JPH0369878B2 - - Google Patents
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- JPH0369878B2 JPH0369878B2 JP61286789A JP28678986A JPH0369878B2 JP H0369878 B2 JPH0369878 B2 JP H0369878B2 JP 61286789 A JP61286789 A JP 61286789A JP 28678986 A JP28678986 A JP 28678986A JP H0369878 B2 JPH0369878 B2 JP H0369878B2
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- Japan
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- container
- base material
- laser
- gas
- mixed gas
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は基材の上にダイヤモンドを形成する
装置に関する。より詳しくは炭化水素と水素の混
合気体を高周波プラズマ放電又は直流グロー放電
又はマイクロ波によつて活性化させ、この活性化
したガスと基材にレーザを照射してダイヤモンド
の薄膜などを形成する装置に関する。
装置に関する。より詳しくは炭化水素と水素の混
合気体を高周波プラズマ放電又は直流グロー放電
又はマイクロ波によつて活性化させ、この活性化
したガスと基材にレーザを照射してダイヤモンド
の薄膜などを形成する装置に関する。
従来、ダイヤモンドの合成方法としては、(イ)高
温高圧法、(ロ)熱フイラメントCVD法（CVD：化
学的気相折出反応のこと）、及び(ハ)プラズマCVD
法が知られている。
温高圧法、(ロ)熱フイラメントCVD法（CVD：化
学的気相折出反応のこと）、及び(ハ)プラズマCVD
法が知られている。
(イ) 高温高圧法は1950年代に始めて人工的にダイ
ヤモンドが合成できるようになつた方法であつ
て、数千度の高温と数千〜数万気圧の高圧下に
おいて金属溶媒を用いて合成する方法である。
ヤモンドが合成できるようになつた方法であつ
て、数千度の高温と数千〜数万気圧の高圧下に
おいて金属溶媒を用いて合成する方法である。
(ロ) 熱フイラメントCVD法は例えばCH4とH2の
混合ガスを加熱したタングステンフイラメント
の周辺に導入してCVD反応を起こさせ、この
反応生成物を基材の上に析出させる方法であ
る。
混合ガスを加熱したタングステンフイラメント
の周辺に導入してCVD反応を起こさせ、この
反応生成物を基材の上に析出させる方法であ
る。
(ハ) プラズマCVD法は例えばCH4とH2の混合ガ
スの中に対向する電極を設けこの電極の間に放
電を起こさせてプラズマを発生させCH4等を分
解して炭素を析出させる方法である。
スの中に対向する電極を設けこの電極の間に放
電を起こさせてプラズマを発生させCH4等を分
解して炭素を析出させる方法である。
上記のような従来のダイヤモンドの合成方法
(イ)、(ロ)、(ハ)においては、それぞれ下記のような問
題があつた。(イ)の高温高圧法においては装置が大
型化し、製造コストが高価なものになる上、薄膜
は形成出来ない。(ロ)の熱フイラメントCVD法に
おいては基材の上にダイヤモンドを析出させるこ
とが出来るが他に黒鉛（グラフアイト）及びアモ
ルフアス状の炭素も同時に析出するので品質の上
で問題があつた。(ハ)のプラズマCVD法において
は上記(ロ)の場合と同様な問題の外、反応速度にも
問題があつた。
(イ)、(ロ)、(ハ)においては、それぞれ下記のような問
題があつた。(イ)の高温高圧法においては装置が大
型化し、製造コストが高価なものになる上、薄膜
は形成出来ない。(ロ)の熱フイラメントCVD法に
おいては基材の上にダイヤモンドを析出させるこ
とが出来るが他に黒鉛（グラフアイト）及びアモ
ルフアス状の炭素も同時に析出するので品質の上
で問題があつた。(ハ)のプラズマCVD法において
は上記(ロ)の場合と同様な問題の外、反応速度にも
問題があつた。
この発明に係るダイヤモンド薄膜の形成装置
は、炭化水素と水素の混合気体を高周波プラズマ
