JPH05239656A - プラズマを形成する方法および装置 - Google Patents
プラズマを形成する方法および装置Info
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- JPH05239656A JPH05239656A JP4210619A JP21061992A JPH05239656A JP H05239656 A JPH05239656 A JP H05239656A JP 4210619 A JP4210619 A JP 4210619A JP 21061992 A JP21061992 A JP 21061992A JP H05239656 A JPH05239656 A JP H05239656A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
-
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- C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ダイヤモンドのようなセラミック材料の製造
を補助するためのプラズマを形成する方法および装置を
提供する。 【構成】 反応室２８を準備し、この反応室の中に選択
したガスを導入する。ガスは水素のような活性ガスおよ
びガス状炭素化合物を含んでなる。遠隔供給源１０から
マイクロ波放射ビーム１６が発生され、レンズ３４，３
６，４０や反射器１８，２２，３８，４２を配列して反
応室の中の焦点領域２６にビームを集中させて、その焦
点領域にプラズマ３２を形成する。プラズマ形状は反応
室の内部形状とは無関係で、集中手段の位置に関係す
る。基体３０が反応室の中に配置され、プラズマと反応
して化学的気相成長法による蒸着が引き起こされ、ダイ
ヤモンド層が形成される。本発明はこの方法を使用する
装置に拡大される。
を補助するためのプラズマを形成する方法および装置を
提供する。 【構成】 反応室２８を準備し、この反応室の中に選択
したガスを導入する。ガスは水素のような活性ガスおよ
びガス状炭素化合物を含んでなる。遠隔供給源１０から
マイクロ波放射ビーム１６が発生され、レンズ３４，３
６，４０や反射器１８，２２，３８，４２を配列して反
応室の中の焦点領域２６にビームを集中させて、その焦
点領域にプラズマ３２を形成する。プラズマ形状は反応
室の内部形状とは無関係で、集中手段の位置に関係す
る。基体３０が反応室の中に配置され、プラズマと反応
して化学的気相成長法による蒸着が引き起こされ、ダイ
ヤモンド層が形成される。本発明はこの方法を使用する
装置に拡大される。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマに補肋された化
学的気相成長法（ＣＶＤ）技術を使用する合成ダイヤモ
ンドおよびその他のセラミック材料に関する。
学的気相成長法（ＣＶＤ）技術を使用する合成ダイヤモ
ンドおよびその他のセラミック材料に関する。
【０００２】
【従来技術】ダイヤモンドは過去３０数年間にわたっ
て、ニッケル、コバルトまたは鉄のような触媒金属の存
在する中で、グラファイトのような炭素原料に対して５
０キロバールを超える圧力と１２００℃を超える温度を
作用させることによって合成製造されてきた。最近で
は、ダイヤモンドはガス相から合成されている。この方
法は化学的気相成長法（ＣＶＤ）として知られており、
ダイヤモンド製品はＣＶＤダイヤモンドとして知られて
いる。この工程は一般に、水素ガス、および炭化水素の
ような適当なガス状炭素化合物を準備し、このガスに対
して十分なエネルギーを与えて水素を水素原子に、また
そのガスを活性炭素イオン、原子またはＣＨに解離さ
せ、そしてこのような活性核種を基体に付着させてダイ
ヤモンドを形成するようになす、諸段階を含んでなる。
ガスの解離は様々な方法で行うことができる。
て、ニッケル、コバルトまたは鉄のような触媒金属の存
在する中で、グラファイトのような炭素原料に対して５
０キロバールを超える圧力と１２００℃を超える温度を
作用させることによって合成製造されてきた。最近で
は、ダイヤモンドはガス相から合成されている。この方
法は化学的気相成長法（ＣＶＤ）として知られており、
ダイヤモンド製品はＣＶＤダイヤモンドとして知られて
いる。この工程は一般に、水素ガス、および炭化水素の
ような適当なガス状炭素化合物を準備し、このガスに対
して十分なエネルギーを与えて水素を水素原子に、また
そのガスを活性炭素イオン、原子またはＣＨに解離さ
せ、そしてこのような活性核種を基体に付着させてダイ
ヤモンドを形成するようになす、諸段階を含んでなる。
ガスの解離は様々な方法で行うことができる。
【０００３】このような１つの方法が高温フィラメント
を使用してその周囲領域でガスを解離させる方法であ
る。第２の一般に使用されている方法はプラズマ補助に
よる方法である。水素およびガス状の炭素化合物がプラ
ズマ領域へ導入され、これらはマイクロ波−、ＲＦ−ま
たはＤＣ−形成のプラズマとされるが、励起されて活性
状態となされる。それらはこの状態のもとで基体上に閑
散し、基体はプラズマによって加熱される。マイクロ波
プラズマに補助されるＣＶＤは、過去においてアェーブ
ガイドを使用して、その内部に収容されている反応室の
内側にプラズマを発生させていた。ウェーブガイドの範
囲内、すなわちウェーブガイドキャビティで発生された
強烈な電界は、反応室の内部に収容されている低圧ガス
をイオン化するのに十分である。このようにしてプラズ
マは、その内部に配置されるか、隣接された基体上にダ
イヤモンドの付着が生じるのである。
