１００ｎｍ〜１０００ｎｍの高純度ダイヤモ
ンド微粒子を析出させることを特徴とするダイヤモンド
の合成方法。1. A vacuum chamber structure having a source gas supply port and a discharge port, wherein plasma is generated by a plasma generation antenna in a chamber gas flow path between the supply port and the discharge port. It has a plasma generation space area,
Further, in a diamond synthesis method by low pressure inductively coupled plasma CVD of 0.1 Torr or less, which uses a low pressure inductively coupled plasma reactor in which a heating substrate for reactant deposition is provided adjacent to the plasma generation space region,
A Faraday shield is grounded and mounted inside the plasma generation antenna of the plasma reactor, and the source gas is passed through a gas supply nozzle arranged so as to face the center of the plasma generation space surrounded by the plasma antenna. While introducing into the chamber, the nozzle inner diameter is selected so that the gas velocity in the reaction chamber with respect to the supply amount of the source gas given to the reaction chamber is set to the gas velocity for ensuring stable plasma, and the precursor radicals for diamond growth are A method for synthesizing diamond, which secures a gas velocity sufficient to reach a substrate and deposits high-purity diamond fine particles of 100 nm to 1000 nm on a heating substrate.
炭素又は二酸化炭素を添加してなるガスを用いることを
特徴とする請求項１記載のダイヤモンドの合成方法。2. The method for synthesizing diamond according to claim 1, wherein a gas obtained by adding carbon monoxide or carbon dioxide to a gas containing methane is used as a raw material gas.
なる組成ガスであることを特徴とする請求項１ないし２
の何れか１項記載の記載のダイヤモンドの合成方法。3. The raw material gas is a composition gas composed of methane, carbon monoxide and hydrogen.
The method for synthesizing diamond as described in any one of 1 above.
ｍのものを選定したことを特徴とする請求項１ないし３
の何れか１項記載のダイヤモンドの合成方法。4. A gas supply nozzle having an inner diameter of 1 m
m of m is selected.
The method for synthesizing diamond according to any one of 1.
定したことを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項
記載のダイヤモンドの合成方法。5. The method for synthesizing diamond according to claim 1, wherein the heating substrate temperature is set to 700 ° C. to 1000 ° C.
Ｈｚ、プラズマ入力パワーを５００Ｗ〜３ｋＷに設定し
たことを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項記載
のダイヤモンドの合成方法。6. A plasma generation frequency of 1 MHz to 100 M
6. The method for synthesizing diamond according to claim 1, wherein the plasma input power is set to 500 W to 3 kW.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006312577A (en) * | 2005-04-05 | 2006-11-16 | Kyoto Institute Of Technology | Method and device for forming carbon nanostructure |
-
2001
- 2001-08-17 JP JP2001247995A patent/JP2003055087A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2006312577A (en) * | 2005-04-05 | 2006-11-16 | Kyoto Institute Of Technology | Method and device for forming carbon nanostructure |
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| A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
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