KR930011165B1

KR930011165B1 - Apparatus for adhering diamond film on the plate and processing method thereof

Info

Publication number: KR930011165B1
Application number: KR1019900011968A
Authority: KR
Inventors: 모또노부 가와라다; 가즈아끼 구리하라; 겐이찌 사사끼; 아끼또모 데시마; 나가아끼 고시노
Original assignee: 후지쓰 가부시끼가이샤; 야마모도 다꾸마
Priority date: 1990-08-04
Filing date: 1990-08-04
Publication date: 1993-11-24
Also published as: KR920004081A

Abstract

내용 없음.No content.

Description

다이아몬드막의 기상증차법 및 그 장치Vapor deposition method of diamond film and its apparatus

제1도는 기판상에 다이아몬드막을 형상하는데 사용되는 종래의 장치의 원리 설명도.1 is an explanatory view of the principle of a conventional apparatus used to form a diamond film on a substrate.

제2a도는 종래기술의 냉각기의 사시도.Figure 2a is a perspective view of a prior art cooler.

제2b도는 종래기술의 히이트 싱크(heat sink)의 단면도.2b is a cross-sectional view of a prior art heat sink.

제3도는 대상물 또는 기판상에 다이아몬드막을 형성하는데 사용되는 본 발명 장치의 원리 설명도.3 is an explanatory view of the principle of the apparatus of the present invention used to form a diamond film on an object or substrate.

제4도는 본 발명을 설명하기 위한 단면도.4 is a cross-sectional view for explaining the present invention.

제5도는 본 발명을 채용한 히이트 싱크의 단면도.5 is a cross-sectional view of the heat sink employing the present invention.

제6도는 제2중간층의 X선 회절 패턴도.6 is an X-ray diffraction pattern diagram of a second intermediate layer.

제7도는 제 4실시예의 라만 스텍트럼도.7 is a Raman spectrum diagram of the fourth embodiment.

제8도는 본 발명의 보호막을 갖는 경우의 X선 회절 패턴도.8 is an X-ray diffraction pattern diagram in the case of having the protective film of the present invention.

제9도는 보호막을 갖지 않는 경우의 X선 회절 패턴도.9 is an X-ray diffraction pattern diagram when no protective film is provided.

제10도는 본 발명에 의한 다이아몬드막 도포장치를 나타낸 도면,10 is a view showing a diamond film coating apparatus according to the present invention,

제11도는 종래기술에 의해 도포된 기판의 단부의 횡단면도.11 is a cross-sectional view of an end of a substrate applied by the prior art.

제12도는 본 발명에 의해 도포된 기판의 단부의 횡단면도.12 is a cross sectional view of an end of a substrate applied in accordance with the present invention.

본 발명은 다이아몬드막의 증기증착방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 접착력, 경도 및 평활성이 우수한 다이아몬드막을 대상물 또는 기판에 균일하게 증기증착하는 효율적인 방법 및 그 장치, 또한 침탄재상에 상기 다이아몬드막을 증착하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for vapor deposition of diamond films. More specifically, the present invention relates to an efficient method and apparatus for uniformly vapor-depositing a diamond film having excellent adhesion, hardness, and smoothness to an object or a substrate, and a method and apparatus for depositing the diamond film on a carburized material.

다이아몬드는 탄소(C)의 동소체이며, 다이아몬드 구조를 갖으며, 10의 높은 모오스 경도(Moh's hardness)를 갖으며, 기타물질에 비해 1000 또는 2000/mk의 높은 열전도도를 갖는다. 그러므로, 이러한 성질들을 이용하여 다양한 용도가 개발되었다.Diamond is an allotrope of carbon (C), has a diamond structure, has a high Moh's hardness of 10, and has a high thermal conductivity of 1000 or 2000 / mk over other materials. Therefore, various uses have been developed using these properties.

예를들어, 그 높은 경도를 활용해서 드릴 날 또는 바이트용으로 사용된다. 탄화텅스텐(WC)가 같은 고경도 소결합금으로 된 공구를 다이아몬드막으로 도포하려는 시도가 있었다. 또한, 다이아몬드는 그의 높은 열전도도를 이용해서 LSI, VLSI 또는 레이저 다이오드또는 기타 반도체장치의 히이트 싱크로서 이용된다.For example, its high hardness is used for drill bits or bites. Attempts have been made to apply a diamond film to tools made of high hardness small alloy alloys of the same tungsten carbide (WC). Also, diamond is used as a heat sink for LSI, VLSI or laser diodes or other semiconductor devices by utilizing its high thermal conductivity.

탄화텡스텐(WC)또는 탄화 몰리브덴(MoC)으로 된 공구에 다이아몬드막을 도포할시에 제 1도에 도시된것과 유사한 화학증기증착장치(약칭은 CVD장치)를 사용하여 화학증기증착(＂CVD＂라 약기함)에 의해 막을 직접 성장시키지만, 열팽창계수의 차이에 의해 막이 쉽게 박리된다.When applying a diamond film to a tool made of tungsten carbide (WC) or molybdenum carbide (MoC), chemical vapor deposition (CCVD) is used using a chemical vapor deposition apparatus (abbreviated CVD apparatus) similar to that shown in FIG. The film is grown directly, but the film is easily peeled off due to the difference in coefficient of thermal expansion.

상기 종래장치의 조작을 하기에 설명한다. 처리할 대상물(예 : 공구)또는 기판을 냉각수(2)에 의해 냉각되는 기판 호울더(3)에 놓는다. 플라즈마 제트(5)를 형성하기 위한 양극(6)과 음극(7)이 반응실(4)이 접속되어 있고, 이 양극과 음극 사이에 출발가스(8)가 공급된다. 상기 양극(6)과 음극(7)에는 DC전원(10)이 접속되어 있고, 상기 반응실(4)의 저부에는 배출구(11)가 설치되어 있다. 다이아몬드를 CVD성장시키기 위해서 수소(H₂)와 탄화수소, 예를들어 메탄(CH₄)과의 혼합가스를 상기 양극(6)과 음극(7) 사이를 통해 반응실(4) 내측에 공급한다. 상기 배출구(11)로 부터의 배출을 위해서 배출시스템을 작동시키므로서 반응실(4)내측이 저압으로 유지되며, 이 상태에서 양극(6)과음극(7) 사이에서 아아크(arc)방전(12)이 발생하여 그 열에 의해 출발가스(8)가 분해 및 플라즈마화되어 탄소 플라즈마를 함유하는 플라즈마 제트(5)가 금속판(1)을 타격하므로서, 미세 결정으로 된 다이아몬드막(13)이 금속판(1)상에 성장된다. 이와같이 하여 처리대상물(1)상에 다이아몬드막(13)을 성장시키는 것이 가능하게 되나, 열팽창계수가 다르고(예를들면, 다이아몬드의 선팽창계수는 0.0132×10

⁴K

¹인반면, CVD의 선팽창계수는 임), 반응이 행해지는 800℃이상의 고온에서 상온으로 온도가 떨어지므로, 상기 다이아몬드막(13)이 처리대상물(1)로 부터 쉽게 박리된다.The operation of the conventional apparatus will be described below. The object (eg tool) or substrate to be treated is placed in a substrate holder 3 which is cooled by the coolant 2. The reaction chamber 4 is connected to the anode 6 and the cathode 7 for forming the plasma jet 5, and the starting gas 8 is supplied between the anode and the cathode. A DC power supply 10 is connected to the positive electrode 6 and the negative electrode 7, and a discharge port 11 is provided at the bottom of the reaction chamber 4. In order to CVD grow the diamond, a mixed gas of hydrogen (H ₂ ) and a hydrocarbon such as methane (CH ₄ ) is supplied into the reaction chamber 4 through the anode 6 and the cathode 7. The inside of the reaction chamber 4 is maintained at a low pressure by operating the discharge system for discharging from the discharge port 11, and in this state, an arc discharge 12 between the positive electrode 6 and the negative electrode 7 is carried out. ), The starting gas 8 is decomposed and plasmated by the heat, and the plasma jet 5 containing the carbon plasma strikes the metal plate 1, so that the diamond film 13 made of fine crystals is made of the metal plate 1 Is grown on). In this way, it is possible to grow the diamond film 13 on the object to be treated 1, but the coefficient of thermal expansion is different (for example, the coefficient of linear expansion of diamond is 0.0132 × 10).

⁴ K

^1, whereas the linear expansion coefficient of CVD is Im), the reaction was therefore dropped the temperature to room temperature at a high temperature is carried out over 800 ℃, the diamond film 13 is easily peeled off from the treated object 1.

그러므로, 상기와 같은 종래기술에서는, WC로 된 공구에 다이아몬드막을 도포하는 경우 예를들어 WC중에 소성강화제로서 함유된 접착력을 저하시키는 원소(예를들면Co)를 화학적으로 제거한 후 CVD법에 의해 다이아몬드막을 성장시키거나, 또는 기계적으로 스크래치를 만든 후 그 위에 성장시킨다. 그러나, 막이 두꺼워질수록 접착력이 약해지므로, 막의 성장두께는 단지 수㎛로 제한되었으며, 접착력이 실용상 불충분하였다. 본 발명자등은 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로서, 하기 공보의 제2도 에도시된 바와같이처리대상물(1)상에 열팽창계수가 다이아몬드와 가까운 도포층(15)을 설치하고, 이 위에 다이아몬드막(13)을 성장시키는 방법을 제안한 바 있다(일본 특개평 1-145313호(1987.9.발행).그러나, 공구용으로 실사용시에 접착력이 여전히 불충분하다. 상술한 바와같이, 다이아몬드가 모든 물질중에서 경도가 가장 높으므로, 그를 사용하여 드릴 날과 바이트를 만들려고 시도한 바 있다. 그러나, 예를들면 WC로 된 공구를 다이아몬드로 도포하는 경우, 열팽창계수가 달라 상기 도막이 쉽게 박리되어 산업상 이용되지 못하였다.Therefore, in the prior art as described above, when a diamond film is applied to a tool made of WC, for example, the diamond is removed by CVD after chemically removing an element (for example, Co) that lowers the adhesive force contained in the WC as a plastic strengthening agent. The film is grown or mechanically scratched and then grown on it. However, the thicker the film, the weaker the adhesion, so the growth thickness of the film was limited to only a few micrometers, and the adhesion was insufficient practically. As a method for solving such a problem, the present inventors have provided a coating layer 15 close to diamond with a thermal expansion coefficient on the object to be treated 1, as shown in FIG. A method of growing (13) has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 1-145313 (issued September 9, 1987). However, the adhesive strength is still insufficient in practical use for tools. Has been used to make a drill bit and bite, however, for example, when a WC tool is applied with diamond, the coefficient of thermal expansion is different so that the coating is easily peeled off and cannot be used industrially. .

전술한 바와같이 다이아몬드는 열전도도가 높으므로, 반도체장치용 히이트 싱크로 주목받게 되어 현재 이용도에 사용되고 있다. 제 2도A는 냉각기의 사시도이며, 다이아몬드로 된 히이트 싱크(15)가 동Cu으로 된 서브캐리어 (subcarrier)(14)상에 금으로 땜질돼 있다. 이히이트 싱크(15)의 상단에는 반도체 레이저 또는 다른 반도체 칩(16)이 예를들면 금-주석 땜납에 의해 접착되어 있다.As mentioned above, since diamond has high thermal conductivity, diamond has attracted attention as a heat sink for semiconductor devices and is currently used for utilization. 2 is a perspective view of the cooler, in which a heat sink 15 made of diamond is brazed with gold on a subcarrier 14 made of copper Cu. A semiconductor laser or other semiconductor chip 16 is attached to the upper end of the eat sink 15 by, for example, gold-tin solder.