を使用してその周囲領域でガスを解離させる方法であ
る。第２の一般に使用されている方法はプラズマ補助に
よる方法である。水素およびガス状の炭素化合物がプラ
ズマ領域へ導入され、これらはマイクロ波−、ＲＦ−ま
たはＤＣ−形成のプラズマとされるが、励起されて活性
状態となされる。それらはこの状態のもとで基体上に閑
散し、基体はプラズマによって加熱される。マイクロ波
プラズマに補助されるＣＶＤは、過去においてアェーブ
ガイドを使用して、その内部に収容されている反応室の
内側にプラズマを発生させていた。ウェーブガイドの範
囲内、すなわちウェーブガイドキャビティで発生された
強烈な電界は、反応室の内部に収容されている低圧ガス
をイオン化するのに十分である。このようにしてプラズ
マは、その内部に配置されるか、隣接された基体上にダ
イヤモンドの付着が生じるのである。
【０００４】プラズマを形成するためにウェーブガイド
を使用する利点は、プラズマ寸法が上部筐体の寸法によ
って決まることである。プラズマ寸法の増大はウェーブ
ガイドの寸法を増大するだけではなされ得ず、マイクロ
波波長が比例的に増大しなければ、マルチモードの伝播
が生じる。この結果、プラズマ発生の効率が悪化するこ
とになる。
を使用する利点は、プラズマ寸法が上部筐体の寸法によ
って決まることである。プラズマ寸法の増大はウェーブ
ガイドの寸法を増大するだけではなされ得ず、マイクロ
波波長が比例的に増大しなければ、マルチモードの伝播
が生じる。この結果、プラズマ発生の効率が悪化するこ
とになる。
【０００５】ウェーブガイドの内部に存在する電磁力線
にプラズマが閉じ込められると、その位置は反応室の内
部で静止する。このことが付加的な問題を生じる。まず
第１にウェーブガイドの中へ基体を挿入することは予想
できない状態で電磁力線を混乱させる。これは基体の特
性および幾何形状に応じて変化する。第２にプラズマは
反応室の壁に接触するようになり、このことはウェーブ
ガイドの制限内では回避することができない。これは基
体に付着したダイヤモンドを汚損することになる。
にプラズマが閉じ込められると、その位置は反応室の内
部で静止する。このことが付加的な問題を生じる。まず
第１にウェーブガイドの中へ基体を挿入することは予想
できない状態で電磁力線を混乱させる。これは基体の特
性および幾何形状に応じて変化する。第２にプラズマは
反応室の壁に接触するようになり、このことはウェーブ
ガイドの制限内では回避することができない。これは基
体に付着したダイヤモンドを汚損することになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】それ故に本発明の目的
は、上述した欠点を解消して合成ダイヤモンドの合成を
可能にするような、プラズマを形成する方法および装置
を提供する。
は、上述した欠点を解消して合成ダイヤモンドの合成を
可能にするような、プラズマを形成する方法および装置
を提供する。
【０００７】
【課題を達成するための手段】本発明の第１の概念によ
れば、プラズマを形成する方法が提供される。この方法
は、 ｉ 反応室を準備し、 ｉｉ 反応室の中に選択したガスを導入し、 ｉｉｉ 遠隔供給源からマイクロ波放射のビームを発生
させ、 ｉｖ マイクロ波放射を反応室の中の焦点領域に集中
させて、その焦点領域にプラズマを形成し、そのプラズ
マの形状は反応室の内部形状に無関係である、諸段階を
包含する。
れば、プラズマを形成する方法が提供される。この方法
は、 ｉ 反応室を準備し、 ｉｉ 反応室の中に選択したガスを導入し、 ｉｉｉ 遠隔供給源からマイクロ波放射のビームを発生
させ、 ｉｖ マイクロ波放射を反応室の中の焦点領域に集中
させて、その焦点領域にプラズマを形成し、そのプラズ
マの形状は反応室の内部形状に無関係である、諸段階を
包含する。
【０００８】この方法は、反応室の内部に基体を準備
し、プラズマがその基体と反応して基体上にプラズマ−
活性化された核種の化字的気相成長を生じるようにさせ
る諸段階を包含することが、好ましい。
し、プラズマがその基体と反応して基体上にプラズマ−
活性化された核種の化字的気相成長を生じるようにさせ
る諸段階を包含することが、好ましい。
【０００９】本発明の第２の概念によれば、化学的気相
成長法によってセラミック材料の製造を補助するための
プラズマを形成する方法が提供される。この方法は、 ｉ プラズマ形成ゾーンを定め、 ｉｉ プラズマ形成ゾーンの中に選択したガスを導入
し、 ｉｉｉ 遠隔供給源にてマイクロ波放射のビームを発生
させ、 ｉｖ 遠隔配置された集中手段からのマイクロ波放射
のビームをプラズマ形成に集中させてプラズマを形成
し、そのプラズマの形状および位置は集中手段の幾何形
状および位置に無関係である、諸段階を包含する。
成長法によってセラミック材料の製造を補助するための
プラズマを形成する方法が提供される。この方法は、 ｉ プラズマ形成ゾーンを定め、 ｉｉ プラズマ形成ゾーンの中に選択したガスを導入
し、 ｉｉｉ 遠隔供給源にてマイクロ波放射のビームを発生
させ、 ｉｖ 遠隔配置された集中手段からのマイクロ波放射
のビームをプラズマ形成に集中させてプラズマを形成
し、そのプラズマの形状および位置は集中手段の幾何形
状および位置に無関係である、諸段階を包含する。
【００１０】選択したガスは、プレカーソル（ｐｒｅｃ
ｕｒｓｏｒ）ガス混合気、および水素および酸素を含む
群から選択した活性ガスを含むことが好ましい。また、
プレカーソルガス混合気は、ダイヤモンドの化字的気相
成長のためにガス状炭素化合物を含むことができる。
ｕｒｓｏｒ）ガス混合気、および水素および酸素を含む
群から選択した活性ガスを含むことが好ましい。また、
プレカーソルガス混合気は、ダイヤモンドの化字的気相
