JP2534081Y2 - 人工ダイヤモンド析出装置 - Google Patents

人工ダイヤモンド析出装置

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JP2534081Y2
JP2534081Y2 JP2665391U JP2665391U JP2534081Y2 JP 2534081 Y2 JP2534081 Y2 JP 2534081Y2 JP 2665391 U JP2665391 U JP 2665391U JP 2665391 U JP2665391 U JP 2665391U JP 2534081 Y2 JP2534081 Y2 JP 2534081Y2
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寿彦 岡村
則文 菊池
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この考案は、結晶性のよい人工ダ
イヤモンドを析出させることができるワークホルダを具
備する人工ダイヤモンド析出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、人工ダイヤモンドの析出生成方法
として多数の方法が提案され実用に供されているが、中
でもマイクロ波共振器(高エネルギー体)により反応室
内にマイクロ波無極放電域を形成し、この放電域におい
て反応ガスを分解させて基板等の被処理材の表面に人工
ダイヤモンドを析出させる方法は、比較的簡単な装置で
安定した人工ダイヤモンド膜を高速で成膜することがで
きることから、特に注目されている方法である。
【0003】上記の方法は、例えば、図5に示す様な人
工ダイヤモンド析出装置(以下、単に析出装置と略称す
る)1を用いて行われる。この析出装置1は、基板(被
処理材)2にダイヤモンドを析出させるための石英製の
反応室3と、該反応室3に主としてCH4,C24等の
炭化水素と該炭化水素のキャリアガスとなるH2ガスと
で構成される反応ガスGを導入するアルミナ製の反応ガ
ス導入管4と、前記反応室3から反応ガスGを排出する
反応ガス排出管5とから概略構成されている。
【0004】反応室3には、制御機構6により制御さ
れ、該反応室3内を上下方向に移動自在かつ任意の位置
に固定自在なる昇降装置8が設けられており、該昇降装
置8の上部8aには複数の基板2,…を支持するための
Mo製のワークホルダ9が固定されている。また、この
ワークホルダ9の下面には熱電対10が取り付けられて
いる。
【0005】また、この反応室3には、該反応室3内の
上部位置にワークホルダ9を移動したときに、この上に
支持された基板2の表面2aと対向する所定間隔上方の
位置にマイクロ波無極放電域3a(放電域)を形成する
ためのマイクロ波共振器11が水平に設けられている。
また、この反応室3の周囲には該反応室3を所定温度に
加熱するための電気炉12が配設されている。
【0006】次に、この析出装置1を用いて基板2の表
面2aにダイヤモンドを成膜する方法について説明す
る。まず、反応ガス導入管4により反応ガスGを反応室
3内に導入し、この反応ガスGをマイクロ波無極放電域
3aからワークホルダ9に向かう様に垂直に流下させ、
反応ガス排出管5により反応室3の外方へ排出させる。
【0007】この間、反応室3内の雰囲気圧力を10〜
300torrに保持しながらマイクロ波共振器11に
より周波数2.45GHz、500Wの出力でマイクロ
波無極放電域3aにマイクロ波無極放電を発生させ、反
応ガスGの加熱活性化を図るとともに、所定間隔下方に
配置された基板2の表面2aの温度を電気炉12を用い
て800〜1000℃の範囲内で保ち、この状態で反応
ガスGを熱分解させて基板2の表面2aに人工ダイヤモ
ンドを析出させる。
【0008】この場合、反応ガスGはマイクロ波無極放
電により分解されて活性化された遊離炭素(C)とな
り、基板2の上方からワークホルダ9の周囲に向かって
流れ、この活性化された遊離炭素が基板2の表面2aに
速やかに推積し、該表面2aにグラファイト構造とダイ
ヤモンド構造が混在して形成される。ここでは、グラフ
ァイト構造の方が弱い構造であるから反応ガスGの分解
時に生成される原子状の水素(H)により表面2aから
選択的に除去されダイヤモンド構造のみが残ることとな