제2b도는 히이트 싱크(15)의 단면구조를 나타내며, 티타늄(Ti)막(18), 백금(Pt)막(19) 및 금(Au)막(20)이 나열된 순서대로 각각 약 2000Å의 두께로 형성돼 있다. Ti막 (18)을 사용하는 이유는 이 막이 다이아몬드막(17)과 함께 탄화티타늄(Tic)을 형성하여 우수한 접착력을 갖기 때문이다. 또한, Pt막(19)을 개재시키는 이유는 Ti막(18)과 Au막(20)의 불량한 습윤성을 보정하기 위한 것이다. 그러나, 이러한 히이트 싱크(15)는 그 구조의 복잡성의 측면에서 볼 때 그 구조물을 밀폐시키는 금속막의 열전도도에 의해 상당한 영향을 받는다.또한, 상기 접착은 높은 온도를 필요로 하므로 반도체 칩이 쉽게 손상될 수 있고, 또한 상기 접착은 특수한 기술을 필요로 하므로, 소요 비용이 높아진다FIG. 2B shows a cross-sectional structure of the heat sink 15, each having a thickness of about 2000 mm in the order in which the titanium (Ti) film 18, the platinum (Pt) film 19, and the gold (Au) film 20 are listed. It is formed. The reason why the Ti film 18 is used is that this film forms titanium carbide (Tic) together with the diamond film 17 and has excellent adhesion. The reason for interposing the Pt film 19 is to correct poor wettability of the Ti film 18 and the Au film 20. However, this heat sink 15 is considerably affected by the thermal conductivity of the metal film that seals the structure in view of the complexity of the structure. In addition, since the adhesion requires a high temperature, the semiconductor chip is easily made. Can be damaged, and also because the adhesion requires special techniques, the cost is high

상기 장치에 의하면, 냉각수(2)에 의해 냉각되는 기판 호울더상에 플레이트(Plate)(1)를 놓은 후, 다이아몬드막(13)을 형성하는 것이 가능하다.According to the above apparatus, it is possible to form a diamond film 13 after placing a plate 1 on a substrate holder cooled by the cooling water 2.

전술한 바와같이, 다이아몬드는 2000W/mK의 극히 우수한 열전도도를 갖으므로 히이트 싱크의 구성재료로 시판되고 있으나, 제 3도에 도시된 바와같이, Ti/Pt/Au 및 금속막이 다이아몬드막상에 층층으로 형성돼 있다. 그러므로, 다이아몬드의 열전도도가 손상되고 제조원자가 높아지는 문제점이 있다.As described above, diamond has a very good thermal conductivity of 2000 W / mK and is commercially available as a heat sink constituent material. However, as shown in FIG. 3, Ti / Pt / Au and a metal film are layered on the diamond film. Formed. Therefore, there is a problem that the thermal conductivity of the diamond is damaged and the manufacturing atoms are high.

또한, 전술한 바와같이, 다이아몬드는 그 경도를 이용해서 고성능 공구에 사용되며, 또한 그 열전도도가 동에 비해 수배정도 높으므로 레이저 다이오드 같은 발열량이 큰 장치의 히이트 싱크로서 사용된다. 그러나, 종래의 두꺼운 다이아몬드막의 표면은 매우 거칠어서 이들 막을 사용하려면 다이아몬드 디스크로 표면을 연마해서 사용해야 한다. 이러한 연마작업은 상당한 시간과 노력이 소요된다. 다이아몬드의 핵 생성밀도는 10⁷~10⁹Cm

²로서, 다른 물질(10¹³)에 비해 현저히 작으므로,특정 결정입자들만이 선택적으로 성장하여 그 표면이 매우 거칠어진다. 특히, 이러한 경향은 다이아몬드막이 두꺼울수록 두드러진다(막두께 2mm일 때 약 0.2mm).In addition, as described above, diamond is used in a high performance tool by using its hardness, and since its thermal conductivity is several times higher than that of copper, it is used as a heat sink of a device having a large amount of heat generation such as a laser diode. However, the surface of conventional thick diamond films is very rough so that the use of these films requires grinding of the surface with diamond disks. This polishing takes considerable time and effort. Diamond nucleation density is 10 ⁷ ~ 10 ⁹ Cm

² , which is significantly smaller than other materials 10 ¹³ , only certain crystal grains selectively grow and the surface becomes very rough. In particular, this tendency is more pronounced as the diamond film is thicker (about 0.2 mm when the film thickness is 2 mm).

또한, 상기에 설명한 바와같이, 다이아몬드막의 높은 경도를 이용해서 공구들을 다이아몬드로 도포하고자 시도한 바 있었다. 다이아몬드 합성방법으로는 고압합성과 저압합성법이 알려져 있다. 비교적 크기가 큰 단결정을 형성하는데는 고압합성법이 적합하나, 그 장치의 조작이 번거롭고, 성장속도가 매우 느려서, 비용이 높아지는 문제점이 있다. 이에 대해, 저압합성법에는 마이크로파 플라즈마 화학기상증착법과 전자 어시스트(electron assisted)화학기상증착법이 있으며, 고압합성법에 비해 성장속도가 휠씬 빠르고 처리된 기판에 다이아몬드를 미세결정으로 형성하는 것이 가능하다.In addition, as described above, attempts have been made to apply tools to diamond using the high hardness of the diamond film. As the method for synthesizing diamond, high pressure synthesis and low pressure synthesis are known. Although the high pressure synthesis method is suitable for forming a relatively large single crystal, there is a problem in that the operation of the device is cumbersome, the growth rate is very slow, and the cost is high. On the other hand, low pressure synthesis methods include microwave plasma chemical vapor deposition and electron assisted chemical vapor deposition. The growth rate is much faster than that of high pressure synthesis, and diamonds can be formed into microcrystals on the treated substrate.

이와 대조적으로, 본 발명자등은 상기에 설명한 제 1도에 도시된 바와같은 플라즈마 제트 화학증착장치를 사용하는 다이아몬드막의 화학기상증착법(CVD)을 개발하였다. 그러나, 플라즈마 제트 CVD에 의해 다이아몬드막을 성장시키기 때문에 CH₄와 다른 탄화수소류가 아아크 방전영역에서 급속히 고온으로 승온 분해되어, 플라즈마 제트로서 방출되어 금속 플레이트(1)를 타격한 후 에너지를 상실하고 다이아몬드로서 결정화된다. 이때, 상기 탄화수소를 구성하는 탄소(C)가 전부 다이아몬드로 되는 것은 아니다. 석출물의 상당량이 비정실 탄소 또는 흑연형태로 금속 플레이트(1)상에 석출되나, 출발가스(8)로서 수소가스(H₂)와 상기 탄화수소와의 혼합가스를 사용하면, 상기 비정실 탄소 또는 흑연등의 다이아몬드가 아닌 성분들이 및 기타 탄화수소로 환원되어 가스상으로 제거된다In contrast, the present inventors have developed a chemical vapor deposition method (CVD) of a diamond film using a plasma jet chemical vapor deposition apparatus as shown in FIG. 1 described above. However, since the diamond film is grown by plasma jet CVD, CH ₄ and other hydrocarbons are rapidly decomposed to a high temperature in the arc discharge region, released as a plasma jet, and hit the metal plate 1 to lose energy, and then as diamond. Crystallize. At this time, not all the carbons (C) constituting the hydrocarbon are diamonds. A substantial amount of precipitate precipitates on the metal plate 1 in the form of amorphous carbon or graphite, but when a mixed gas of hydrogen gas (H ₂ ) and the hydrocarbon is used as the starting gas (8), the amorphous carbon or graphite Non-diamond components such as and reduced to other hydrocarbons and removed in gas phase

그러나, 실질적으로는 상기가스의 제거작용은 불완전하며, 플라즈마 제트 CVD법에 의해 형성된 거의 모든 다이아몬드막에서 상기와 같이 다이아몬드 아닌 성분이 검출된다. 이것이 경도 저하 요인이었다.However, substantially the removal of the gas is incomplete, and the non-diamond component is detected in almost all the diamond films formed by the plasma jet CVD method. This was a factor of lowering hardness.

전술한 바와같이, 다이아몬드는 10,000Kg/mm²의 높은 경도를 갖어, 각종 공구의 도포재로서 주목을 받아 왔으나, 상기 플라즈마 제트 CVD법에 의해 얻어진 다이아몬드막은 비정질 탄소 또는 흑연을 함유하고 있어 경도가 불충분하였다.As mentioned above, diamond has a high hardness of 10,000Kg / mm ² and has attracted attention as a coating material for various tools, but the diamond film obtained by the plasma jet CVD method contains amorphous carbon or graphite, and the hardness is insufficient. It was.

또한, 종래에는 다이아몬드의 높은 경도를 이용하여 고성능 공구에 사용되었고, 그 열전도도가 동의 수배정도로 커서, 반도체 레이저와 같은 발열량이 큰 장치의 히이트 싱크로서 사용되었었다.In addition, conventionally, high hardness of diamond was used in a high performance tool, and its thermal conductivity was about several times synonymous, and was used as a heat sink of a high heat generation apparatus such as a semiconductor laser.

그러나, 다이아몬드막을 CVD법에 의해 형성하는 경우, 그 기판의 재료가 탄소를 투과시킬 수 있는 물질(침탄성 물질, 예를들어 Ni,Co 및 Fe)이므로, 탄소성분이 기판내에 분산되어, 다이몬드막의 합성을 불가능하게 한다. 따라서, 종래에 공구 또는 히이트 싱크용으로 다이아몬드막을 사용하는 경우, 그 기재(공구의 경우 그 아암, 히이트 싱크인 경우 서브캐리어)가 침탄재가 아닌 것으로 제한되었다. 그러나, 침탄재와 같은 연성 물질상에 다이아몬드와 같은 딱딱간 막을 형성하는 것이 가능하다면 매우 편리할 것이다.However, when the diamond film is formed by the CVD method, since the material of the substrate is a material capable of permeating carbon (carburizing materials such as Ni, Co and Fe), the carbon component is dispersed in the substrate and the diamond film Make synthesis impossible. Therefore, in the past, when a diamond film is used for a tool or a heat sink, the substrate (the arm in the case of the tool, the subcarrier in the case of the heat sink) is limited to not being a carburizing material. However, it would be very convenient if it is possible to form a hard film such as diamond on a soft material such as carburizing material.

따라서, 본 발명의 목적은, 상기 설명한 바와같은 종래기술의 문제점을 해결하려는 것이며, 처리대상물상에 이 대상물과 접착력이 우수한 다이아몬드막을 증기증착시키기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to solve the problems of the prior art as described above, and to provide a method and apparatus for vapor depositing a diamond film having excellent adhesion to the object on the object to be treated.

본 발명의 또다른 목적은 다이아몬드의 열전도도의 손상없이 결합금속과의 접착력이 우수한 히이트 싱크용으로 적합한 다이아몬드막을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a diamond film suitable for a heat sink having excellent adhesion with a bonding metal without damaging the thermal conductivity of the diamond.

본 발명의 다른 목적은 기판상에 평탄한 다이아몬드막을 형성하는 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of forming a flat diamond film on a substrate.

본 발명의 다른 목적은 기판상에 경도가 높은 다이아몬드막을 형성하는 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of forming a diamond film having a high hardness on a substrate.

본 발명의 또다른 목적은 침탄재로 된 기판상에 다이아몬드막을 형성하는 방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of forming a diamond film on a carburized substrate.