成長のためにガス状炭素化合物を含むことができる。
【００１１】都合の良いことに、この方法は基体を準備
し、集中手段および基体の相対的な位置を調整すること
によって、基体上でプラズマ走査する諸段階を包含す
る。
し、集中手段および基体の相対的な位置を調整すること
によって、基体上でプラズマ走査する諸段階を包含す
る。
【００１２】本発明の更に他の概念によれば、化学的気
相成長法によってダイヤモンドの生産を補助するための
プラズマを形成する方法が提供される。この方法は、 ｉ 反応室を準備し、 ｉｉ 反応室の中に基体を配置し、 ｉｉｉ マイクロ波放射の外部供給源を準備し、 ｉｖ ガス状炭素化合物、および水素および酸素を含
む群から選んだ活性ガスの混合気を反応室の中に導き、 ｖ マイクロ波放射を焦点に集中させて反応室の中
で基体の領域内にプラズマを形成して、基体上にダイヤ
モンドの化学的気相成長を引き起こす、諸段階を包含す
ることを特徴とするプラズマを形成する方法。
相成長法によってダイヤモンドの生産を補助するための
プラズマを形成する方法が提供される。この方法は、 ｉ 反応室を準備し、 ｉｉ 反応室の中に基体を配置し、 ｉｉｉ マイクロ波放射の外部供給源を準備し、 ｉｖ ガス状炭素化合物、および水素および酸素を含
む群から選んだ活性ガスの混合気を反応室の中に導き、 ｖ マイクロ波放射を焦点に集中させて反応室の中
で基体の領域内にプラズマを形成して、基体上にダイヤ
モンドの化学的気相成長を引き起こす、諸段階を包含す
ることを特徴とするプラズマを形成する方法。
【００１３】本発明はプラズマを形成する装置にまで拡
張できる。この装置は、反応室、遠隔供給源から反応室
の中の焦点領域へのマイクロ波放射のビームを集中させ
るための集中手段と、選択したガスを反応室の中に導入
する手段とを含み、集中手段は焦点領域にプラズマを形
成するために配置される。
張できる。この装置は、反応室、遠隔供給源から反応室
の中の焦点領域へのマイクロ波放射のビームを集中させ
るための集中手段と、選択したガスを反応室の中に導入
する手段とを含み、集中手段は焦点領域にプラズマを形
成するために配置される。
【００１４】プラズマの形状は、反応室の形状と無関係
で、集中手段の幾何形状および位置に関係することが好
ましい。
で、集中手段の幾何形状および位置に関係することが好
ましい。
【００１５】この装置は、プラズマに隣接して反応室の
中に配置された基体を含み、また、プラズマおよび基体
の反応が基体に対するプラズマ−活性化された核種の化
学的気相成長を生じる、ことが有利である。
中に配置された基体を含み、また、プラズマおよび基体
の反応が基体に対するプラズマ−活性化された核種の化
学的気相成長を生じる、ことが有利である。
【００１６】集中手段は、マイクロ波放射の波長の少な
くとも４倍の寸法とされた凹形反射面を有する少なくと
も１つの反射器を含んで構成されることができる。
くとも４倍の寸法とされた凹形反射面を有する少なくと
も１つの反射器を含んで構成されることができる。
【００１７】更に詳しくは、集中手段は、第１および第
２のパラボラ反射器を含み、第１反射器はマイクロ波発
生器からのマイクロ波放射ビームを受け止めてそのビー
ムを第２反射器へ伝達するように配置され、第２反射器
はそのビームを集中させるように配置される。
２のパラボラ反射器を含み、第１反射器はマイクロ波発
生器からのマイクロ波放射ビームを受け止めてそのビー
ムを第２反射器へ伝達するように配置され、第２反射器
はそのビームを集中させるように配置される。
【００１８】選択したガスを導入する手段は、反応室を
排気する真空ポンプと、反応室と通じている選択したガ
スの加圧供給源と、反応室に対する選択したガスの供給
を制御するバルブ手段とを含むことができる。
排気する真空ポンプと、反応室と通じている選択したガ
スの加圧供給源と、反応室に対する選択したガスの供給
を制御するバルブ手段とを含むことができる。
【００１９】本発明は、化学蒸着によってダイヤモンド
を形成することに限定されるものではない。Ｓｉ、Ｇａ
Ｓ、ＩｎＰ、ＺｎＣ、ＺｎＳｅ、ＧｅＣ、ＳｉＣおよび
立方晶の窒化硼素を含む多くのその他のセラミック材料
が適当なプレカーソルガス混合気を使用することで形成
できるのである。プラズマはエッチングや金属の表面改
良に使用できる。例えば、鑞接の前の酸化層の除去や、
あるいはまた鑞材や半田の再流動に使用することができ
る。
を形成することに限定されるものではない。Ｓｉ、Ｇａ
Ｓ、ＩｎＰ、ＺｎＣ、ＺｎＳｅ、ＧｅＣ、ＳｉＣおよび
立方晶の窒化硼素を含む多くのその他のセラミック材料
が適当なプレカーソルガス混合気を使用することで形成
できるのである。プラズマはエッチングや金属の表面改
良に使用できる。例えば、鑞接の前の酸化層の除去や、
あるいはまた鑞材や半田の再流動に使用することができ
る。
【００２０】マイクロ波放射なる用語は、この明細書の
目的に関しては、その放射が３００ＭＨｚ〜１０００Ｇ
Ｈｚ、好ましくは４３３ＭＨｚ〜９４ＧＨｚ、更に好ま
しくは２ＧＨｚ〜３ＧＨｚの範囲、の周波数域を有する
ことを意味する。
目的に関しては、その放射が３００ＭＨｚ〜１０００Ｇ
Ｈｚ、好ましくは４３３ＭＨｚ〜９４ＧＨｚ、更に好ま
しくは２ＧＨｚ〜３ＧＨｚの範囲、の周波数域を有する
ことを意味する。
【００２１】
【実施例】図１を参照すれば、マイクロ波発生器１０は
適当なウェーブガイド１４を経て放射ホーン１２を付勢
する。このホーン１２はマイクロ波放射ビーム１６を第
１の湾曲したパラボラ形の反射器１８に向けて放射する
ように配置されている。反射器１８は適当な反射面幾何
形状を有し、入射ビーム１６を平行面波２０として自由