放電又は直流グロー放電又はマイクロ波により活
性化させ、この活性化した混合気体にレーザを照
射してダイヤモンドを形成させる装置において、
上記混合気体を収容する容器と、この容器にガス
を導入する管路と、この容器内のガスを排出する
管路と、この容器内にレーザを投射する窓と、上
記混合気体に高周波プラズマ放電を形成させる電
極、又は直流グロー放電を形成させる電極又はマ
イクロ波を導く導波管及びこのマイクロ波の照射
面に設けた冷却装置と、上記容器内に設けられ基
材を載置するＸ−Ｙテーブルと、この基材の加熱
装置とを設け、上記基材に沿つてレーザを照射す
るとともに、このレーザと交差させて上記基材の
表面にもレーザを照射するように構成したもので
ある。
は、炭化水素と水素の混合気体を高周波プラズマ
放電又は直流グロー放電又はマイクロ波により活
性化させ、この活性化した混合気体にレーザを照
射してダイヤモンドを形成させる装置において、
上記混合気体を収容する容器と、この容器にガス
を導入する管路と、この容器内のガスを排出する
管路と、この容器内にレーザを投射する窓と、上
記混合気体に高周波プラズマ放電を形成させる電
極、又は直流グロー放電を形成させる電極又はマ
イクロ波を導く導波管及びこのマイクロ波の照射
面に設けた冷却装置と、上記容器内に設けられ基
材を載置するＸ−Ｙテーブルと、この基材の加熱
装置とを設け、上記基材に沿つてレーザを照射す
るとともに、このレーザと交差させて上記基材の
表面にもレーザを照射するように構成したもので
ある。
この発明においては容器内に設けたＸ−Ｙテー
ブルの上に設置した基材はテーブルの運動に連動
する。
ブルの上に設置した基材はテーブルの運動に連動
する。
上記の容器内に設けた電極の間に炭化水素と水
素を導びくと共に高周波プラズマ放電、又は直流
グロー放電、又はマイクロ波を加えれば混合ガス
は活性化される。
素を導びくと共に高周波プラズマ放電、又は直流
グロー放電、又はマイクロ波を加えれば混合ガス
は活性化される。
さらに上記基材表面の近傍に又は直接にレーザ
を照射すれば、上記の活性化された混合ガスはレ
ーザを吸収してさらに活性化の度合を増し、イオ
ン又はラジカル粒子の濃度が上昇し、かつ基材表
面も活性化させ、炭素がダイヤモンド構造で基材
の表面に析出する。
を照射すれば、上記の活性化された混合ガスはレ
ーザを吸収してさらに活性化の度合を増し、イオ
ン又はラジカル粒子の濃度が上昇し、かつ基材表
面も活性化させ、炭素がダイヤモンド構造で基材
の表面に析出する。
ここで、混合ガスの活性化の度合は混合される
ガスの比、圧力、放電電力及びレーザパワーに支
配され、基板表面の活性化の度合は基材の表面温
度及び表面に照射するレーザパワーに支配される
が、本発明では２つのレーザのパワー（出力）バ
ランスによつて、ガスの活性化の度合と基板表面
の活性化の度合とを別々に定められるから、析出
条件の選択の幅が大きく、ダイヤモンドの析出速
度、密度、絶縁性等の膜特性など容易に制御でき
る。
ガスの比、圧力、放電電力及びレーザパワーに支
配され、基板表面の活性化の度合は基材の表面温
度及び表面に照射するレーザパワーに支配される
が、本発明では２つのレーザのパワー（出力）バ
ランスによつて、ガスの活性化の度合と基板表面
の活性化の度合とを別々に定められるから、析出
条件の選択の幅が大きく、ダイヤモンドの析出速
度、密度、絶縁性等の膜特性など容易に制御でき
る。
また、２方向から照射されたレーザの交点近傍
で局所的な強いガスの活性領域が形成されること
となり、基材表面のごく限定された領域で高速度
のダイヤモンド析出が得られる。これに加え、レ
ーザを照射された部分の基材表面が一定状態に活
性化されているから、基材表面−析出初層間、ま
たは、Ｘ−Ｙテーブルの走査により析出層を重ね
合わせた際の各層間の結合力が増し、ダイヤモン
ド析出層におけるグラフアイト含有率も低下して
高品質のダイヤモンド薄膜が得られる。
で局所的な強いガスの活性領域が形成されること
となり、基材表面のごく限定された領域で高速度
のダイヤモンド析出が得られる。これに加え、レ
ーザを照射された部分の基材表面が一定状態に活
性化されているから、基材表面−析出初層間、ま
たは、Ｘ−Ｙテーブルの走査により析出層を重ね
合わせた際の各層間の結合力が増し、ダイヤモン
ド析出層におけるグラフアイト含有率も低下して