본 발명에 의하면, 처리대상물상에 다이아몬드막을 동일장치내에서 화학기상증착법에 의해 생성함에 있어서 ; 상기 대상물의 주성분 원소와 다이아몬드 소성강화제의 성분원소와의 혼합물로 된 제 1중간층을 상기처리대상물상에 형성하고 ; 다이아몬드 소성강화제의 성분원소와 다이아몬드와의 혼합물로 된 제 2중간층을 상기 제 1중간층상에 형성하고 ; 상기 제 2중간층상에 다이아몬드막을 형성하는 것이 특징인 다이아몬드 막형성방법이 제공된다.According to the present invention, the diamond film is formed on the object to be treated by chemical vapor deposition in the same apparatus; Forming a first intermediate layer of a mixture of a main component element of the object and a component element of a diamond hardener; Forming a second intermediate layer of a mixture of the element and the diamond element of the diamond hardener on the first intermediate layer; A diamond film forming method is provided, wherein a diamond film is formed on the second intermediate layer.

본 발명에 의하면, 또한 다이아몬드 형성용 재료의 가스와 다이아몬드 핵 형성 촉진원소의 가스를 사용하여 CVD법에 의해서 기판상에 다이아몬드막을 합성함을 특징으로 하는 기판상에 다이아몬드를 도포하는 형성방법이 제공된다.According to the present invention, there is also provided a forming method of applying diamond onto a substrate, wherein the diamond film is synthesized on the substrate by a CVD method using a gas of a diamond forming material and a gas of a diamond nucleation promoting element. .

또한, 본 발명에 의하면 배기시스템에 의해서 반응실을 진공상태로 감입하는 한편, 상기 반응실에 설치된 양극과 음극 사이에 탄화수소가스와 수소가스와의 혼합가스를 공급하여 아아크 방전에 의해 탄소 플라즈마 제트를 발생시켜 처리되는 기판상에 다이아몬드막을 형성하고, 이때 상기 플라즈마 제트중의 다이아몬드 아닌 탄소성분과 결합할 수 있는 텅스텐, 몰리브덴, 실리콘 및 티타늄으로 이루어진 그룹에서 선택한 1이상의 원소의 분말을 가하여 경질 카바이드를 형성하는 것이 특징인 다이아몬드막 합성방법이 제공된다.In addition, according to the present invention, the reaction chamber is vacuumed by the exhaust system, and a mixed gas of hydrocarbon gas and hydrogen gas is supplied between the anode and the cathode installed in the reaction chamber to generate a carbon plasma jet by arc discharge. A diamond film is formed on the substrate to be generated and processed, and at this time, hard carbide is formed by adding powder of at least one element selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, silicon and titanium which can be combined with a non-diamond carbon component in the plasma jet. A diamond film synthesis method is provided.

또한, 본 발명에 의하면, (i) 고융점 카바이드를 용이하게 형성할 수 있는 원소를 사용하여 플라즈마 주입법에 의해 침탄재로 된 기판상에 보호막을 형성한 후, (ii) 이 보호막상에 플라지마 CVD법에 의해 다이아몬드막을 형성함을 특징으로 하는 다이아몬드막 합성방법이 제공한다.Further, according to the present invention, (i) a protective film is formed on a substrate made of a carburized material by plasma injection using an element capable of easily forming a high melting point carbide, and (ii) a plasma on the protective film. A diamond film synthesizing method characterized by forming a diamond film by CVD.

또한, 본 발명에 의하면 처리대상물 또는 기판상에 다이아몬드막을 형성하는 장치로서 ; 내부에 고온 플라즈마 분사노즐이 개방돼 있는 밀폐몸체와 방전가스 공급관으로 구성된 제 1극성을 갖는 전극형성부재 ; 상기 밀페몸체의 내부에서 상기 노즐에 대향 설치된 반대극성을 갖는 전극형성부재 ; 상기 제 1극성을 갖는 전극과 상기 반대극성 전극간에 직류전압을 공급하는 직류전원을 갖는 전원공급 시스템을 구비하며, 상기 직류전원이 공급되는 전극들 사이에 상기 방전가스 공급관을 통해 가스를 공급하여 상기 전극간에서 직류 아아크 방전에 의해 상기 가스를 고온 플라즈마로 형성시켜 이 고온 플라즈마를 상기 노즐을 통해 플라즈마 제트로서 분사하는 직류 플라즈마 토오치; 기상증착용 기체상 출발화합물을 상기 플라즈마 제트에 공급하는 출발가스 공급시스템 ; 상기 아아크 방전부에 금속분말을 공급하기 위한 분말공급관 ;및 상기 비평형플라즈마중에서 기판을 지지하고 상기 기판상에 고온 플라즈마 화학증기증착막이 기상중에서 증착되도록 하는 기판지지 기구로 구성된 것을 특징으로 하는 다이아몬드막 형성장치가 제공된다.Moreover, according to this invention, it is an apparatus which forms a diamond film on a process target or a substrate; An electrode forming member having a first polarity comprising an airtight body and a discharge gas supply pipe having a high temperature plasma spray nozzle open therein; An electrode forming member having an opposite polarity disposed opposite to the nozzle in the hermetic body; And a power supply system having a DC power supply supplying a DC voltage between the electrode having the first polarity and the counter polarity electrode, and supplying gas through the discharge gas supply pipe between the electrodes to which the DC power is supplied. A direct current plasma torch which forms the gas into a high temperature plasma by direct current arc discharge between electrodes and injects the high temperature plasma as a plasma jet through the nozzle; A starting gas supply system for supplying a gaseous starting compound for vapor deposition to the plasma jet; A powder supply tube for supplying metal powder to the arc discharge unit; and a diamond support substrate for supporting a substrate in the non-equilibrium plasma and for depositing a high temperature plasma chemical vapor deposition film on the substrate in a gas phase. A forming apparatus is provided.

또한, 본 발명에 의하면, 처리대상물 또는 기판상에 화학증기증착법에 의해서 다이아몬드막을 형성하는 방법에서 ; 직류 아아크 방전에 의해 발생된 가스의 플라즈마 제트에 2이상의 성분원소를 각각 분말형태로 공급함으로써 대상물상에 이 대상물의 주성분원소와 다이아몬드 소성강화제의 성분원소와의 혼합물(i)과 다이아몬드 소성강화제의 성분원소와 다이아몬드와이 혼합물(ii)로 구성된 2이상의 중간층을 형성하고 ; 고온 플라즈마 화학증기증착장치의 양극과 음극간에 수소를 함유하는 출발가스와 탄소원을 공급하여 라디칼화된 탄소화합물을 함유한 플라즈마 제트를 발생시켜 상기 중간층상에 다이아몬드막을 형성하는데 있어서 ; 상기 중간층들과 다이아몬드막의 형성중에 상기 대상물을 회전시켜 상기 플라즈마 제트의 흐름방향에 대해 30~60°경사지게 함으로써 이 대상물의 측면에 다이아몬드막을 견고하게 증착시키는 것이 특징인 다이아몬드막 생성방법이 제공된다.Moreover, according to this invention, in the method of forming a diamond film by a chemical vapor deposition method on a to-be-processed object or a board | substrate; By supplying two or more component elements in powder form to the plasma jet of the gas generated by the direct current arc discharge, a mixture of the main component of the object and the component of the diamond plasticizer (i) and the component of the diamond plasticizer Forming at least two intermediate layers consisting of an element and diamond and a mixture (ii); Supplying a starting gas containing hydrogen and a carbon source between the anode and the cathode of the high temperature plasma chemical vapor deposition apparatus to generate a plasma jet containing a radicalized carbon compound to form a diamond film on the intermediate layer; The diamond film production method is characterized in that the diamond film is firmly deposited on the side surface of the object by rotating the object to be inclined 30 to 60 ° with respect to the flow direction of the plasma jet during the formation of the intermediate layer and the diamond film.

본 발명의 제 1태양에 의하면, 처리대상물과 다이아몬드막간의 접착력을 강화하는 방법으로서 다이아몬드막 형성을 위한 CVD장치를 사용해서 상기 처리대상물상에 2이상의 중간층을 형성한다. 즉, 제 1중간층/ 제2중간층/다이아몬드막(또는 제 1중간층/제 2중간층/제 3중간층/다이아몬드막)을 형성한다.According to the first aspect of the present invention, two or more intermediate layers are formed on the object to be treated using a CVD apparatus for forming a diamond film as a method for enhancing the adhesion between the object and the diamond film. In other words, the first intermediate layer / second intermediate layer / diamond film (or the first intermediate layer / second intermediate layer / third intermediate layer / diamond film) is formed.

본 발명의 장치의 조작을 간단히 설명한다.The operation of the apparatus of the present invention will be briefly described.

처리대상물(예를들어, 공구) 또는 기판을 냉각수(2)에 의해 냉각된 기판 호울더(3)상에 배치한다. 반응실(4)상단에는 플라즈마 제트(5) 형성을 위한 양극(6)과 음극(7)이 설치돼 있다. 이 양극과 음극간에 출발가스(8)가 공급된다. 금속층을 형성하기 위해서, 양극(6)의 단부에 분말공급관(9)이 개방돼 있다. 이 양극 (6)과 음극(7)을접속하는 DC전원(10)이 설치돼 있다. 반응실(4)의 저부에는 배출구(11)가 설치돼 있다. 다이아몬드를 CVD성장시키기 위해서, 수소(H₂)와 탄화수소, 예를들어 메탄(CH₄)의 혼합가스를 상기 양극(6)과 음극(7)사이를 통해서 반응실(4)내측으로 공급한다. 배출구(11)를 통해 배출시키기 위한 배출시스템을 동작시켜 반응실(4)내부를 저압으로 유지시키며, 이 상태에서 양극(6)과 음극(7)간에 아아크 방전(12)이 생기고, 그 열에 의해 출발가스(8)가 분해되고 플라즈마화하여 탄소플라즈마를 함유한 플라즈마 제트(5)가 금속 플레이트(1)를 타격하므로서 이 금속 플레이트(1)상에 미세결정으로 된 다이아몬드막(13)이 성장된다. 본 발명에서는 금속과 다이아몬드의 혼합막을 성장시키기 위해서는분말공급(9)을 통해 아아크 방전(12)부에 금속분말을 공급하고, 금속막만을 성장시키기 위해서는 H₂를 출발가스(8)로서 사용하고, 분말공급관(9)을 통해서 금속분말 또는 무기재료분말(즉, 실리콘)을 상기 아아크 방전(12)부에 공급한다.The object to be treated (eg a tool) or the substrate is placed on the substrate holder 3 cooled by the cooling water 2. Above the reaction chamber 4, an anode 6 and a cathode 7 for forming a plasma jet 5 are provided. The starting gas 8 is supplied between this anode and the cathode. In order to form the metal layer, the powder supply pipe 9 is opened at the end of the anode 6. The DC power supply 10 which connects the positive electrode 6 and the negative electrode 7 is provided. At the bottom of the reaction chamber 4, an outlet 11 is provided. In order to CVD grow diamond, a mixed gas of hydrogen (H ₂ ) and a hydrocarbon, for example methane (CH ₄ ), is supplied into the reaction chamber 4 through the anode 6 and the cathode 7. The discharge system for discharging through the discharge port 11 is operated to maintain the inside of the reaction chamber 4 at a low pressure. In this state, an arc discharge 12 is generated between the positive electrode 6 and the negative electrode 7, As the starting gas 8 is decomposed and converted into plasma, a plasma jet 5 containing carbon plasma strikes the metal plate 1, thereby growing a diamond film 13 made of microcrystal on the metal plate 1. . In the present invention, a metal powder is supplied to the arc discharge 12 through the powder supply 9 to grow a mixed film of metal and diamond, and H ₂ is used as the starting gas 8 to grow only the metal film. The metal powder or the inorganic material powder (ie, silicon) is supplied to the arc discharge 12 through the powder supply pipe 9.