空間を通して反射することができるようになされてい
る。この面波列２０は第２反射器２２によって受信され
る。第２反射器は実質的にパラボラ形の反射面を有して
おり、面波列２０を収束する球面波列２４に転換するよ
うになされている。この収束する球面波列２４は焦点す
なわち焦点領域２６に収束し、その焦点すなわち焦点領
域はベル形容器のような反応室２８の内部に位置されて
いる。この反応室はプラズマ形成領域２９を定めてい
る。
適当なウェーブガイド１４を経て放射ホーン１２を付勢
する。このホーン１２はマイクロ波放射ビーム１６を第
１の湾曲したパラボラ形の反射器１８に向けて放射する
ように配置されている。反射器１８は適当な反射面幾何
形状を有し、入射ビーム１６を平行面波２０として自由
空間を通して反射することができるようになされてい
る。この面波列２０は第２反射器２２によって受信され
る。第２反射器は実質的にパラボラ形の反射面を有して
おり、面波列２０を収束する球面波列２４に転換するよ
うになされている。この収束する球面波列２４は焦点す
なわち焦点領域２６に収束し、その焦点すなわち焦点領
域はベル形容器のような反応室２８の内部に位置されて
いる。この反応室はプラズマ形成領域２９を定めてい
る。
【００２２】反応室２８の内部にはその中央へ向けてシ
リコン・カーバイド、モリブデン、シリコンまたはダイ
ヤモンドシードのような適当な基体３０が収容される。
図面から、基体３０は焦点２６のすぐ下方に位置されて
いるのが明白となろう。
リコン・カーバイド、モリブデン、シリコンまたはダイ
ヤモンドシードのような適当な基体３０が収容される。
図面から、基体３０は焦点２６のすぐ下方に位置されて
いるのが明白となろう。
【００２３】炭素含有ガスは、水素、酸素、アルゴン、
ヘリウム、ネオン、水蒸気、またはその何れかの機能結
合体と結合され、また、入口パイプ３１を通して０．１
〜７００トリチェリ、好ましくは４０〜２００トリチェ
リの圧力のもとで反応室２８の内部へ導かれる。１Ｗｃ
ｍ−３を超える十分なパワーが焦点領域２６に集中され
るならば、プラズマ３２が反応室２８の内部に収容され
ている低圧ガスに発生される。概略的に示すように、プ
ラズマ３２は第２反射器２４の焦点２６に集中される。
基体は高温プラズマガスによって絶対温度４００°〜１
５００°の温度にまで加熱される。この温度は通常は絶
対温度９００°の範囲にある。基体３０に対するダイヤ
モンドの付着が起こり、これはカモ氏に付与された米国
特許第４４３４１８８号に記載されているのと同様にし
て生じるのである。
ヘリウム、ネオン、水蒸気、またはその何れかの機能結
合体と結合され、また、入口パイプ３１を通して０．１
〜７００トリチェリ、好ましくは４０〜２００トリチェ
リの圧力のもとで反応室２８の内部へ導かれる。１Ｗｃ
ｍ−３を超える十分なパワーが焦点領域２６に集中され
るならば、プラズマ３２が反応室２８の内部に収容され
ている低圧ガスに発生される。概略的に示すように、プ
ラズマ３２は第２反射器２４の焦点２６に集中される。
基体は高温プラズマガスによって絶対温度４００°〜１
５００°の温度にまで加熱される。この温度は通常は絶
対温度９００°の範囲にある。基体３０に対するダイヤ
モンドの付着が起こり、これはカモ氏に付与された米国
特許第４４３４１８８号に記載されているのと同様にし
て生じるのである。
【００２４】閉じ込められるウェーブガイドキャビティ
寸法によって制限を受けている従来技術の反応室と比較
すれば、反応室２８の寸法は何れのウェーブガイド寸法
によっても制限されない。この結果、基体３０は反応室
の壁面およびその他の汚損源から十分に離して位置され
るようにされる。更に、反応室の内部にキャビティノー
ドが全くないので、基体の挿入は例えプラズマの放電位
置に影響したとしてもほんの僅かである。同様に、基体
３０の特性および幾何形状はプラズマ放電３２に対して
無視できるほどの影響しか及ぼさない。
寸法によって制限を受けている従来技術の反応室と比較
すれば、反応室２８の寸法は何れのウェーブガイド寸法
によっても制限されない。この結果、基体３０は反応室
の壁面およびその他の汚損源から十分に離して位置され
るようにされる。更に、反応室の内部にキャビティノー
ドが全くないので、基体の挿入は例えプラズマの放電位
置に影響したとしてもほんの僅かである。同様に、基体
３０の特性および幾何形状はプラズマ放電３２に対して
無視できるほどの影響しか及ぼさない。
【００２５】図２を参照すれば、更に他の実施例が示さ
れている。これにおいて、レンズ３４が図１の第２反射
器２２に代えてマイクロ波放射を集中させる手段として
配置されている。図３では、単一の両凸面レンズ３６が
第１反射器１８および第２反射器２２の代わりに配置さ
れている。このレンズは誘電体レンズ、金属プレートレ
ンズまたはフレネルゾーンプレートレンズとされること
かできる。図４に示された構造は単一反射器３８をレン
ズ３６の代わりに使用している。図５では、レンズ４０
がマイクロ波放射ビームを平行化するのに使用され、ま
た、反射器４２がその平行ビームを集中させている。様
々なレンズおよび反射器の組み台わせがマイクロ波放射
ビームを集中させるのに使用でき、また、ビームは連続
ビームとされ、パルスとされ、変調または偏光され、ま
たはそれらの組み合わせとされることができることが、
認識されねばならない。例えば、反射内面を有する楕円
が使用され、マイクロ波供給源およびプラズマはその楕
円の２つのそれぞれの焦点に位置されることができるの
である。
れている。これにおいて、レンズ３４が図１の第２反射
器２２に代えてマイクロ波放射を集中させる手段として
配置されている。図３では、単一の両凸面レンズ３６が
