JPH04338197A - ダイヤモンドの合成方法 - Google Patents

ダイヤモンドの合成方法

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JPH04338197A
JPH04338197A JP10601291A JP10601291A JPH04338197A JP H04338197 A JPH04338197 A JP H04338197A JP 10601291 A JP10601291 A JP 10601291A JP 10601291 A JP10601291 A JP 10601291A JP H04338197 A JPH04338197 A JP H04338197A
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JP
Japan
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diamond
mixed gas
plasma
irradiated
magnetic field
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JP10601291A
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English (en)
Inventor
Takeshi Miura
毅 三浦
Yukihiro Sakamoto
幸弘 坂本
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Japan Steel Works Ltd
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンドの合成方
法に関し、特に、ミラー磁場を形成した状態で且つ紫外
線を反応ガス及び基板に照射しつつ合成することにより
、成膜を均一にするとともに、成膜速度を向上させるた
めの新規な改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、用いられていたこの種のダイヤモ
ンドの合成方法としては種々あるが、その中で代表的な
ものについて述べると、例えば、特開昭62−1383
94号公報および特開昭63−107899号公報に開
示されている方法を挙げることができる。すなわち、特
開昭62−13894号公報においては、炭化水素と水
素の混合ガスを熱電子放射によって活性化し、600℃
以上1200℃以下に加熱した基板表面にダイヤモンド
を析出させるダイヤモンドの合成方法において、混合ガ
ス、基板表面、熱電子放射材のいずれかに混合ガスは必
須として、少なくとも1つ以上外部から高出力紫外線を
照射して基板表面上にダイヤモンドを合成するようにし
た方法である。また、特開昭63−107899号公報
においては、プラズマ室および反応室内に炭化水素気体
を含む薄膜形成気体を導入し、前記気体に対して外部よ
り磁界およびマイクロ波電力を加え、その相互作用によ
り100paから10−2paの圧力範囲でプラズマを
発生せしめ、前記プラズマにより薄膜形成用気体中の励
起されたイオン種、活性種等により、あらかじめ加熱さ
れて反応室内に保持されていた基板表面上にダイヤモン
ドを合成するようにした方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のダイヤモンドの
合成方法は、以上のように構成されていたため、次のよ
うな課題が存在していた。すなわち、特開昭62−13
8394号公報の合成方法では、炭化水素と水素の混合
ガスに紫外線を照射しているが、ダイヤモンドの合成方
法に重要な役割を果す水素を活性化できるような実用的
な紫外線発生装置は現在のところ実用化されていない。 また、炭化水素の活性化にエキシマレーザのような紫外
線発生装置を用いることが試みられているが、エキシマ
レーザは非常に高価であり、現状ではナノ秒(ns,1
0−9秒)オーダの極短時間のパルスを毎秒数回から数
100回の発光しかできないため、混合ガスに照射され
る積算時間が短く、反応時間に占める照射による活性化
時間が非常に少ないため照射効果は小さく、高価な手段
を用いても紫外線照射の効果は殆ど得られていないのが
現状である。
【0004】また、特開昭63−107899号公報の
合成方法においては、反応ガスに対して、何らの補助的
処理を加えることなくプラズマ励起のみでダイヤモンド
の合成を行っていたため、例えば、4インチ基板を用い
て合成した場合、5時間で0.5μm厚しか得られず、
この合成時間の短縮を行うことが不可能であった。
【0005】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、ミラー磁場を形成した状態
で、例えば、低圧水銀灯のように安価で連続光が得られ
る紫外線発生装置を用いて活性化できる酸素を含む含炭
素化合物の混合ガスを反応ガスとし、プラズマ励起に紫
外線照射による混合ガスと基板表面の活性化および基板
への熱電子放射による活性化を複合することにより、成
膜を均一にするとともに、成膜速度を向上させるように
したダイヤモンドの合成方法を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によるダイヤモン
ドの合成方法は、プラズマ室に少なくとも含炭素化合物
ガスと酸素ガスを含む混合ガスを供給し、プラズマCV
D法により反応室内に設けられた基板の表面にダイヤモ
ンドを合成するようにしたダイヤモンドの合成方法にお
いて、前記プラズマ室の外周位置に設けられた複数の磁
場発生手段からの磁場によるミラー磁場が形成された状
態で、前記混合ガスに第1紫外線を照射しつつ、前記混
合ガスをマイクロ波プラズマ中を通過させ、さらに通過
後の混合ガスおよび基板表面に第2紫外線を照射させつ
つダイヤモンドを合成する方法である。
【0007】さらに詳細には、前記反応室内に設けられ
た熱電子放射材と試料台との間に直流によるバイアス電
位を付加した状態でダイヤモンドの合成を行う方法であ
る。
【0008】さらに詳細には、前記混合ガスが前記マイ
クロ波プラズマ中を通過するときに照射する前記第1紫
外線の波長と通過後の混合ガスおよび前記基板表面に照
射する第2紫外線の波長とを異なるようにした方法であ
る。
【0009】
【作用】本発明によるダイヤモンドの合成方法において