제 4도는 본 발명을 설명하기 위한 단면도이다. 제 4도에서, 처리대상물(21)은 WC또는 Mo₂C로된 소성체이며, 이 소성체중에는 코발트(Co)와같은 소성강화제(23)가 분산돼 있다. 본 발명에서는 처리대상물(1)의 주성분 재료(99.9~90중량%)즉, WC또는 MoC와 다이아몬드 소성강화제의 성분원소(0.1~10중량%),즉 코발트(Co), 철(Fe) , 니켈(Ni) 및 기타 천이금속류등과의 혼합물로 된 제 1중간층(24)을 형성한다. 제 2중간층(25)은 다이아몬드 소성강화제의 성분원소(0.1~10중량%), 즉 코발트(Co), 철(Fe) , 니켈(Ni)및 기타 천이금속류등과 다이아몬드(99.9~90중량%)와의 혼합물로 구성돼 있다.4 is a cross-sectional view for explaining the present invention. In FIG. 4, the object to be treated 21 is a fired body made of WC or Mo ₂ C, in which a fire hardening agent 23 such as cobalt (Co) is dispersed. In the present invention, the main component material (99.9 to 90% by weight) of the object to be treated (1), that is, WC or MoC and the component elements (0.1 to 10% by weight) of the diamond calcining agent, that is, cobalt (Co), iron (Fe), nickel A first intermediate layer 24 made of a mixture with (Ni) and other transition metals is formed. The second intermediate layer 25 is a component element (0.1 to 10% by weight) of the diamond plastic strengthening agent, that is, cobalt (Co), iron (Fe), nickel (Ni) and other transition metals, and diamond (99.9 to 90% by weight) Consists of a mixture of

또한, 본 발명의 양호한 실시예에 의하면, 3개의 중간층, 즉 대상물의 성분원소(a)(99.9~90중량%)와 다이아몬드 소성강화제의 성분원소(b)(0.1~10중량%)로 된 제 1중간층(i), 이 제 1중간층의 재료와 다이아몬드(c)의 혼합물(b) : 0.1~10중량%, (a)+(c) : 99.9~90중량%, (a)/(c)=10/90~90/10)로 된 제 3중간층(iii)을 형성한다.In addition, according to a preferred embodiment of the present invention, an agent comprising three intermediate layers, i.e., component element (a) (99.9 to 90% by weight) of the object and component element (b) (0.1 to 10% by weight) of the diamond hardener 1 intermediate layer (i), the mixture of the material of this 1st intermediate layer and diamond (c) (b): 0.1-10 weight%, (a) + (c): 99.9-90 weight%, (a) / (c) = 10/90 to 90/10) to form a third intermediate layer (iii).

본 발명에서는 상기와같은 방법으로 2이상의 중간층을 형성하고 처리대상물(21)과 다이아몬드막(22)의 조성을 점차적으로 변경함으로써, 약 100㎛의 두께로 형성하더라도 박리가 생기지 않는 다이아몬드막을 형성할 수 있다.In the present invention, by forming two or more intermediate layers in the above manner and gradually changing the composition of the object to be treated 21 and the diamond film 22, it is possible to form a diamond film which does not occur even when formed to a thickness of about 100 μm. .

상기 중간층과 다이아몬드막의 두께의 특별한 제한은 없으나, 각 중간층의 바람직한 두께는 2~10㎛ 바람직하게는 4~8㎛이고, 다이아몬드막의 바람직한 두께는 10~100㎛, 보다 바람직하게는 20~40㎛이다. 또한, 상기 분말의 크기는 바람직하게는 0,1~8㎛, 보다 바람직하게는 0.4~1㎛이다.There is no particular restriction on the thickness of the intermediate layer and the diamond film, but the preferred thickness of each intermediate layer is 2 to 10 μm, preferably 4 to 8 μm, and the preferred thickness of the diamond film is 10 to 100 μm, more preferably 20 to 40 μm. . In addition, the size of the powder is preferably 0,1 to 8 µm, more preferably 0.4 to 1 µm.

본 발명의 제 2태양에 의하면, 플라즈마 제트 화학증기증착법에 의해 형성된 다이아몬드막의 표면,저부또는 전체를 상기 다이아몬드막과 결합하는 금속의 성분원소로 된 혼합상의 상태로 형성할 수 있다.According to the second aspect of the present invention, the surface, bottom or whole of the diamond film formed by the plasma jet chemical vapor deposition method can be formed in the state of a mixed phase of component elements of a metal bonded to the diamond film.

본 발명에서는 상기 CVD장치를 사용하여 다이아몬드막의 표면, 저부 또는 전체 다이아몬드와 결합 금속원소의 혼합물을 형성할 수 있다.In the present invention, the CVD apparatus can be used to form a mixture of diamond and the surface of the diamond film, the bottom or the whole diamond and the metal element.

제 5도는 반도체장치의 히이트 싱크용으로 사용된 경우의 다이아몬드막의 단면 구조도이며 다아아몬드와 Cu의 혼합층929)이 다이아몬드막(26)의 저부표면(27)상에 형성돼 있고, 이 저부표면은 로 된 서브캐리어(14)와 접촉하고 있고 상단표면(28)은 예를들면 제 2도의 반도체 칩(16)과 접촉하고 있다.5 is a cross-sectional structure diagram of a diamond film when used for the heat sink of a semiconductor device, and a mixed layer of diamond and Cu 929 is formed on the bottom surface 27 of the diamond film 26, and this bottom surface is The upper surface 28 is in contact with the semiconductor chip 16 of FIG. 2, for example.

또한, 다이아몬드의 경도를 이용한 기계적 용도에 있어서는 대상물과 결합하는 저부표면상에만 혼합층을 형성하거나 전체막을 혼합층으로 형성할 수 있다.In addition, in mechanical applications using the hardness of diamond, a mixed layer can be formed only on the bottom surface to be bonded to an object, or the entire film can be formed as a mixed layer.

그 이유는 CVD법에 의해 형성된 다이아몬드막이 다결정성이어서 결정계면에서 전단현상이 용이하게 일어나며, 결정이 비교적 약하지만 혼합층에 금속이 개재되므로 기계적 강도가 우수하기 때문이다.The reason is that the diamond film formed by the CVD method is polycrystalline so that shear phenomenon occurs easily at the crystal interface. The crystal is relatively weak, but the mechanical layer is excellent because the metal is interposed in the mixed layer.

즉, 다이아몬드막을 열전도체로 사용하는 경우, 상기 혼합층이 결합부가 될 수 있다. 또한, 경도를 이용한 용도에서는 막전체를 혼합층으로서 형성하여 전단현상을 제거할 수 있다.That is, when using a diamond film as a thermal conductor, the mixed layer may be a bonding portion. In the case of using the hardness, the whole film can be formed as a mixed layer to remove the shear phenomenon.

본 발명의 제 3태양에 의하면, 다이아몬드 형성용 출발가스(예, H₂메탄)와 환원성 금소(즉,Pt), 침탄성 금속(Ni,Co,Fe 등)또는 용이하게 카바이드를 형성하는 금속 또는 반도체(W,Si,Mo,Ti등)등과 같은 다이아몬드의 핵형성을 촉진하는 원소의 가스를 사용하여 CVD법에 의해서 기판상에 평탄한 다이아몬드막을 형성할 수 있다.According to the third aspect of the present invention, a diamond-forming starting gas (e.g., H ₂ methane) and reducing metals (i.e., Pt), carburized metals (Ni, Co, Fe, etc.) or metals which easily form carbides or A flat diamond film can be formed on a substrate by the CVD method using a gas of an element that promotes nucleation of diamond such as a semiconductor (W, Si, Mo, Ti, etc.).

본 발명에서는 기판상에 상기 다이아몬드 형성용 출발가스와 다이아몬드 핵촉진원소가스를 CVD법에 의해서 동시에 또는 번갈아 분무하거나 또는 출발가스는 계속 분무하고 핵촉진원소가스는 단속적으로 분무하여 다이아몬드 도막을 형성할 수 있다. 즉, 기상합성법에 의해 다이아몬드를 합성할시에 본 발명의 방법은, 다이아몬드막의 합성과 동시에 다이아몬드 핵형성 촉진원소를 분무하여 대량의 고밀도 핵을 생성시켜 특정의 결정입자 성장을 억제하고 평활 또는 평탄한 다이아몬드막을 제공할 수있다. 따라서, 본 발명은 상기의 원료가스를 사용해서 CVD법에 의해 다이아몬드 도막을 형성하려는 것이다.In the present invention, the diamond forming starting gas and the diamond nucleating element gas can be simultaneously or alternately sprayed by the CVD method, or the starting gas is continuously sprayed and the nuclear promoting element gas is intermittently sprayed to form a diamond coating film. have. In other words, when synthesizing diamond by vapor phase synthesis, the method of the present invention simultaneously forms a diamond film and sprays a diamond nucleation promoting element to generate a large amount of high-density nuclei to suppress specific crystal grain growth and to smooth or flat diamond. Can provide the membrane. Therefore, this invention intends to form a diamond coating film by the CVD method using said source gas.

본 발명의 제 4태양에 의하면, 배출시스템에 의해 반응실을 진공으로 배기시키면서, 탄화수소가스와 수소가스와의 혼합가스를 상기 반응실내에 설치된 양극과 음극간에 공급하여 아아크 방전에 의한 탄소 플라즈마제트를 발생시켜 기판상에 다이아몬드막을 형성하고, 이때 다이아몬드 아닌 탄소성분과 결합할 수 있는 텅스텐(W),몰리브덴(Mo), 실리콘(Si), 또는 티타늄(Ti)중의 임의의 한 원소의 분말을 상기 플라즈마 제트에 가하여 경질 카바이드를 형성시킴으로써 원하는 높은 경도를 갖는 다이아몬드막을 기판상에 형성할 수있다.According to the fourth aspect of the present invention, a carbon plasma jet by arc discharge is supplied by supplying a mixed gas of hydrocarbon gas and hydrogen gas between an anode and a cathode installed in the reaction chamber while evacuating the reaction chamber in a vacuum by the discharge system. To form a diamond film on the substrate, wherein the plasma of any one element of tungsten (W), molybdenum (Mo), silicon (Si), or titanium (Ti) that can be bonded to a carbon component other than diamond is By adding a hard carbide to the jet, a diamond film having a desired high hardness can be formed on the substrate.

본 발명에서는 제3도에 도시된 플라즈마 제드 CVD당치를 사용하여 다이아몬드막을 형성할 수 있다. 이때에 경질 카바이드를 형성할 수 있는 예를들면W,Mo,Si,T,i등의 분말을 분말공급관을 통해 가하여 비정질 탄소, 흑연, 및 기타 다이아몬드 아닌 성분들과 반응시켜, 탄화텅스텐(WC,경도2200kg/mm²),탄화 몰리브덴(Mo₂C, 경도1800k g/mm²), 탄화 실리콘(SiC, 경도 2300kg/mm²), 탄화 티타늄(TiC, 경도3000kg/mm²)등을 형성시킨다.In the present invention, a diamond film can be formed by using the plasma CVD CVD equivalent shown in FIG. At this time, for example, powders such as W, Mo, Si, T, and i, which may form hard carbide, are added through a powder supply tube to react with amorphous carbon, graphite, and other non-diamond components, thereby making tungsten carbide (WC, Hardness 2200kg / mm ² ), molybdenum carbide (Mo ₂ C, hardness 1800k g / mm ² ), silicon carbide (SiC, hardness 2300kg / mm ² ), titanium carbide (TiC, hardness 3000kg / mm ² ) and the like.