第１反射器１８および第２反射器２２の代わりに配置さ
れている。このレンズは誘電体レンズ、金属プレートレ
ンズまたはフレネルゾーンプレートレンズとされること
かできる。図４に示された構造は単一反射器３８をレン
ズ３６の代わりに使用している。図５では、レンズ４０
がマイクロ波放射ビームを平行化するのに使用され、ま
た、反射器４２がその平行ビームを集中させている。様
々なレンズおよび反射器の組み台わせがマイクロ波放射
ビームを集中させるのに使用でき、また、ビームは連続
ビームとされ、パルスとされ、変調または偏光され、ま
たはそれらの組み合わせとされることができることが、
認識されねばならない。例えば、反射内面を有する楕円
が使用され、マイクロ波供給源およびプラズマはその楕
円の２つのそれぞれの焦点に位置されることができるの
である。
【００２６】使用された各種の集中装置の利点は、集中
レンズまたは反射器の形状を変化させることで異なるプ
ラズマ形状を得るのに使用できるということである。例
えばほぼ球状のプラズマはパラボラ形反射面を有する反
射器を使用して得ることができる。両凸面レンズもまた
同様な球状プラズマを達成するのに使用できる。細長い
線形プラズマはパラボラ形の円筒断面のパラボラ反射面
によるか、または球状反射面によって得ることができ
る。更に、プラズマ形状はプラズマの密度状態と同様に
マイクロ波オプティクにおける微妙な変化によって得ら
れる。
レンズまたは反射器の形状を変化させることで異なるプ
ラズマ形状を得るのに使用できるということである。例
えばほぼ球状のプラズマはパラボラ形反射面を有する反
射器を使用して得ることができる。両凸面レンズもまた
同様な球状プラズマを達成するのに使用できる。細長い
線形プラズマはパラボラ形の円筒断面のパラボラ反射面
によるか、または球状反射面によって得ることができ
る。更に、プラズマ形状はプラズマの密度状態と同様に
マイクロ波オプティクにおける微妙な変化によって得ら
れる。
【００２７】集中オプティクの焦点距離を調整し、ま
た、最終集中装置を対称中心軸線に沿ってまたはその回
りに移動させることによって、プラズマの寸法および位
置を変化させることも可能である。
た、最終集中装置を対称中心軸線に沿ってまたはその回
りに移動させることによって、プラズマの寸法および位
置を変化させることも可能である。
【００２８】３次元でのプラズマ走査は、最終集中オプ
ティクまたは基体を適当な方法で反応室内部で移動させ
ることによって、達成することもできる。３次元面は基
体の全面上を単にプラズマ走査することでダイヤモンド
を被覆される。
ティクまたは基体を適当な方法で反応室内部で移動させ
ることによって、達成することもできる。３次元面は基
体の全面上を単にプラズマ走査することでダイヤモンド
を被覆される。
【００２９】幾つかの放射ホーンもまた第１反射器また
は第１レンズを照射するのに使用できる。少なくとも２
つの周波数がこのようにしてプラズマ内部で結合され、
これは例えばプラズマ内部で特定の核種を選択的に励起
するのに有利に使用される。同様に、２つの偏光方向が
異なる比率で組み合わされて、プラズマ放電を更に改良
することが可能になる。
は第１レンズを照射するのに使用できる。少なくとも２
つの周波数がこのようにしてプラズマ内部で結合され、
これは例えばプラズマ内部で特定の核種を選択的に励起
するのに有利に使用される。同様に、２つの偏光方向が
異なる比率で組み合わされて、プラズマ放電を更に改良
することが可能になる。
【００３０】本発明の更に他の実施例においては、非常
に高いマイクロ波周波数が、その入射マイクロ波放射の
波長の約半分直径を有する極めて小さい回折を制限され
た面積部分に対して集中され、これにより小さな局部的
なプラズマが発生されることを可能にする。このような
プラズマは、ダイヤモンドの基体上での“書き込み”を
可能にするために、明細書にて先に説明したようにして
基体表面上を走査されることができる。
に高いマイクロ波周波数が、その入射マイクロ波放射の
波長の約半分直径を有する極めて小さい回折を制限され
た面積部分に対して集中され、これにより小さな局部的
なプラズマが発生されることを可能にする。このような
プラズマは、ダイヤモンドの基体上での“書き込み”を
可能にするために、明細書にて先に説明したようにして
基体表面上を走査されることができる。
【００３１】エッジ効果を最小限に抑え、オプティクの
有効な照射を与えるために、マイクロ波オプティクはマ
イクロ波波長より大きい（すなわち、少なくとも４倍、
好ましくは少なくとも１０倍）ことが典型的に必要とさ
れる。起こり得る危険性の高い放射は金属スクリーンに
オプティクを閉じ込めるか、または適当な吸収材料によ
って排除することができる。
有効な照射を与えるために、マイクロ波オプティクはマ
イクロ波波長より大きい（すなわち、少なくとも４倍、
好ましくは少なくとも１０倍）ことが典型的に必要とさ
れる。起こり得る危険性の高い放射は金属スクリーンに
オプティクを閉じ込めるか、または適当な吸収材料によ
って排除することができる。
【００３２】反応室２８は、全体が透明とされるか、ま
たはこの代わりに誘電体とされねばならない透明窓１４
４を備えて、マイクロ波放射に対して透過性とされるこ
とができる。更に、反応室は集中装置および基休の両方
を収容するような寸法とされることができる。前記反応
室または窓１４４の好ましい材料は、溶融シリカ、石
英、ジルコニア、アルミナ、パイレックス、ＰＴＦＥ、
マコール（登録商標）、シリカ・ガラスまたはポリスチ
レンである。これらの材料は表面の反射損失を最小限に
抑えるために、抗反射性媒体で被覆できる。この材料は
またシクロヘキサンのような適当な透明流体によって冷