る。
【0009】ダイヤモンドが析出された基板2は、昇降
装置8により下方に所定距離移動され自然冷却される。
【0010】
【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
析出装置1には次の様な欠点があった。すなわち、図6
に示すように、マイクロ波無極放電域3aからワークホ
ルダ9に向かう反応ガスGの流れは、ワークホルダ9を
通り抜けることができないために、ワークホルダ9の周
囲13に向いこの周囲13から下方に流下することとな
り、活性化された遊離炭素は、中央部の基板2より外側
の基板2により多く堆積することとなる。したがって、
外側に配置された基板2の表面2aでは遊離炭素が速や
かに推積されて弱い結合のグラファイト構造は反応ガス
Gの分解時に生成される原子状の水素により表面2aか
ら選択的に除去され良好な人工ダイヤモンドを析出する
ことができるが、中央部に配置された基板2の表面2a
では反応ガスGの流れが弱いために該基板2の表面2a
に推積される遊離炭素量が少なく、グラファイト構造を
選択除去することもできない等、様々な問題が生じるこ
ととなる。したがって、良好な人工ダイヤモンドは外側
に配置された基板2にしか析出されず、製品歩留まりが
極めて悪いという欠点があった。
【0011】人工ダイヤモンドを析出させるには、かな
りの反応時間を必要とするものであるから、上記の製品
歩留まりの低下は装置の効率を著るしく低下させること
となる。
【0012】この考案は、上記の事情に鑑みてなされた
ものであって、以上の欠点を有効に解決することができ
る析出装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この考案は次の様な析出装置を採用した。すなわ
ち、被処理材にダイヤモンドを析出させるための反応室
と、該反応室に反応ガスを導入する反応ガス導入管と、
前記反応室から反応ガスを排出する反応ガス排出管と、
前記被処理材を支持するワークホルダと、前記ワークホ
ルダに支持される前記被処理材の表面と対向する位置に
放電域が設けられたマイクロ波共振器とを具備してなる
人工ダイヤモンド析出装置において、前記ワークホルダ
には、複数の孔が形成されてなることを特徴とする。
【0014】
【作用】この考案の析出装置では、放電域からワークホ
ルダに向かう反応ガスの流れは、ワークホルダの孔を通
過し流下する。ワークホルダ上の反応ガスの流れは一方
の均一な層流となり、放電域により分解されて生成し
た活性化された遊離炭素は、ワークホルダに保持された
被処理材の表面に均一に堆積する。
【0015】
【実施例】以下、この考案の実施例について図面を基に
説明する。この考案の析出装置21は、従来例で説明し
た析出装置1の構成要素であるワークホルダ9を改良し
たものであり、この改良したワークホルダ以外の構成要
素については同一の番号を付し、説明を省略する。
【0016】図2に示す様に、ワークホルダ22は、円
形状の石英板23の周囲を除く部分にMo製の網(複数
の孔)24が形成されたものである。
【0017】次に、このワークホルダ22の作用につい
て図1を参照して説明する。反応室3に導入された反応
ガスGは、マイクロ波無極放電域3a(放電域)の上方
からワークホルダ22に向い、該ワークホルダ22の網
24を通過して流下する。
【0018】この間、反応ガスGはマイクロ波無極放電
域3aにおいてマイクロ波無極放電により分解されて遊
離炭素(C)となり、この遊離炭素を含む反応ガスGの
流れは、ワークホルダ22に向かう均一な層流となり、
ワークホルダ22に保持された基板2の表面2aに均一
かつ速やかに推積することとなり、弱い結合のグラファ
イト構造は反応ガスGの分解時に生成される原子状の水
素により表面2aから選択的に除去され極めて結晶性の
よい人工ダイヤモンドが析出する。
【0019】いま、上記のワークホルダ22を用い、 反応ガス組成:容量割合でH2/CH4=1000cc/min/8cc/min マイクロ波無極放電域3aと基板2の表面2aとの距離:5mm 反応室3内の雰囲気圧力:20torr マイクロ波共振器11の出力:周波数2.45GHz、500W 反応時間:5時間 冷却:自然冷却(炉冷) の条件で人工ダイヤモンドの析出を行ったところ、基板