즉, 예를들면 비정질 탄소, 흑연의 탄소는 다이아몬드에 비해 더 활성적이어서 플라즈마 상태의 금속원소 라디칼과 선택적으로 결합해서 경질 카바이드를 형성한다.That is, for example, amorphous carbon and carbon of graphite are more active than diamond and thus selectively bind with metal element radicals in the plasma state to form hard carbide.

즉, 본 발명에서는 CH₄등의 탄화수소와 H₂가스의 혼합가스를 원료가스로 사용해서 플라즈마 제트CVD법에 의해 다이아몬드막을 성장시키며, 이때,H₂가스의 불충분한 환원 및 제거작용으로 인해 다이아몬드 다결정층중에 존재하는 소량의 다이아몬드아닌 성분들을 경질 카바이드로 변환시켜 경도를 높인다.That is, in the present invention, a diamond film is grown by a plasma jet CVD method using a mixed gas of a hydrocarbon such as CH ₄ and H ₂ gas as a raw material gas, and at this time, the diamond polycrystal due to insufficient reduction and removal of H ₂ gas. A small amount of non-diamond diamond components present in the layer are converted to hard carbide to increase the hardness.

본 발명의 제5태양에 의하면, 침탄재로 된 기판상에, 고용점 카바이드를 용이하게 형성할 수 있는 원소를 사용하여 플라즈마주입법에 의해 보호막을 형성한 후 이 보호막위에 플라즈마 CVD법에 의해 다이아몬드막을 형성함으로써 침탄재로된 기판상에 다이아몬드막을 형성할 수 있다.According to the fifth aspect of the present invention, a protective film is formed by plasma injection using an element that can easily form a solid solution carbide on a carburized substrate, and then a diamond film is deposited on the protective film by plasma CVD. By forming, a diamond film can be formed on the board | substrate made from a carburizing material.

즉, 본 발명에 의하면, 기상합성에 의해서 다이아몬드를 합성할시에 기재 표면상에 다이아몬드 합성을 위한 도막을 설치함으로써 침탄성 기재상에 다이아몬드막을 피복하는 것이 가능하다.That is, according to the present invention, it is possible to coat the diamond film on the carburized substrate by providing a coating film for diamond synthesis on the surface of the substrate when synthesizing the diamond by vapor phase synthesis.

본 발명에서 사용된 침탄성 재료를 예로 들면 Fe,Ni,Co 및 기타 금속등이 있다. 또한, 고용점 카바이드를 용이하게 형성할 수 있는 원소로는 WC,Si,Mo,M등이 바람직하다. 후술하는 실시예들에서 명백히 알수 있듯이 상기 물질들을 사용하고 동일한 장치를 사용해서 본 발명의 방법을 실시하는 것이 가능하다.Examples of carburized materials used in the present invention include Fe, Ni, Co and other metals. In addition, WC, Si, Mo, M, etc. are preferable as an element which can easily form a solid solution carbide. As will be evident in the examples which follow, it is possible to implement the method of the invention using the above materials and using the same apparatus.

본 발명의 방법에서 보호막을 형성할 때에는 수소, 아르곤, 헬륨 또는 기타 불활성 가스를 장치에 도입한 후 DC아아크 방전에 의해 플라즈마로 변환시킨다. 이때 발생된 고열에 의해서, 다른 공급관을 통해 도입된 고용점 카바이드를 용이하게 형성하는 원소가 용융되어 기판상에 보호막을 형성한다. 본 발명의 제6태양에 의하면, 제10~12도에 도시된 바와 같이 대상물 또는 기판의 측면에도 다이아몬드막이 균일하고 견고하게 증착된다.In forming the protective film in the method of the present invention, hydrogen, argon, helium or other inert gas is introduced into the apparatus and then converted into plasma by DC arc discharge. By the high heat generated at this time, the element which easily forms the solid solution carbide introduced through the other supply pipe is melted to form a protective film on the substrate. According to the sixth aspect of the present invention, the diamond film is uniformly and firmly deposited on the side surface of the object or substrate as shown in FIGS. 10 to 12 degrees.

즉, 전술한 중간층과 다이아몬드막을 대상물(또는 기판)(1)상에 형성하는 경우, 플라즈마제트(5)가 대상물(1)의 측면(30)을 충분히 타격하지 못하므로, 대상물의 측면(30)에는 원하는 층돌과 다이아몬드막이 증착되지 않는다. 그러나, 본 태양에 의하면, 중간층과 다이아몬드막의 형성중에 대상물(1)을 회전시키며, 플라즈마 제트(5)의 흐름방향에 대해 30~60°경사지게함으로써(제10도에서 θ참조), 대상물(1)의 측면(30)상에 중간층과 다이아몬드막이 균일하고 견고하게 증착된다.That is, when the above-described intermediate layer and the diamond film are formed on the object (or substrate) 1, the plasma jet 5 does not sufficiently hit the side surface 30 of the object 1, so that the side surface 30 of the object The desired layered stones and diamond film are not deposited. However, according to this aspect, the object 1 is rotated by inclining the object 1 during formation of the intermediate layer and the diamond film and inclining 30 to 60 degrees with respect to the flow direction of the plasma jet 5 (see? In FIG. 10). The intermediate layer and the diamond film are deposited uniformly and firmly on the side 30 of the.

예를 들어, 본 발명의 제1태양에 의하면, 대상물(1)의 측면(30)에 중간층(39)과 다이아몬드막(40)을 증착하는 경우, 측(30)에는 플라즈마 제트(5)가 도달치않으므로 측면(30)이 중간층(39)에 의해 양호하게 피복되지 않는다. 따라서 제11도에 도시된 바와 같이 다이아몬드막(40)이 측면(39)에 직접 증착되는 경우가 있다. 따라서, 측면(30)상의 다이아몬드막(40)이 쉽게 박리되거나 또는 중간층(30)과 다이아몬드막(40)사이, 특히 대상물(1)의 단부에서 균일이 생기는 수가 있다.For example, according to the first aspect of the present invention, when the intermediate layer 39 and the diamond film 40 are deposited on the side surface 30 of the object 1, the plasma jet 5 reaches the side 30. And the side surface 30 is not well covered by the intermediate layer 39. Therefore, as shown in FIG. 11, the diamond film 40 is sometimes deposited directly on the side surface 39. FIG. Therefore, the diamond film 40 on the side surface 30 may be easily peeled off or uniformity may occur between the intermediate layer 30 and the diamond film 40, especially at the end of the object 1.

이와는 반대로 본 태양에 의하면, 대상물(1)이 플라즈마 제트(5)의 흐름방향에 대해 θ의 각으로 회전되므로 제12도에 도시된 바와 같이, 대상물(1)의 측면(30)이 중간층(44)(39)과 다이아몬드막(40)에 의해 균일하고 견고하게 피복될 수 있다. 제12도의 도시된 바와 같이, 수소가스 또는 불활성 가스로부터 형성된 플라즈마 제트(5)에 공급관(9)을 통해 예를 들면WC(대상물과 동일한 재료)로 분말을 도입하므로써 예를 들어2~5㎛ 두께의 제1중간층(41)을 형성하고, 수소가스와 탄소원으로부터 발생된 플라즈마 제트(5)에, 예를 들면 Fe,Co,Nb및/또는 Ta의 분말을 공급관(9)을 통해 도입함으로써, 예를 들면 10~20㎛ 두께의 제2중간층(42)을 형성하고, 수소가스와 탄소원(메탄과 같은 탄화수소가스등)으로부터 형성된 플라즈마 제트(5)에 예를 들면 Fe,Co,Ni,Nb및/또는 Ta(상기 제2중간층(42)형성에 사용된 동일한 금속들)의 분말을 공급관을 통해서 도입함으로써 예를들면 두계의 제3중간층(43)을 형성한다. 이후, 상기와 동일한 방법으로 예를 들면 30~50㎛ 두께의 다이아몬드막(40)을 형성한다.On the contrary, according to this aspect, since the object 1 is rotated at an angle of θ with respect to the flow direction of the plasma jet 5, as shown in FIG. 12, the side surface 30 of the object 1 has an intermediate layer 44. 39 and the diamond film 40 can be uniformly and firmly coated. As shown in FIG. 12, for example, by introducing powder into the plasma jet 5 formed from hydrogen gas or inert gas through the supply pipe 9, for example, WC (the same material as the object), for example, 2 to 5 탆 thick. By forming the first intermediate layer 41 and introducing a powder of Fe, Co, Nb and / or Ta through the supply pipe 9 to the plasma jet 5 generated from the hydrogen gas and the carbon source, for example. For example, the second intermediate layer 42 having a thickness of 10 to 20 µm is formed, and for example, Fe, Co, Ni, Nb and / or the plasma jet 5 formed from a hydrogen gas and a carbon source (hydrocarbon gas such as methane). Alternatively, Ta (the same metals used for forming the second intermediate layer 42) may be introduced through a supply pipe to form, for example, a third intermediate layer 43 of two types. Thereafter, a diamond film 40 having a thickness of, for example, 30 to 50 µm is formed by the same method as described above.

임의의 종래방법으로 대상물(또는 기판)(1)을 회전 및 경사지게 할 수 있다. 예를 들면, 제 10도에 도시된 바와 같이, 대상물(또는 기판)(1)지지수단(31)은 대상물(1)을 지지하기위한 냉각된 지지부(32),이 지지부(32)를 회전시키기 위한 회전축(33)이 구비된 모터(34), 이 모터(34)를 보지하는 가동기부(35)및 이 가동기부(35)를 가동시키기 이한 호형 가이드 부재(36)로 구성돼있어서, 대상물(1)의 피복될 표면이 θ의 각도로 기울어진다. 본 태양에서, 대상물(1)을 움직여 플라즈마 제트 흐름방향에 대해 경사지도록 하였으나, 플라즈마 토오치를 유사하게 움직일 수도 있다.The object (or substrate) 1 can be rotated and inclined by any conventional method. For example, as shown in FIG. 10, the support (31) of the object (or substrate) 1 comprises a cooled support 32 for supporting the object 1, which rotates the support 32. It consists of a motor 34 provided with a rotating shaft 33 for the purpose, a movable part 35 holding the motor 34 and an arc-shaped guide member 36 which makes it easy to move the movable part 35. The surface to be coated in 1) is inclined at an angle of θ. In this aspect, the object 1 is moved to be inclined with respect to the plasma jet flow direction, but the plasma torch may similarly move.

실시예Example

본 발명을 하기 실시예들로 상세히 설명하나 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되지는 않는다.The present invention is described in detail by the following examples, but the present invention is not limited by these examples.