却されることができる。
たはこの代わりに誘電体とされねばならない透明窓１４
４を備えて、マイクロ波放射に対して透過性とされるこ
とができる。更に、反応室は集中装置および基休の両方
を収容するような寸法とされることができる。前記反応
室または窓１４４の好ましい材料は、溶融シリカ、石
英、ジルコニア、アルミナ、パイレックス、ＰＴＦＥ、
マコール（登録商標）、シリカ・ガラスまたはポリスチ
レンである。これらの材料は表面の反射損失を最小限に
抑えるために、抗反射性媒体で被覆できる。この材料は
またシクロヘキサンのような適当な透明流体によって冷
却されることができる。
【００３３】
【例】原型の装置が戸外に設置された。この装置はマイ
クロ波発生器と、マイクロ波集中ディッシュ装置と、石
英のベル形容器の反応室とを含んで構成された。数セン
チメートルのプラズマがたった８００ワットの出力のマ
イクロ波発生器を使用して空間内に発生することができ
た。
クロ波発生器と、マイクロ波集中ディッシュ装置と、石
英のベル形容器の反応室とを含んで構成された。数セン
チメートルのプラズマがたった８００ワットの出力のマ
イクロ波発生器を使用して空間内に発生することができ
た。
【００３４】図６を参照すれば、一対のオフセットされ
たパラボラ反射器４４および４６が木製リブで作られ、
ステンレススチール網がリブを横断して張られた。パラ
ボラ温度が反射器４４および４６を±２ｍｍ（波長の１
／１６）以内で表面精度をチェックするのに使用され
た。これは典型的な許容公差範囲内で良好であった。網
を通しての漏れは−２０デシベル（１％）と計算され
た。反射器はそれぞれ１．５ｍすなわち波長の１２倍の
横断直径を有していた。各々の反射器の焦点距離は１．
５ｍに固定された。Ｅ面で４２°、Ｈ面で５９°の１０
デシベルビーム幅を有するアンテナホーン４８が、反射
器４４の焦点５０のすぐ後方に位置決めされた。反射器
の方位対向（Ｓｕｂｔｅｎｄｅｄ）角度は約５６°で、
その反射器の仰角対向角度は４４°であり、ホーン４８
と反射器４４との間には比較的良好なマッチングが得ら
れ、ホーンはＥ面を垂直にして取り付けられた。
たパラボラ反射器４４および４６が木製リブで作られ、
ステンレススチール網がリブを横断して張られた。パラ
ボラ温度が反射器４４および４６を±２ｍｍ（波長の１
／１６）以内で表面精度をチェックするのに使用され
た。これは典型的な許容公差範囲内で良好であった。網
を通しての漏れは−２０デシベル（１％）と計算され
た。反射器はそれぞれ１．５ｍすなわち波長の１２倍の
横断直径を有していた。各々の反射器の焦点距離は１．
５ｍに固定された。Ｅ面で４２°、Ｈ面で５９°の１０
デシベルビーム幅を有するアンテナホーン４８が、反射
器４４の焦点５０のすぐ後方に位置決めされた。反射器
の方位対向（Ｓｕｂｔｅｎｄｅｄ）角度は約５６°で、
その反射器の仰角対向角度は４４°であり、ホーン４８
と反射器４４との間には比較的良好なマッチングが得ら
れ、ホーンはＥ面を垂直にして取り付けられた。
【００３５】第２のパラボラ反射器４６はその焦点５２
を反射器４４の焦点５０から約２ｍ離して位置決めされ
た。２．４５ＧＨｚの作動周波数および約１．６ｋＷの
出力を有するマグネトロントランスミッター５４が配置
されてホーン４８に供給するようにされた。ホーン開口
のピーク出力密度は５４ｋＷｍ−２と計算された。ホー
ン４８の開口と反射器４４との間の距離を表す１．５ｍ
の距離において、出力密度は３．１５ｋＷｍ−２の計算
値にまで低下した。反射器４４および４６の構造によ
り、反射器４４から反射されたマイクロ波放射の大半は
反射器４６によって捕捉されることが計算で得られた。
を反射器４４の焦点５０から約２ｍ離して位置決めされ
た。２．４５ＧＨｚの作動周波数および約１．６ｋＷの
出力を有するマグネトロントランスミッター５４が配置
されてホーン４８に供給するようにされた。ホーン開口
のピーク出力密度は５４ｋＷｍ−２と計算された。ホー
ン４８の開口と反射器４４との間の距離を表す１．５ｍ
の距離において、出力密度は３．１５ｋＷｍ−２の計算
値にまで低下した。反射器４４および４６の構造によ
り、反射器４４から反射されたマイクロ波放射の大半は
反射器４６によって捕捉されることが計算で得られた。
【００３６】反射器４４は固定構造体に取り付けられ、
反射器４６は軌道に沿って走るトロリー上に取り付けら
れた。ホーン５６および出力メーター５８は可動の反射
器４６の焦点５２に隣接して配置され、マグネトロント
ランスミッター５４は低出力トランスミッターと交換さ
れた。反射器４４および４６の最終位置は、図６に示さ
れている。それぞれの反射器の焦点５０および５２は
２．０８ｍ離された。反射器４４と４６との間の測定さ
れた損失は約２．７デシベルであった。これは予想より
も高く、これは計算されたよりも高い網漏れと同様に反
射器４４および４６のエッジにおけるスピルオーバーに
よるものであろう。ホーン４８は次にマグネトロントラ
ンスミッター５４に連結された。これは水で冷却されて
おり、遠隔の電源から駆動された。ホーン５６は取り外
され、焦点５２のフィールド領域は微細な綿糸によって
吊り下げられたネオン放電管を使用して立証された。ネ
オン放電管は５〜８センチメートルの範囲の直径を有す
る領域内に位置された。最大出力位置もまた高感度ペー
パーに覆われた吸収性発泡部材のブロックを使用して配
置された。
反射器４６は軌道に沿って走るトロリー上に取り付けら
れた。ホーン５６および出力メーター５８は可動の反射
器４６の焦点５２に隣接して配置され、マグネトロント
ランスミッター５４は低出力トランスミッターと交換さ
れた。反射器４４および４６の最終位置は、図６に示さ