高品質のダイヤモンド薄膜が得られる。
さらに、Ｘ−Ｙテーブルを用いて、２方向から
照射されたレーザ光の交点およびレーザ照射領域
を基材表面で走査することにより、均一なダイヤ
モンド薄膜が膜厚の制御性高く得られ、基材の加
熱温度も低くて済む。
照射されたレーザ光の交点およびレーザ照射領域
を基材表面で走査することにより、均一なダイヤ
モンド薄膜が膜厚の制御性高く得られ、基材の加
熱温度も低くて済む。
第１図ａ、ｂはこの発明に係る高周波プラズマ
又は直流グロー放電とレーザを併用した装置によ
る一実施例を示す説明図である。
又は直流グロー放電とレーザを併用した装置によ
る一実施例を示す説明図である。
図において、ａは平面図、ｂは側面の断面図、
１はレーザ透過用の窓２，２ａ，２ｂ，２ｃを設
けた容器、３はこの容器内に導入した混合ガス、、
４，４ａは窓２，２ａから容器内のガスに照射し
たレーザ、４ｂはこの容器１内に設けＸ−Ｙテー
ブル（図示せず）の上に載置した基材８に直接照
射したレーザ４ａの反射したレーザ、６はこの容
器１内に対向して設けた電極１０，１０ａに高周
波又は直流電力を与える電源、８はこの表面にダ
イヤモンドの薄膜を形成させる基材、１２はCH4
＋H2など炭化水素と水素の混合ガス３が導入さ
れる管路、１２ａは容器１内の混合ガス３を排出
するための管路、１３は導入ガス１３ａは排気ガ
スである。又上記のＸ−Ｙテーブルには基材８を
加熱する装置が備えてある。
１はレーザ透過用の窓２，２ａ，２ｂ，２ｃを設
けた容器、３はこの容器内に導入した混合ガス、、
４，４ａは窓２，２ａから容器内のガスに照射し
たレーザ、４ｂはこの容器１内に設けＸ−Ｙテー
ブル（図示せず）の上に載置した基材８に直接照
射したレーザ４ａの反射したレーザ、６はこの容
器１内に対向して設けた電極１０，１０ａに高周
波又は直流電力を与える電源、８はこの表面にダ
イヤモンドの薄膜を形成させる基材、１２はCH4
＋H2など炭化水素と水素の混合ガス３が導入さ
れる管路、１２ａは容器１内の混合ガス３を排出
するための管路、１３は導入ガス１３ａは排気ガ
スである。又上記のＸ−Ｙテーブルには基材８を
加熱する装置が備えてある。
次にこの動作について説明する。先ず容器１内
にその表面にダイヤモンドを形成させようとする
基材８を置く、次にこの容器１に設けた管路１２
ａの先端に備えた真空ポンプ（図示せず）によつ
て容器１内を真空にする。続いて管路１２より炭
化水素と水素の混合ガス（導入ガス１３）を導入
する。
にその表面にダイヤモンドを形成させようとする
基材８を置く、次にこの容器１に設けた管路１２
ａの先端に備えた真空ポンプ（図示せず）によつ
て容器１内を真空にする。続いて管路１２より炭
化水素と水素の混合ガス（導入ガス１３）を導入
する。
続いて高周波又は直流の電源６を投入すれば電
極１０，１０ａの間に高周波プラズマ放電又は直
流グロー放電が発生して混合ガス３の一部はイオ
ン化するなどプラズマ状態になる。
極１０，１０ａの間に高周波プラズマ放電又は直
流グロー放電が発生して混合ガス３の一部はイオ
ン化するなどプラズマ状態になる。
ここでさらにレーザ４を照射れば、混合ガス３
はさらに活性化の度合を強めてプラズマの濃度が
上昇する。
はさらに活性化の度合を強めてプラズマの濃度が
上昇する。
混合ガス３の成分の一つである炭化水素例えば
CH4は炭素と水素に分解し一部イオン又はラジカ
ルが生成すると共に炭素がダイヤモンドの形で基
材８の上に析出する。
CH4は炭素と水素に分解し一部イオン又はラジカ
ルが生成すると共に炭素がダイヤモンドの形で基
材８の上に析出する。
第２図ａ、ｂはこの発明の他の実施例、即ちマ
イクロ波とレーザを併用した装置の説明図であ
る。
イクロ波とレーザを併用した装置の説明図であ
る。
図において、ａはその平面図、ｂは側面図、１
〜１３ａは第１図と同一又は相当部分を示す。２
０は導波管２１を介して容器１内にマイクロ波を
照射するマイクロ波発生器、２２は冷却水を巡ら
したプランジヤー、２４，２５は冷却水である。
〜１３ａは第１図と同一又は相当部分を示す。２
０は導波管２１を介して容器１内にマイクロ波を
照射するマイクロ波発生器、２２は冷却水を巡ら
したプランジヤー、２４，２５は冷却水である。
又基材８を加熱する装置を備えＸ−Ｙテーブル
は第１図の項で説明したものと同様に容器１の下
部に設けてある。
は第１図の項で説明したものと同様に容器１の下