실시예1Example 1

소성 강화제가 Co이고, 조성이 WC-10% Co인 소성체를 처리대상물(1)로 사용하였다. WC와 Co를 제 1중간층(24)의 성분물질로서 사용했다. 또한, 제 2중간층(25)의 성분물질로는 다이아본드와 Co를 사용했다, 제2중간층과 다이아몬드막의 성장조건으로는 제 3도에 도시된 CVD장치를 사용하고 H₂가스를 10~50ℓ분/가스CH₄를 0.05~1ℓ/분의 양으로 공급했다. 또한 아아크 전류는 10~70A으로 했고, 아아크 전압변화범위는 50~150V로 하였다. 반응실의 감압도는 1~10kPa의 범위내에 유지하였다.A fired body having a fire strengthening agent of Co and a composition of WC-10% Co was used as the object to be treated (1). WC and Co were used as component materials of the first intermediate layer 24. Further, the by component material of the second intermediate layer 25 is made using a diamond bonded with Co, the second intermediate layer and diamond film growth conditions are the use of the CVD apparatus shown in FIG. 3 and 10 ~ 50ℓ minutes, the H ₂ gas / Gas CH ₄ was supplied in an amount of 0.05 to 1 l / min. In addition, the arc current was set to 10 to 70 A, and the arc voltage change range was set to 50 to 150 V. The pressure reduction degree of the reaction chamber was kept in the range of 1-10 kPa.

상기 처치대상물에 1중간층을 성장시킬 때 H₂가스를 출발가스로서 공급하여 플라즈마 제트를 발생시키고, 이 상태에서 분말공급관(9)을 통해서 입도가 1~5㎛인 WC와 Co분말을 0.01~0.1cc/시간의 속도로 공급하여 플라즈마화하여 20㎛두께의 혼합물을 성장시켜다.When the intermediate layer is grown on the treatment object, H ₂ gas is supplied as a starting gas to generate a plasma jet. In this state, WC and Co powder having a particle size of 1 to 5 μm through the powder supply pipe 9 are 0.01 to 0.1. The mixture was fed at a rate of cc / hour to plasma to grow a mixture having a thickness of 20 μm.

원료가스를 H₂와 CH₄의 혼합가스로 바꾸고, 입도가 1~5인㎛ Co분말을 분말 공급관(9)을 통해 공급하여 플라즈마 제트를 발생시키고, 다이아몬드와 Co의 혼합물로 된 30두께의 제 2중간층을 형성하였다.The source gas was changed to a mixed gas of H ₂ and CH ₄ , and a plasma jet was generated by supplying a co-powder having a particle size of 1 to 5 μm through the powder supply pipe 9 to generate a plasma jet. Two intermediate layers were formed.

제 6도는 제 2중간층의 X선 회절패턴이며, 다이아몬드(D로 약기함)의 회절선과 Co 의 회절선이 잘 나타나있어, 혼합층이 됐음을 알 수 있다. 다음, H₂와 CH₄의 혼합가스를 원료가스로 사용하여 플라즈마 제트를 생성하여 약 100㎛두께의 다이아몬드막을 상단에 형성했다. 이러한 방법으로 형성한 다이아몬드막의 처리 대상물과의 접착력은 강력했다. 인장시험결과 600kg/mm²이상의값을 나타냈다.FIG. 6 shows the X-ray diffraction pattern of the second intermediate layer, and the diffraction lines of diamond (abbreviated as D) and the diffraction lines of Co are well represented, indicating that they are mixed layers. Next, a plasma jet was generated using a mixed gas of H ₂ and CH ₄ as a raw material gas to form a diamond film having a thickness of about 100 μm on the top. The adhesion of the diamond film formed by this method to the object to be treated was strong. Tensile test results showed a value of 600kg / mm ² or more.

실시예 2Example 2

제 3도에 도시된 CDV장치를 사용했고, 유속을 변경하여 10~50ℓ/분의 수소 (H₂)가스와 0.05~1ℓ/분인 메탄가스(CH₄)로 된 출발가스(8)를 공급했다. 또한, 공급관(9)을 통해서 입도가 1~5㎛인 Cu분말로 된 금속분말을 0.01~0.1/cc시간의 속도로 공급했다.The CDV apparatus shown in FIG. 3 was used, and the flow rate was changed to supply starting gas 8 of 10-50 L / min of hydrogen (H ₂ ) gas and methane gas (CH ₄ ) of 0.05-1 L / min. . Moreover, the metal powder which consists of Cu powder whose particle size is 1-5 micrometers was supplied through the supply pipe 9 at the rate of 0.01-0.1 / cc time.

CH₄가스와 H₂가스의 혼합가스를 출발가스(8)로 사용한 경우, 다이아몬드막(13)이 형성됐고 금속분말을 혼합한 경우,다이아몬드의 금속의 혼합층이 형성됐다. 또한, 가스와 금속분말을 사용한 경우, 금속막이 형성됐다. 다음, CVD성장의 조건은 반응실(4)의 감압도가1kPa~10kPa였고, 아아크전류가 10~70A, 아아크전압은 50~150V였다. 따라서, 상층표면과 저부표면의 조성비가 약 5: 1인 두께의 Cu의 혼합층을 갖는 50㎛두께의 다이아몬드막이 형성됐다. 다음, 이 다이아몬드막을 히이트 싱크로서 사용하고 융점이250℃인 땜납을 사용하여 서브캐리어에 결합시키거나 또는 상기 막의 상단에 레이저 다이오드를 결합하는데 있어서, 충분한 결합강도도 납땜하는 것이 가능했다.When a mixed gas of CH ₄ gas and H ₂ gas was used as the starting gas 8, the diamond film 13 was formed, and when the metal powder was mixed, a mixed layer of diamond metal was formed. In addition, when gas and metal powder were used, a metal film was formed. Next, the conditions for CVD growth were that the reduced pressure of the reaction chamber 4 was 1 kPa to 10 kPa, the arc current was 10 to 70A, and the arc voltage was 50 to 150V. Therefore, a 50-micrometer-thick diamond film having a mixed layer of Cu having a thickness ratio of about 5: 1 between the upper surface and the bottom surface was formed. Next, using this diamond film as a heat sink and using a solder having a melting point of 250 ° C. to join the subcarrier or to couple a laser diode to the top of the film, it was possible to solder sufficient bonding strength.

실시예 3Example 3

제 3도에 도시된 장치에서, 반응실내의 플라즈마 토오치의 상단으로부터 수소가스, 메탄가스 또는 다른 출발가스(8)를 도입하여 DC아크 방전에 의해 프라즈마로 형성했다. 이 플라즈마(5)가 기판(1)상에 타격되어 다이아몬드막(13)을 형성하였다. 이 합성공정중에 상기 원료가스와 함께 금속분말을 도입하여 다이아몬드 표면상에 금속증기를 분무시킬 수 있다. 본 실시예를 실시하는데 있어서, 수소가스 10~50ℓ/분, 메탄가스 0.05~1ℓ/분 및 두께가 0.5mm이고, 표면적이 10×10mm²인 WC기판을 사용했다. 분무용 분말재료로는, 입도가 1~5㎛인 분말 0.001~0.0001cc를 다이아몬드막 두께가 0.1mm씩 증가할때마다 공급했다. 아아크 전류는 10~70A이었고, 아아크 전압은 50~150V였다. 또한, 반응실의 강압도는 1kPa~10kPa였다. 결과적으로 두께가 2mm이상인 다이아몬드막의 경우도, 표면 거칠기가 0.05mm이하 였다.In the apparatus shown in FIG. 3, hydrogen gas, methane gas or other starting gas 8 was introduced from the upper end of the plasma torch in the reaction chamber and formed into plasma by DC arc discharge. This plasma 5 was hit on the substrate 1 to form a diamond film 13. During this synthesis process, metal powder may be introduced together with the source gas to spray metal vapor on the diamond surface. In carrying out this example, a WC substrate having a hydrogen gas of 10 to 50 L / min, methane gas of 0.05 to 1 L / min and a thickness of 0.5 mm and a surface area of 10 x 10 mm ² was used. As the spraying powder material, 0.001 to 0.0001 cc of powder having a particle size of 1 to 5 µm were supplied whenever the diamond film thickness increased by 0.1 mm. Arc current was 10-70A and arc voltage was 50-150V. In addition, the pressure-reduction degree of the reaction chamber was 1 kPa-10 kPa. As a result, even in the case of the diamond film having a thickness of 2 mm or more, the surface roughness was 0.05 mm or less.

다른 종류의 금속분말을 사용한외에는 동일한 합성조건하에서 다이아몬드막을 합성하고 표면 거칠기를 측정하였다. 그 결과들을 표 1에 나타냈다.A diamond film was synthesized under the same synthesis conditions except for the use of other metal powders, and the surface roughness was measured. The results are shown in Table 1.

[표 1]TABLE 1

실시예 4Example 4

제 3도에 도시된 CVD장치를 사용했고, 8%를 함유하는 W의 초경합급을 금속 플레이트(1)로서 사용했다. 출발가스(8) 공급조건은 수소(H2)가스 유속을 10~50ℓ/분의 범위내에서 변경하였고, 메탄(CH₄)가스의 유속을 0.05~1ℓ/분의 범위내에서 변경하였으며, 금속분말은 입도가 1~5㎛인 W분말을 0.01~0.1cc/시간의 속도로 공급하였다. 다음, CVD를 행하는 조건은 반응실의 감압도를 1kPa~10kPa로 했고 아아크전류를 10~70 아아크전압을 50~150로 하였다.The CVD apparatus shown in FIG. 3 was used, and a cemented carbide of W containing 8% was used as the metal plate 1. The starting conditions of the starting gas (8) were to change the flow rate of hydrogen (H2) gas within the range of 10-50 l / min, and to change the flow rate of methane (CH ₄ ) gas within the range of 0.05-1 l / min. W powder having a silver particle size of 1 to 5 µm was supplied at a rate of 0.01 to 0.1 cc / hour. Next, the conditions for CVD were 1 kPa-10 kPa, and the arc current was 10-70 arc voltages 50-150, respectively.

제 7도는 W를 첨가제로서 공급하여 얻어진 막의 라만 스펙트럼(30)과 첨가제를 가하지 않고 얻은 막의 라만 스펙트럼(31)을 나타낸다. 제 7도로부터 알 수 있듯이, 첨가제를 가하지 않은 막의 스펙트럼에서 1500Cm

¹부근에 비정질 탄소의 넓은 피이크가 관찰됐다.7 shows the Raman spectrum 30 of the film obtained by supplying W as an additive and the Raman spectrum 31 of the film obtained without adding an additive. As can be seen from Figure 7, 1500 Cm in the spectrum of the film without the additive

A broad peak of amorphous carbon was observed around ¹ .

다른 한편, W를 공급하여 얻어진 막의 스펙트럼(30)의 1333Cm

¹의 뾰쪽한 다이아몬드 피크를 관찰하는 것이 가능했고, 1500Cm

¹부근의 비정질 탄소 피이크는 극히 낮았다.On the other hand, 1333Cm of the spectrum 30 of the film obtained by supplying W

It was possible to observe the pointed diamond peak of ¹ , 1500cm

The amorphous carbon peak near ¹ was extremely low.

이 라만 산란으로부터 상기 방법으로 합성한 다이아몬드막의 다이아몬드 아닌 성분의 양이 극히 소량임을 확인하였다.From this Raman scattering, it was confirmed that the amount of the non-diamond component of the diamond film synthesized by the above method was extremely small.

또한, 상기 방법으로 형성한 다이아몬드막의 경도는 약 10,000kg/mm²이며, 천연 다이아몬드의 경도에 가깝다.In addition, the hardness of the diamond film formed by the above method is about 10,000kg / mm ² , and is close to the hardness of natural diamond.

Mo,Si 또는 Ti금속분말을 분말공급판(9)을 통해 공급하여 카바이드를 형성하는 경우에도 다이아몬드막의 형성조건은 동일하며, WC를 형성하는 경우와 유사한 경도의 다이아몬드막을 얻을 수 있음을 주목해야한다.It should be noted that even when Mo, Si or Ti metal powder is supplied through the powder supply plate 9 to form carbide, the diamond film forming conditions are the same, and a diamond film having a hardness similar to that of forming WC can be obtained. .