れている。それぞれの反射器の焦点５０および５２は
２．０８ｍ離された。反射器４４と４６との間の測定さ
れた損失は約２．７デシベルであった。これは予想より
も高く、これは計算されたよりも高い網漏れと同様に反
射器４４および４６のエッジにおけるスピルオーバーに
よるものであろう。ホーン４８は次にマグネトロントラ
ンスミッター５４に連結された。これは水で冷却されて
おり、遠隔の電源から駆動された。ホーン５６は取り外
され、焦点５２のフィールド領域は微細な綿糸によって
吊り下げられたネオン放電管を使用して立証された。ネ
オン放電管は５〜８センチメートルの範囲の直径を有す
る領域内に位置された。最大出力位置もまた高感度ペー
パーに覆われた吸収性発泡部材のブロックを使用して配
置された。
【００３７】図６に示したのと同様な構造が次に備えら
れた。ホーン５６は石英のベル形容器６２と交換され
た。ベル形容器６２は可動プラットフォーム６４上に取
り付けられ、約１．５ｍｍの直径で６０ｍｍの長さの薄
いワイヤーのダイポール６６がベル形容器６２の内部に
て低損失発泡部材６８の小片上に配置された。ベル形容
器６２は次にパイプ７２を通して真空ポンプ７０によっ
て０．１にまで排気された。圧力表示計７４はパイプ７
２内部の圧力低下を表示し、必要な圧力がゲージ７７に
よって表示されたときにバルブ７６が閉じられた。次に
バルブ７８が開かれ、ベル形容器６２がパイプ８２を通
じてアルゴンの供給源８０から充填されるようになされ
た。ベル形容器６２内の圧力が１．０に達すると、バル
ブ７６は開かれ、ポンプ７０が次に作動されて容器６２
を０．１にまで排気するようにされた。容器６２は次に
シールされ、次にマグネトロントランスミッター５４が
作動されて、ダイポール６６の領域でマイクロ波放射の
集中ビームが約５〜８センチメートルの直径のプラズマ
を形成するようにさせた。
れた。ホーン５６は石英のベル形容器６２と交換され
た。ベル形容器６２は可動プラットフォーム６４上に取
り付けられ、約１．５ｍｍの直径で６０ｍｍの長さの薄
いワイヤーのダイポール６６がベル形容器６２の内部に
て低損失発泡部材６８の小片上に配置された。ベル形容
器６２は次にパイプ７２を通して真空ポンプ７０によっ
て０．１にまで排気された。圧力表示計７４はパイプ７
２内部の圧力低下を表示し、必要な圧力がゲージ７７に
よって表示されたときにバルブ７６が閉じられた。次に
バルブ７８が開かれ、ベル形容器６２がパイプ８２を通
じてアルゴンの供給源８０から充填されるようになされ
た。ベル形容器６２内の圧力が１．０に達すると、バル
ブ７６は開かれ、ポンプ７０が次に作動されて容器６２
を０．１にまで排気するようにされた。容器６２は次に
シールされ、次にマグネトロントランスミッター５４が
作動されて、ダイポール６６の領域でマイクロ波放射の
集中ビームが約５〜８センチメートルの直径のプラズマ
を形成するようにさせた。
【００３８】アルゴンは、体積比が１００：１のＨ２お
よびＣＨ４ガスの混合気と引き続いて交換された。この
ガス混合気はベル形容器を通して連続的に２００ｓｃｃ
ｍｉｎの割合で流された。シリコンカーバイド基体は約
５ｍｍ平方が発泡部材６８およびダイポール６６によっ
て置き換えられた。ベル形容器の中の圧力は４０に維持
された。また、マグネトロントランスミッターはしかる
後に作動されて、プラズマが基体の近くに形成されるよ
うにさせた。このプラズマは基体が絶対温度１１７０°
の温度を得るようにさせ、冷却して保持された。この結
果、基体の上には化学的気相成長法によって１時間当た
り１μｍの観察成長速度でもってダイヤモンド層が形成
された。
よびＣＨ４ガスの混合気と引き続いて交換された。この
ガス混合気はベル形容器を通して連続的に２００ｓｃｃ
ｍｉｎの割合で流された。シリコンカーバイド基体は約
５ｍｍ平方が発泡部材６８およびダイポール６６によっ
て置き換えられた。ベル形容器の中の圧力は４０に維持
された。また、マグネトロントランスミッターはしかる
後に作動されて、プラズマが基体の近くに形成されるよ
うにさせた。このプラズマは基体が絶対温度１１７０°
の温度を得るようにさせ、冷却して保持された。この結
果、基体の上には化学的気相成長法によって１時間当た
り１μｍの観察成長速度でもってダイヤモンド層が形成
された。
【図１】本発明のプラズマ形成装置の第１の実施例の大
幅に簡略化した図面。
幅に簡略化した図面。
【図２】本発明のプラズマ形成装置の、他の集中構造を
使用した他の実施例の概略図。
使用した他の実施例の概略図。
【図３】本発明のプラズマ形成装置の、更に他の集中構
造を使用した他の実施例の概略図。
造を使用した他の実施例の概略図。
【図４】本発明のプラズマ形成装置の、更に他の集中構
造を使用した他の実施例の概略図。
造を使用した他の実施例の概略図。
【図５】本発明のプラズマ形成装置の、更に他の集中構
造を使用した他の実施例の概略図。
造を使用した他の実施例の概略図。
【図６】適当なプラズマを形成するための例示構造の概
略図。
略図。
【図７】適当なプラズマを形成するための他の例示構造
の概略図。
の概略図。
１０ マイクロ波発生器 １２ ホーン １４ ウェーブガイド １６ マイクロ波放射ビーム １８，２２ 反射器 ２０ 平行波 ２４ 球面波 ２６ 焦点 ２８ 反応室 ３０ 基体 ３１ 入口パイプ ３２ プラズマ ３３ ダイヤモンドの付着 ３４，３６，４０ レンズ ３８，４２，４４，４６ 反射器 ４８，５６ ホーン ５０，５２ 焦点 ５４ マグネトロントランスミッター ５８ 出力メーター ６２ ベル形容器 ６４ プラットフォーム ６６ ダイポール ６８ 発泡部材 ７０ 真空ポンプ ７２，８２ パイプ ７４，７７ 表示計 ７６，７８ バルブ ８０ アルゴン供給源 １４４ 窓