部に設けてある。
次にこの動作について説明する。この発明にお
いても基材８を設け、混合ガス３の成分及び導入
の仕方等は上記第１図の実施例と全く同一であ
る。
いても基材８を設け、混合ガス３の成分及び導入
の仕方等は上記第１図の実施例と全く同一であ
る。
次にマイクロ波発生器２０を始動すればマイク
ロ波は導波管２１を介して容器１内の炭化水素と
水素の混合ガス３を横切つてプランジヤー２２の
側面に照射され、混合ガス３を活性化させる。プ
ランジヤーに照射されたマイクロ波の余分なエネ
ルギーは冷却水によつて熱エネルギーとして奪わ
れる。
ロ波は導波管２１を介して容器１内の炭化水素と
水素の混合ガス３を横切つてプランジヤー２２の
側面に照射され、混合ガス３を活性化させる。プ
ランジヤーに照射されたマイクロ波の余分なエネ
ルギーは冷却水によつて熱エネルギーとして奪わ
れる。
マイクロ波の照射によつて活性化された混合ガ
ス３に更にレーザ４を照射すれば、上記第１図に
示した実施例と同様に炭化水素は炭素と水素に分
解して、一部はプラズマ状態を形成し、この炭素
がダイヤモンドの形で適当に表面処理された基材
の表面に薄膜を形成する。
ス３に更にレーザ４を照射すれば、上記第１図に
示した実施例と同様に炭化水素は炭素と水素に分
解して、一部はプラズマ状態を形成し、この炭素
がダイヤモンドの形で適当に表面処理された基材
の表面に薄膜を形成する。
レーザ４ａのように直接基材８に照射すれば基
材８の表面も活性化されるから部分的にダイヤモ
ンドを形成させることも出来る。
材８の表面も活性化されるから部分的にダイヤモ
ンドを形成させることも出来る。
基材８をＸ−Ｙテーブル（図示せず）上に載置
して走行すればダイヤモンドの薄膜は基材８の一
部又は全面にわたつて形成される。
して走行すればダイヤモンドの薄膜は基材８の一
部又は全面にわたつて形成される。
基材８の走行速度を調節すればダイヤモンドの
層は厚薄部分を有して分布させることが出来る。
この様に一度ダイヤモンドの層が形成されればそ
の後のレーザ４ａはダイヤモンド結晶の表面を活
性化させる作用をしながら積層する。
層は厚薄部分を有して分布させることが出来る。
この様に一度ダイヤモンドの層が形成されればそ
の後のレーザ４ａはダイヤモンド結晶の表面を活
性化させる作用をしながら積層する。
又この発明の装置によれば活性化手段の出力を
調節して最適条件を得ることが容易である。
調節して最適条件を得ることが容易である。
この発明は以上説明した通り、基材を設けた容
器の中において、炭化水素と水素の混合ガスを高
周波又は直流放電又はマイクロ波によつて活性化
させ、更に上記の基材に添つて、又は上記基材に
直接レーザを照射すれば混合ガスは更に活性化し
て基材の一部にダイヤモンドの薄膜を形成させる
ことが出来る。
器の中において、炭化水素と水素の混合ガスを高
周波又は直流放電又はマイクロ波によつて活性化
させ、更に上記の基材に添つて、又は上記基材に
直接レーザを照射すれば混合ガスは更に活性化し
て基材の一部にダイヤモンドの薄膜を形成させる
ことが出来る。
又Ｘ−Ｙテーブルによつて基材を移動させれば
ダイヤモンドは基材の一部又は全部に渡つて分布
させることが出来る。
ダイヤモンドは基材の一部又は全部に渡つて分布
させることが出来る。
上記の活性化手段の出力は調節できるから混合
ガスの成分に合せて適当に調節して最適条件を決
めることが出来る。ダイヤモンド及びこの薄膜の
工学的価値などは周知のことである。
ガスの成分に合せて適当に調節して最適条件を決
めることが出来る。ダイヤモンド及びこの薄膜の
工学的価値などは周知のことである。
又例えば半導体基板上に形成されたダイヤモン
ドの薄膜はその熱伝導性が優れているので極めて
有用である。
ドの薄膜はその熱伝導性が優れているので極めて
有用である。
第１図ａ、ｂはこの発明の一実施例を示す説明
図、第２図ａ、ｂはこの発明の他の実施例を示す
説明図である。 図において、１は容器、２は窓、３は混合ガ
ス、４，４ａはレーザ、６は電源（直流又は高周
波）、８は基材、１０は電極、１２は管路、１３
は導入ガス、１３ａは排気ガス、２０はマイクロ
波発生器、２１は導波管、２２はプランジヤー、
２４は冷却水である。なお各図中、同一符号は同
一または相当部分を示す。
図、第２図ａ、ｂはこの発明の他の実施例を示す