제 3도에 도시된 장치에서, 0.5mm두께의 Ni기판(1)을 사용하였고, 반응실(4)내의 플라즈마 토오치에 불활가스(또는 수소)를 10~50ℓ/분의 속도록 도입했다. 다음, 10~70A의 아아크 전류, 50~150V의 아아크 전압으로, 불활성 가스를 아아크 방전처리하여 플라즈마로 변환시켰다. 반응실의 감압도는 1kPa~10kPa였음을 주목해야 한다.In the apparatus shown in FIG. 3, a 0.5 mm thick Ni substrate 1 was used, and an inert gas (or hydrogen) was introduced at a rate of 10 to 50 liters / minute into the plasma torch in the reaction chamber 4. Next, with an arc current of 10 to 70 A and an arc voltage of 50 to 150 V, the inert gas was arc discharged to convert into plasma. It should be noted that the reduced pressure of the reaction chamber was 1 kPa to 10 kPa.

상기 불활성 가스의 플라즈마화와 동시에, 1~5㎛의 WC분말을 분말공급장치를 통해 0.01~0.1/시간의 속도로 공급했다. 분말이 고온 플라즈마에 의해 용융되어 플라즈마 제트(5)와 함께 기판(1)상에 증착되어 보호막을 형성하였다.Simultaneously with plasma formation of the inert gas, a WC powder having a thickness of 1 to 5 µm was supplied at a rate of 0.01 to 0.1 / hour through a powder supply device. The powder was melted by the high temperature plasma and deposited on the substrate 1 together with the plasma jet 5 to form a protective film.

다음, 상기 분말공급관(9)으로부터의 분말공급을 중단하고, 다이아몬드형성용 출발가스(메탄 또는 수소)를 반응실(4)로 도입했다. 메탄가스와 수소가스의 공급량은 각각 0.05~1ℓ/분과 10~100ℓ/분 이었다. 이 출발가스는 DC아아크 방전(12)에 의해 플라즈마로 변환되었고, 동시에 이 플라즈마 제트(5)가 상기 보호막상에 증착되어 다이아몬드막(13)을 형성하였다. 본 발명의 방법에 의해 얻은 다이아몬드막을 X선 분석하여 그 패턴을 밝혀냈다. 이 패턴은 제8도에 나타냈다. 이 패턴으로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이 보호막의 패턴과 다이아몬드의 패턴이 모두 나타나있으며, 다이아몬드막이 명확히 합성됐음을 알 수 있다.Next, the powder supply from the powder supply pipe 9 was stopped, and a starting gas for forming diamond (methane or hydrogen) was introduced into the reaction chamber 4. The supply amounts of methane gas and hydrogen gas were 0.05-1 L / min and 10-100 L / min, respectively. This starting gas was converted into a plasma by the DC arc discharge 12, and at the same time, this plasma jet 5 was deposited on the protective film to form a diamond film 13. The diamond film obtained by the method of the present invention was analyzed by X-ray to reveal the pattern. This pattern is shown in FIG. As can be clearly seen from this pattern, both the protective film pattern and the diamond pattern are shown, and the diamond film is clearly synthesized.

다른 한편, 보호막없는 기판에 대해 X선 분석을 하였다. 그 패턴을 제 9도에 도시했다. 제 9도로 부터명백한 바와 같이, 기판의(Ni)의 패턴만이 나타냈고, 다이아몬드의 패턴은 나타나지 않았으며, 따라서 다이아몬드막이 형성되지 않았음이 확인됐다.On the other hand, X-ray analysis was performed on the substrate without a protective film. The pattern is shown in FIG. As apparent from Fig. 9, only the pattern of (Ni) of the substrate was shown, and the pattern of diamond did not appear, thus confirming that no diamond film was formed.

본 발명에 의하면, 접착력이 우수한 다이아몬드 막을 처리대상물상에 피복할 수 있고, 따라서 고신뢰도의 다이아몬드 공구를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to coat a diamond film having excellent adhesion on the object to be treated, thus providing a highly reliable diamond tool.

본 발명에 의하면, 출발가스와 금속분말의 조합을 변경하면서 CVD성장법에 의해 다이아몬드막과 금속과의 혼합층을 형성할 수 있는 CVD장치를 사용하여 상기 다이이몬드막의 표면, 저부 또는 전체를 상기 혼합층에 의해 형성함으로써, 접착력이 우수한 다이아몬드막을 염가로 얻을 수 있다.According to the present invention, the surface, bottom or whole of the diamond film is formed on the mixed layer by using a CVD apparatus capable of forming a mixed layer of a diamond film and a metal by the CVD growth method while changing the combination of the starting gas and the metal powder. By forming it, a diamond film excellent in adhesive force can be obtained at low cost.

또한, 상기에 설명한 바와 같이, 본 발명의 방법에서는 소정의 원료가스를 사용하여 CVD법에 의해 다이아몬드막을 형성하므로 두꺼운 다이아몬드막 표면 평활성을 상당히 향상시키고 제조원가를 절감하고 작업효율을 높일 수 있다.In addition, as described above, in the method of the present invention, since the diamond film is formed by the CVD method using a predetermined source gas, the smoothness of the thick diamond film surface can be significantly improved, the manufacturing cost can be reduced, and the working efficiency can be increased.

본 발명에 의하면, 비정질 탄소, 흑연 또는 기타 다이아몬드아닌 성분의 함량이 적은 다이아몬드막을 용이하게 합성할 수 있고, 이에 의해 다이아몬드 공구를 염가로 제공할 수 있다.According to the present invention, a diamond film having a low content of amorphous carbon, graphite or other non-diamond component can be easily synthesized, thereby providing a diamond tool at low cost.

상기에 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 소정의 재료로된 보호막을 기판상에 더 형성한 후에, 다이아몬드막을 합성함으로써 이전에는 불가능했던 침탄성 기재상에 다이아몬드막 피복을 가능케하는 효과를 얻을 수 있다.As described above, in the present invention, after further forming a protective film made of a predetermined material on the substrate, by synthesizing the diamond film, it is possible to obtain the effect of allowing the diamond film to be coated on the carburized substrate which was not possible before.

Claims

기판 또는 처리대상물상에 화학기상 중착법에 의해 생성함에 있어서; 상기 처리대상물상에 상기 대상물의 주성분 원소와 다이아몬드 소성강화제의 성분원소와의 혼합물로 된 제1중간층을 형성하고; 상기 제1중간층상에 다이아몬드와 다이아몬드 소성강화제의 성분원소와의 혼합물로 된 제2중간층을 형성하고; 상기 제2중간층상에 다이아몬드막을 형성하되, 모두 동일장치내에서 형성하는 것이 특징인 다이아몬드막 형성방법.Producing by chemical vapor deposition on a substrate or an object to be treated; Forming a first intermediate layer of a mixture of a main component element of the object and a component element of a diamond calcining agent on the object to be treated; Forming a second intermediate layer of a mixture of diamond and a component element of a diamond plasticizer on the first intermediate layer; Forming a diamond film on the second intermediate layer, all of which are formed in the same apparatus.

제1항에서, 상기 제1과 제2중간층사이에 상기 대상물의 주성분 원소, 상기 소성 강화제의 성분원소 및 다이아몬드로 구성된 다른 중간층을 형성하는 것이 특징인 다이아몬드막 형성방법.2. The diamond film forming method according to claim 1, wherein another intermediate layer composed of a main component element of the object, a component element of the plastic strengthening agent, and diamond is formed between the first and second intermediate layers.

제1항에서, 상기 다이아몬드막을 수소와 탄소원을 함유하는 출발가스를 고온 플라즈마 화학 기상증착장치의 양극과 음극 사이에 공급하면서 아아크 방전시키고; 발생된 플라즈마 제트에 기체상 탄소 화합물을 공급하여 기체상 탄소화합물을 라디칼화하여 수소분자들이 실질적으로 수소원자들로 분해되도록하고 ; 상기 라디칼화된 플라즈마 제트를 처리대상물상에 타격하도록 하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성하는 것이 특징인 다이아몬드막 형성방법.The method of claim 1, wherein the diamond film is arc discharged while supplying a starting gas containing hydrogen and a carbon source between the anode and the cathode of the high temperature plasma chemical vapor deposition apparatus; Supplying a gaseous carbon compound to the generated plasma jet to radicalize the gaseous carbon compound so that hydrogen molecules are substantially decomposed into hydrogen atoms; Diamond film forming method comprising the step of striking the radicalized plasma jet on the object to be treated.

제1항에서, 상기 제1중간층을 불화성가스 또는 수소가스의 플라즈마 제트를 형성하면서 이 플라즈마 제트에 상기 대상물의 주성분 원소의 분말과 소성강화제의 성분원소 분말을 공급함으로써 이 분말들이 용융되어 그 용융된 원소들이 대상물상에 증착되도록하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성하는 것이 특징인 다이아몬드막 형성방법.The method of claim 1, wherein the powder is melted and melted by supplying a powder jet of a main component element of the object and a component powder of a plasticizer to the plasma jet while forming a plasma jet of fluorinated gas or hydrogen gas in the first intermediate layer. A diamond film forming method, characterized in that formed by a method comprising the step of depositing the elements on the object.

제1항에서, 수소가스와 탄소원의 플라즈마제트를 형성하고, 이 플라즈마 제트에 상기 소성강화제 분말을 공급하여 제2중간층을 형성하는 것이 특징인 다이아몬드막 형성방법.2. The diamond film forming method according to claim 1, wherein a plasma jet of hydrogen gas and a carbon source is formed, and a second intermediate layer is formed by supplying the calcining agent powder to the plasma jet.

제1항에서, 상기 제2중간층은 수소가스와 탄소원의 플라즈마 제트를 형성하면서, 이 플라즈마 제트에 상기 대상물의 주성분 원소 분말과 상기 소성강화제 분말의 성분원소 분말을 공급하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성하는 것이 특징인 다이아몬드막 형성방법.The method of claim 1, wherein the second intermediate layer comprises forming a plasma jet of hydrogen gas and a carbon source, and supplying the plasma jet with the component powder of the main component element of the object and the powder of the plasticizer powder. Diamond film forming method characterized by forming.

제1항에서, 상기 소성강화제가 코발트, 철 및 니켈로 이루어진 그룹에서 선택된 1이상의 금속인 것이 특징인 다이아몬드막 형성방법.The method of claim 1, wherein the calcining agent is at least one metal selected from the group consisting of cobalt, iron, and nickel.

금속 플레이트상에 화학증기증착법에 의해 형성된 다이아몬드막(i)과, 이 막의 표면, 저부 또는 전체중에 함유된 다이아몬드막과 결합가능한 금속성분원소로 된 혼합층(ii)으로 구성되는 것이 특징인 다이아몬드막.A diamond film characterized by comprising a diamond film (i) formed on a metal plate by chemical vapor deposition and a mixed layer (ii) made of a metal component element bondable with the diamond film contained on the surface, bottom or whole of the film.

제8항에 있어서, 상기 금속 성분원소가 Cu와 Ag로 이루어진 그룹에서 선택된 1이상의 금속인 것이 특징인 다이아몬드막.9. The diamond film according to claim 8, wherein the metal element is at least one metal selected from the group consisting of Cu and Ag.