は、プラズマ室に少なくとも含炭素化合物ガスと酸素ガ
スとを含む混合ガスを供給し、プラズマ室の外周位置に
設けられた複数の磁場発生手段からの磁場によるミラー
磁場が形成された状態で、プラズマ室に取付けられた光
源から発射した第1紫外線を混合ガスに照射しつつこの
混合ガスをマイクロ波プラズマ中を通過させてマイクロ
波プラズマによる混合ガスの分子、原子等の励起をより
促進し、さらにプラズマ中を通過した後にも第2紫外線
を照射してまだ励起されずに残っている混合ガスを励起
し、加えて基板の表面にも第2紫外線を照射して基板の
表面を清浄化するとともに、励起して粒子の基板上で動
ける距離を大きくし、基板上の空いている空隙に粒子が
入って行くようにすることによって、均一なダイヤモン
ド膜が迅速に形成される。また、ミラー磁場により磁場
分布がととのい、プラズマ密度の均一化、膜厚の均一化
が行われる。加えて、基板の表面への熱電子衝撃によっ
て成膜速度がさらに向上する。
【0010】
【実施例】以下、図面とともに本発明によるダイヤモン
ドの合成方法の好適な実施例について詳細に説明する。 図1は本発明によるダイヤモンドの合成方法に適用する
ダイヤモンド合成装置を示す概略構成図、図2は図1の
要部の拡大図である。
【0011】図1において符号1で示されるものは密閉
状態に構成され排気手段1Aを介して真空状態に保持さ
れた反応室であり、この反応室1には、プラズマ室4が
接続されており、前記反応室1とプラズマ室4には少な
くとも炭素化合物ガスと酸素ガスとを含む混合ガス2を
供給するためのガス供給管2Aが各々設けられている。 なお、前記反応室1に供給される前記混合ガス2と前記
プラズマ室4に供給される前記混合ガス2とは同種類の
ものであってもよく、異なった種類のものであってもよ
い。
【0012】前記プラズマ室4には、前記反応室1内に
磁場5a(図2に示す)を発生させるための励磁コイル
からなる磁場発生手段5及び複数のマイクロ波発振機3
からのマイクロ波3Aを供給するためのマイクロ波供給
管3Bが設けられている。前記プラズマ室4の一端4a
及び他端4bには、各々第1光源8及び第1電源9が設
けられ、各第1光源8からは第1紫外線8aが出射され
ている。前記反応室1の上端1aには、第2光源6が取
付けられ、前記第2光源6には第2電源7が接続されて
おり、前記第2光源6からは第2紫外線6aが出射して
いる。
【0013】前記各光源6,8は、紫外線6a,8aを
発射するための例えば重水素ランプ、水銀ランプおよび
キセノンランプ等から構成されている。前記第1紫外線
8aは、前記プラズマ室4内の前記混合ガス2と前記マ
イクロ波3Aによってつくられたプラズマ中に照射され
るように構成されている。また、前記第2紫外線6aは
、前記反応室1の内部に位置して配置された試料台10
に取付けられた基板11の表面11aと前記混合ガス2
に照射されるように構成されている。
【0014】前記反応室1内に設置された前記試料台1
0に対向する上方位置には、熱電子放射材12が設けら
れ、前記熱電子放射材12にはこれを加熱するための電
源14が接続され、前記試料台10と前記熱電子放射材
12とにバイアス電位を付加するための電源13が接続
されている。前記磁場発生手段5は、第2図に示される
ように前記反応室1の外周位置に複数個配置され、各磁
場発生手段5からの磁場5aにより反応室1内では各磁
場がぶつかり合ってミラー磁場が形成されている。
【0015】従って、前述のダイヤモンド合成装置を用
い、前記ミラー磁場が形成された状態下で、且つ、反応
室1およびプラズマ室4に混合ガス2を供給しプラズマ
室4の第1光源8からの第1紫外線8aを混合ガス2に
照射しつつプラズマ中を通過させ、プラズマによる混合
ガス2の分子、原子等の励起をより促進し、さらにプラ
ズマ中を通過した後にも反応室1の第2光源6からの第
2紫外線6aを照射して、まだ励起されずに残っている
混合ガス2を励起し、加えて基板11の表面11aにも
第2紫外線6aを照射して基板11の表面11aが第2
紫外線6aによって清浄化されつつ、反応室1内で基板
11の表面11aにダイヤモンド膜(図示せず)が生成
される。
【0016】この場合、プラズマ中に第1紫外線8aを
照射させることによりプラズマ中の混合ガス2の分子、
原子等がより活性化され、さらにプラズマ通過後にも第
2紫外線6aを照射させることにより、まだ励起されず
に残っている混合ガス2も活性化され、加えて基板11
の表面11aにも第2紫外線6aを照射させることによ
り表面11aが清浄化され、粒子が基板11上で動ける
距離が大となり、粒子が空いている空隙に入り込むため
均一なダイヤモンド膜を迅速に得ることができる。また
、ミラー磁場の発生により磁場分布が均一な状態となり
、膜厚の均一化、プラズマ密度の均一化がなされる。
【0017】また、熱電子放射材12を加熱して熱電子
を放射させ、試料台10を正とし熱電子放射材12を負
としてバイアス電位を負荷することによってさらに成膜
速度を上げることができる。混合ガス2に酸素ガスを含
めているので、市販の安価でかつ連続光が得られる紫外
線発光装置を用いて混合ガスおよび基板11を活性化で
きるので、ダイヤモンド膜を安く得ることができる。
【0018】
【発明の効果】本発明によるダイヤモンドの合成方法は
、以上のように構成されているので、次のような効果を
得ることができる。すなわち、ミラー磁場を形成した状
態下で、混合ガスに第1紫外線を照射しつつ前記混合ガ
スをマイクロ波プラズマ中を通過させ、さらに通過後の
混合ガスおよび基板表面に第2紫外線を照射させつつダ
イヤモンドの合成を行うため、紫外線によってプラズマ
中の分子、原子等をより活性化し、また、基板の表面を
清浄化しつつダイヤモンド成膜を行うことができ、粒子
の付着が迅速化され、均一な膜を従来の方法より高速に
成膜することができる。また、紫外線を発生する手段も
安価なものでよく、且つ、酸素ガスを含む反応ガスを用
いるので、安価な光発生装置によって活性化できる、安
いコストで成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるダイヤモンドの合成方法に適用す
るダイヤモンド合成装置を示す概略構成図である。
【図2】図1の要部を示す拡大図である。
【符号の説明】
1    反応室 2    混合ガス 4    プラズマ室 5    磁場発生手段 6a    第2紫外線 8a    第1紫外線 10    試料台 11    基板 11a    表面