2の表面2aには、平均膜厚4μmの人工ダイヤモンド
膜が均一に形成された。また、ワークホルダ21に保持さ
れた基板2の全てに均一な人工ダイヤモンド膜が形成さ
れており、従来と比べて製品の歩留まりが大幅に向上す
ることがわかった。
【0020】以上説明した様に、この考案の析出装置に
よれば、ワークホルダ22は円形状の石英板23の周囲
を除く部分にMo製の網24が形成されているので、遊
離炭素を含む反応ガスGの流れは、ワークホルダ22に
向かう均一な層流となり、前記遊離炭素をワークホルダ
22に保持された基板2の表面2aに均一かつ速やかに
推積させることができ、弱い結合のグラファイト構造は
原子状水素により選択的に除去され極めて結晶性のよい
人工ダイヤモンドを析出させることができる。したがっ
てワークホルダ22に保持された全ての基板2の表面2
aに均一に人工ダイヤモンドを成膜させることができ、
製品歩留まりを大巾に向上させることができる。
【0021】図3のワークホルダ31も、前記ワークホ
ルダ21と同様に従来例のワークホルダ9を改良したも
のである。このワークホルダ31は、円形状の石英板3
2の周囲を除く部分にパンチングにより格子(複数の
孔)33が形成されたものである。このワークホルダ3
1においても、前記ワークホルダ21と全く同一の作
用、効果を有する。
【0022】図4のワークホルダ41も、前記ワークホ
ルダ21,31と同様に従来例のワークホルダ9を改良
したものである。このワークホルダ41は、円形状の石
英板42の周囲を除く部分にパンチングにより複数の孔
43,…が形成されたものである。このワークホルダ4
1においても、前記ワークホルダ21,31と全く同一
の作用、効果を有する。
【0023】
【考案の効果】以上説明した様に、この考案の析出装置
によれば、ワークホルダに複数の孔が形成されてなるこ
ととしたので、遊離炭素を含む反応ガスの流れは、ワー
クホルダに向かう均一な層流となり、前記遊離炭素をワ
ークホルダに保持された前記被処理材の表面に均一かつ
速やかに堆積させることができ、弱い結合のグラファイ
ト構造は選択的に除去され極めて結晶性のよい人工ダイ
ヤモンドを析出させることができる。したがってワーク
ホルダに保持された全ての被処理材の表面に均一に人工
ダイヤモンドを成膜させることができ、製品歩留まりを
大巾に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の析出装置の反応ガスの流れを示す図で
ある。
【図2】本考案の析出装置のワークホルダの一例を示す
全体斜視図である。
【図3】本考案の析出装置のワークホルダの一例を示す
全体斜視図である。
【図4】本考案の析出装置のワークホルダの一例を示す
全体斜視図である。
【図5】従来の析出装置の概略図である。
【図6】従来の析出装置の反応ガスの流れを示す図であ
る。
【符号の説明】
21 人工ダイヤモンド析出装置 2 基板(被処理材) 2a 表面 3 反応室 3a マイクロ波無極放電域 4 反応ガス導入管 5 反応ガス排出管 6 制御機構 8 昇降装置 9 ワークホルダ 10 熱電対 11 マイクロ波共振器(高エネルギー体) 12 電気炉 22 ワークホルダ 23 石英板 24 網(複数の孔) 31 ワークホルダ 32 石英板 33 格子(複数の孔) 41 ワークホルダ 42 石英板 43 孔

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理材にダイヤモンドを析出させるた
    めの反応室と、該反応室に反応ガスを導入する反応ガス
    導入管と、前記反応室から反応ガスを排出する反応ガス
    排出管と、 前記被処理材を支持するワークホルダと、前記ワークホルダに支持される前記被処理材の表面と対
    向する位置に放電域が設けられたマイクロ波共振器と
    具備してなる人工ダイヤモンド析出装置において、 前記ワークホルダには、複数の孔が形成されてなること
    を特徴とする人工ダイヤモンド析出装置。
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JPH04114569U JPH04114569U (ja) 1992-10-08
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