수소와 탄소원을 함유하는 방전가스를 고온 플라즈마 화학기상 증착장치의 양극과 음극사이에 공급하면서 아아크 방전시키고; 발생된 플라즈마 제트에 기체상 탄소 화합물을 공급하여 기체상 탄소화합물을 라디칼화하여 수소분자들이 실질적으로 수소원자들로 분해되도록하고 ; 상기 라디칼화된 플라즈마 제트를 처리대상물상에 타격하도록함으로써 대상물상에 다이아몬드막을 형성하는 것이 특징인 다이아몬드막의 형성방법.Arc discharge while supplying a discharge gas containing hydrogen and a carbon source between the anode and the cathode of the high temperature plasma chemical vapor deposition apparatus; Supplying a gaseous carbon compound to the generated plasma jet to radicalize the gaseous carbon compound so that hydrogen molecules are substantially decomposed into hydrogen atoms; And forming a diamond film on the object by striking the radicalized plasma jet on the object to be treated.

수소가스와 탄소원의 플라즈마 제트를 형성하면서, 이 플라즈마 제트에 상기 금속 플레이트의 주성분 원소분말의 공급하여 상기 혼합층을 형성하는 것이 특징인 제 8항의 다이아몬드막의 형성방법.A method of forming a diamond film according to claim 8, wherein a plasma jet of hydrogen gas and a carbon source is formed while the main component element powder of the metal plate is supplied to the plasma jet to form the mixed layer.

다이아몬드 형성용 원료가스와 다이아몬드 핵형성 촉진원소가스를 사용하여 CVD법에 의해 기판상에 다이아몬드막을 합성하는 것이 특징인 다이아몬드막 형성방법.A diamond film forming method characterized by synthesizing a diamond film on a substrate by a CVD method using a source gas for diamond formation and a diamond nucleation promoting element gas.

제 12항에서, 상기 다이아몬드 핵 형성 촉진원소가 환원성 금속, 침탄성 금속, 카바이드를 용이하게 형성할 수 있는 금속 및 카바이드를 용이하게 형성할 수 있는 반도체류로 이루어진 그룹에서 선택된 1이상의 원소인 것이 특징인 다이아몬드막 형성방법.13. The method of claim 12, wherein the diamond nucleation promoting element is at least one element selected from the group consisting of a reducing metal, a carburizing metal, a metal which can easily form carbides, and semiconductors that can easily form carbides. Phosphorus diamond film formation method.

제 13항에서, 상기 환원성 금속이 백금인 다이아몬드막 형성방법.The diamond film forming method according to claim 13, wherein the reducing metal is platinum.

제 13항에서, 상기 침탄성 금속이 니켈, 코발트 및 철인 다이아몬드막 형성방법.The method of claim 13, wherein the carburized metal is nickel, cobalt, and iron.

제 13항에서 있어서, 카바이드를 용이하게 생성할 수 있는 금속 및 반도체류가 텡스텐, 실리콘, 티탄늄 및 몰리브덴인 다이아몬드막 형성방법.The method for forming a diamond film according to claim 13, wherein the metals and semiconductors capable of easily producing carbide are tungsten, silicon, titanium, and molybdenum.

제 12항에 있어서, 상기 다이아몬드막을 수소와 탄소원을 함유하는 방전가스를 고온 플라즈마 화학증기 증착장치의 양극과 음극사이에 공급하면서 아아크 방전시키고 ; 발생된 플라지마 제트에 기체상 탄소화합물을 공급하여 기체상 탄소화합물을 라디칼화하여 수소분자들이 실질적으로 수소원자들도 분해되도록하면서 다이아몬드 핵 형성촉진 원소분말을 공급하고 ; 그리고 상기 라디칼화된 플라즈마 제트를 처리대상물상에 타격하는 단계들을 포함하는 방법에 의해 형성하는 것이 특징인 다이아몬드막 형성방법.13. The method of claim 12, wherein the diamond film is arc discharged while supplying a discharge gas containing hydrogen and a carbon source between the anode and the cathode of the high temperature plasma chemical vapor deposition apparatus; Supplying a gaseous carbon compound to the generated plasma jet to radicalize the gaseous carbon compound to supply diamond nucleation promoting element powders while the hydrogen molecules are substantially decomposed; And hitting the radicalized plasma jet onto the object to be treated.

배기시스템에 의해서 반응실을 진공상태로 감압하고, 상기 반응실에 설치된 양극과 음극사이에 탄화수소가스와 수소가스와의 혼합가스를 공급하면서, 아아크 방전에 의해 탄소 플라즈마 제트를 발생시켜 처리되는 기판상에 다이아몬드막을 형성하고, 이때 상기 프라즈마 제트중의 다이아몬드아닌 탄소성분과 결합할수 있는 텅스텐, 몰리브덴, 실리콘 및 티타늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 1이상의 원소의 분말을 가하여 경질 카바이드를 형성하는 것이 특징인 다이아몬드막 형성방법,The reaction chamber is decompressed to a vacuum state by the exhaust system, and a carbon plasma jet is generated by arc discharge while supplying a mixed gas of hydrocarbon gas and hydrogen gas between the anode and the cathode installed in the reaction chamber. To form a diamond film, wherein a diamond film is formed by adding a powder of at least one element selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, silicon and titanium, which can be combined with a non-diamond carbon component in the plasma jet. Way,

(i)고융점 카바이드를 용이하게 형성할 수 있는 원소를 사용하여 플라즈마 주입법에 의해 침탄재 기판상에 보호막을 형성한 다음, (ii)플라즈마 CVD법에 의해 상기 보호막상에 다이아몬드막을 형성하는 것이 특징인 다이아몬드막 합성방법,(i) forming a protective film on the carburizing substrate by a plasma injection method using an element capable of easily forming a high melting point carbide, and (ii) forming a diamond film on the protective film by plasma CVD. Phosphorus diamond film synthesis method,

제19항에서, 카바이드를 용이하게 형성할 수 있는 상기 원소가 탄화 텅스텐 실리콘, 몰리브덴, 티타늄 및 텅스텐으로 이루어진 그룹에서 선택된 1이상의 원소인 것이 특징인 다이아몬드막 형성방법.20. The method of claim 19, wherein the element capable of easily forming carbide is at least one element selected from the group consisting of tungsten carbide silicon, molybdenum, titanium and tungsten.

제19항에서, 상기 다이아몬드막은 수소와 탄소원을 함유하는 방전가스를 고온 플라즈마 화학 증기증착장치의 양극과 음극사이에 공급하면서 아아크 방전시키고; 발생된 프라즈마 제트에 기체상 탄소화합물을 공급하여 기체상 탄소화합물을 라디칼화하여 수소분자들이 실질적으로 수소원자들로 분해되도록하고; 그리고 상기 라디칼화된 플라즈마 제트를 처리 대상물상에 타격하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성하는 것이 특징인 다이아몬드막 합성방법.20. The method of claim 19, wherein the diamond film is arc discharged while supplying a discharge gas containing hydrogen and a carbon source between the anode and the cathode of the high temperature plasma chemical vapor deposition apparatus; Supplying a gaseous carbon compound to the generated plasma jet to radicalize the gaseous carbon compound so that hydrogen molecules are substantially decomposed into hydrogen atoms; And bombarding the radicalized plasma jet onto the object to be treated.

제19항에서, 상기 보호막은 불황성 가스 또는 수소의 플라즈마 제트를 형성하면서 이 프라즈마 제트에 상기 원소분말을 공급하여 형성하는 것이 특징인 다이아몬드막 생성방법.20. The method of claim 19, wherein the protective film is formed by supplying the elemental powder to the plasma jet while forming a plasma jet of inert gas or hydrogen.

처리대상물에 다이아몬드막을 형성하는 장치로서; 내부에 고온 플라즈마 분사노즐이 개방돼 있는 밀폐 몸체와 방전가스 공급관으로 구성된 제1극성을 갖는 전극 형성 부재; 상기 밀폐 몸체의 내부에서 상기 노즐에 대향 설치된 반대극성을 갖는 전극형성부재; 상기 제1극성을 갖는 전극과 상기 반대극성 전극간에 직류전압을 공급하는 직류전원을 갖는 전원공급시스템을 구비하며, 상기 직류전원이 공급되는 전극들 사이에 상기 방전가스 공급관을 통해 가스를 공급하여 상기 전극간에서 직류아아크 방전에 의해 상기 가스를 고온 플라즈마로 형성시켜 이 고온 플라즈마를 상기 노즐을 통해 플라즈마 제트로서 분사하는 직류 플라즈마 토오치; 상기 플라즈마 제트에 기상증착용 기체상 출발화합물을 공급하는 출발가스 공급시스템; 상기 아아크 방전부에 금속분말을 공급하기 위한 분말공급관; 및 상기 비평형 플라즈마중에서 기판을 지지하고, 상기 기판상에 고온 플라즈마 화학증기 증착막이 기상중에서 증착되도록 하는 기판지지 기구로 구성된 것을 특징으로 하는 다이아몬드막 형성장치.An apparatus for forming a diamond film on an object to be treated; An electrode forming member having a first polarity including an airtight body and a discharge gas supply pipe having a high temperature plasma spray nozzle open therein; An electrode forming member having an opposite polarity disposed opposite to the nozzle in the sealed body; And a power supply system having a DC power supply for supplying a DC voltage between the electrode having the first polarity and the counter polarity electrode, and supplying a gas through the discharge gas supply pipe between the electrodes to which the DC power is supplied. A direct current plasma torch which forms the gas into a high temperature plasma by direct current arc discharge between electrodes and injects the high temperature plasma as a plasma jet through the nozzle; A starting gas supply system for supplying a gaseous starting compound for vapor deposition to the plasma jet; A powder supply pipe for supplying metal powder to the arc discharge part; And a substrate support mechanism for supporting a substrate in the non-equilibrium plasma and allowing a high temperature plasma chemical vapor deposition film to be deposited in the gas phase on the substrate.

직류 아아크 방전에 의해 발생된 가스의 플라즈마 제트에 2이상의 성분원소를 각각 분말형태로 공급함으로써 대상물에, 이 대상물의 주성분 원소와 다이아몬드 소성강화제의 성분원소와의 혼합물(i)과 다이아몬드 소성강화제의 성분원소와 다이아몬드와의 혼합물 (ii)로 구성된 2이상의 중간층을 형성하고; 고온 플라즈마 화학증기 증착장치의 양극과 음극간에 수소를 함유하는 출발가스와 탄소원을 공급하여 라디칼화된 탄소화합물을 함유한 플라즈마 제트를 발생시켜 상기 중간층상에 다이아몬드막을 형성하는 단계를 포함하는 화학기상 증착법에 의해 처리 대상물 또는 기판상에 다이아몬드막을 형성하되, 상기 중간층들과 상기 다이아몬드막의 형성중에 상기 대상물을 회전시켜 상기 플라즈마 제트의 흐름방향에 대해 30~60° 경사지게함으로써 이 대상물의 측면에 다이아몬드막을 견고하게 증착시키는 것이 특징인 다이아몬드막 생성방법.By supplying two or more component elements in powder form, respectively, to the plasma jet of the gas generated by the direct current arc discharge, a mixture of the main component element of the object and the component element of the diamond calcining agent (i) and the component of the diamond calcining agent Forming at least two intermediate layers consisting of a mixture of elements with diamond (ii); A chemical vapor deposition method comprising forming a diamond film on the intermediate layer by supplying a starting gas containing hydrogen and a carbon source between an anode and a cathode of a high temperature plasma chemical vapor deposition apparatus to generate a plasma jet containing a radicalized carbon compound. To form a diamond film on the object or substrate, wherein the diamond film is firmly formed on the side surface of the object by rotating the object to incline 30 to 60 ° with respect to the flow direction of the plasma jet during formation of the intermediate layers and the diamond film. Diamond film production method characterized in that the deposition.