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  プラズマ室(4)内に少なくとも含炭
    素化合物ガスと酸素ガスを含む混合ガス(2)を供給し
    、プラズマCVD法により反応室(1)内に設けられた
    基板(11)の表面(11a)にダイヤモンドを合成す
    るようにしたダイヤモンドの合成方法において、前記プ
    ラズマ室(4)の外周位置に設けられた複数の磁場発生
    手段(5)からの磁場によるミラー磁場が形成された状
    態で、前記混合ガス(2)に第1紫外線(8a)を照射
    しつつ、前記混合ガス(2)をマイクロ波プラズマ中を
    通過させ、さらに、通過後の混合ガス(2)および基板
    表面(11a)に第2紫外線(6a)を照射しつつダイ
    ヤモンドの合成を行うようにしたことを特徴とするダイ
    ヤモンドの合成方法。
  2. 【請求項2】  前記反応室(1)内に設けられた熱電
    子放射材(12)と試料台(10)との間に直流による
    バイアス電位を付加した状態でダイヤモンドの合成を行
    うようにした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。
  3. 【請求項3】  前記混合ガス(2)が前記マイクロ波
    プラズマ中を通過するときに照射する前記第1紫外線(
    8a)の波長と通過後の混合ガス(2)および前記基板
    表面(11a)に照射する第2紫外線(6a)の波長と
    は異なることを特徴とする請求項1又は2記載のダイヤ
    モンドの合成方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010069715A (ko) * 2001-04-30 2001-07-25 조육형 플라스틱 필름의 연속 표면 개질장치
JP2013534275A (ja) * 2010-07-30 2013-09-02 ディアロテック 化学蒸着によって材料、特にダイヤモンドを合成する方法、及び該方法を適用するための装置

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JPS60180999A (ja) * 1984-02-24 1985-09-14 Nec Corp ダイヤモンドの合成方法
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JPS63185891A (ja) * 1987-01-27 1988-08-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd ダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜の製造方法

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