説明図である。 図において、１は容器、２は窓、３は混合ガ
ス、４，４ａはレーザ、６は電源（直流又は高周
波）、８は基材、１０は電極、１２は管路、１３
は導入ガス、１３ａは排気ガス、２０はマイクロ
波発生器、２１は導波管、２２はプランジヤー、
２４は冷却水である。なお各図中、同一符号は同
一または相当部分を示す。
Claims (1)
- １ 炭化水素と水素の混合気体を高周波プラズマ
放電又は直流グロー放電又はマイクロ波により活
性化させ、この活性化した混合気体にレーザを照
射してダイヤモンドを形成させる装置において、
上記混合気体を収容する容器と、この容器にガス
を導入する管路と、この容器内のガスを排出する
管路と、この容器内にレーザを投射する窓と、上
記混合気体に高周波プラズマ放電を形成させる電
極、又は直流グロー放電を形成させる電極又はマ
イクロ波を導く導波管及びこのマイクロ波の照射
面に設けた冷却装置と、上記容器内に設けられ基
材を載置するＸ−Ｙテーブルと、この基材の加熱
装置とを設け、上記基材に沿つてレーザを照射す
るとともに、このレーザと交差させて上記基材の
表面にもレーザを照射するように構成したことを
特徴とするダイヤモンド薄膜の形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28678986A JPS63144195A (ja) | 1986-12-03 | 1986-12-03 | ダイヤモンド薄膜の形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28678986A JPS63144195A (ja) | 1986-12-03 | 1986-12-03 | ダイヤモンド薄膜の形成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63144195A JPS63144195A (ja) | 1988-06-16 |
| JPH0369878B2 true JPH0369878B2 (ja) | 1991-11-05 |
Family
ID=17709065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28678986A Granted JPS63144195A (ja) | 1986-12-03 | 1986-12-03 | ダイヤモンド薄膜の形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63144195A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4981717A (en) * | 1989-02-24 | 1991-01-01 | Mcdonnell Douglas Corporation | Diamond like coating and method of forming |
| JP2602991B2 (ja) * | 1990-10-25 | 1997-04-23 | 株式会社島津製作所 | ダイヤモンド表面改質法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60122796A (ja) * | 1983-12-06 | 1985-07-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンドの気相合成法 |
| JPS60127293A (ja) * | 1983-12-15 | 1985-07-06 | Asahi Chem Ind Co Ltd | ダイヤモンドの製造方法 |
| JPS61201694A (ja) * | 1985-02-28 | 1986-09-06 | Nec Corp | ダイヤモンドの気相合成法 |
| JPS6385011U (ja) * | 1986-11-20 | 1988-06-03 |
-
1986
- 1986-12-03 JP JP28678986A patent/JPS63144195A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63144195A (ja) | 1988-06-16 |
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