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年７月２９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 プラズマを形成する方法および装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマに補助された化
学的気相成長法（ＣＶＤ）技術を使用する合成ダイヤモ
ンドおよびその他のセラミック材料に関する。
学的気相成長法（ＣＶＤ）技術を使用する合成ダイヤモ
ンドおよびその他のセラミック材料に関する。
【０００２】
【従来技術】ダイヤモンドは過去３０数年間にわたっ
て、ニッケル、コバルトまたは鉄のような触媒金属の存
在する中で、グラファイトのような炭素原料に対して５
０キロバールを超える圧力と１２００℃を超える温度を
作用させることによって合成製造されてきた。最近で
は、ダイヤモンドはガス相から合成されている。この方
法は化学的気相成長法（ＣＶＤ）として知られており、
ダイヤモンド製品はＣＶＤダイヤモンドとして知られて
いる。この工程は一般に、水素ガス、および炭化水素の
ような適当なガス状炭素化合物を準備し、このガスに対
して十分なエネルギーを与えて水素を水素原子に、また
そのガスを活性炭素イオン、原子またはＣＨに解離さ
せ、そしてこのような活性核種を基体に付着させてダイ
ヤモンドを形成するようになす、諸段階を含んでなる。
ガスの解離は様々な方法で行うことができる。
て、ニッケル、コバルトまたは鉄のような触媒金属の存
在する中で、グラファイトのような炭素原料に対して５
０キロバールを超える圧力と１２００℃を超える温度を
作用させることによって合成製造されてきた。最近で
は、ダイヤモンドはガス相から合成されている。この方
法は化学的気相成長法（ＣＶＤ）として知られており、
ダイヤモンド製品はＣＶＤダイヤモンドとして知られて
いる。この工程は一般に、水素ガス、および炭化水素の
ような適当なガス状炭素化合物を準備し、このガスに対
して十分なエネルギーを与えて水素を水素原子に、また
そのガスを活性炭素イオン、原子またはＣＨに解離さ
せ、そしてこのような活性核種を基体に付着させてダイ
ヤモンドを形成するようになす、諸段階を含んでなる。
ガスの解離は様々な方法で行うことができる。
【０００３】このような１つの方法が高温フィラメント
を使用してその周囲領域でガスを解離させる方法であ
る。第２の一般に使用されている方法はプラズマ補助に
よる方法である。水素およびガス状の炭素化合物がプラ
ズマ領域へ導入され、これらはマイクロ波−、ＲＦ−ま
たはＤＣ−形成のプラズマとされるが、励起されて活性
状態となされる。それらはこの状態のもとで基体上に閑
散し、基体はプラズマによって加熱される。マイクロ波
プラズマに補助されるＣＶＤは、過去においてアェーブ
ガイドを使用して、その内部に収容されている反応室の
内側にプラズマを発生させていた。ウェーブガイドの範
囲内、すなわちウェーブガイドキャビテイで発生された
強烈な電界は、反応室の内部に収容されている低圧ガス
をイオン化するのに十分である。このようにしてプラズ
マは、その内部に配置されるか、隣接された基体上にダ
イヤモンドの付着が生じるのである。
を使用してその周囲領域でガスを解離させる方法であ
る。第２の一般に使用されている方法はプラズマ補助に
よる方法である。水素およびガス状の炭素化合物がプラ
ズマ領域へ導入され、これらはマイクロ波−、ＲＦ−ま
たはＤＣ−形成のプラズマとされるが、励起されて活性
状態となされる。それらはこの状態のもとで基体上に閑
散し、基体はプラズマによって加熱される。マイクロ波
プラズマに補助されるＣＶＤは、過去においてアェーブ
ガイドを使用して、その内部に収容されている反応室の
内側にプラズマを発生させていた。ウェーブガイドの範
囲内、すなわちウェーブガイドキャビテイで発生された
強烈な電界は、反応室の内部に収容されている低圧ガス
をイオン化するのに十分である。このようにしてプラズ
マは、その内部に配置されるか、隣接された基体上にダ
イヤモンドの付着が生じるのである。
【０００４】プラズマを形成するためにウェーブガイド
を使用する利点は、プラズマ寸法が上部筐体の寸法によ
って決まることである。プラズマ寸法の増大はウェーブ
ガイドの寸法を増大するだけではなされ得ず、マイクロ
波波長が比例的に増大しなければ、マルチモードの伝播
が生じる。この結果、プラズマ発生の効率が悪化するこ
とになる。
を使用する利点は、プラズマ寸法が上部筐体の寸法によ
って決まることである。プラズマ寸法の増大はウェーブ
ガイドの寸法を増大するだけではなされ得ず、マイクロ
波波長が比例的に増大しなければ、マルチモードの伝播
が生じる。この結果、プラズマ発生の効率が悪化するこ
とになる。
【０００５】ウェーブガイドの内部に存在する電磁力線
にプラズマが閉じ込められると、その位置は反応室の内
部で静止する。このことが付加的な問題を生じる。まず
第１にウェーブガイドの中へ基体を挿入することは予想
できない状態で電磁力線を混乱させる。これは基体の特
性および幾何形状に応じて変化する。第２にプラズマは
反応室の壁に接触するようになり、このことはウェーブ
ガイドの制限内では回避することができない。これは基
体に付着したダイヤモンドを汚損することになる。
にプラズマが閉じ込められると、その位置は反応室の内
部で静止する。このことが付加的な問題を生じる。まず
第１にウェーブガイドの中へ基体を挿入することは予想
できない状態で電磁力線を混乱させる。これは基体の特
性および幾何形状に応じて変化する。第２にプラズマは
反応室の壁に接触するようになり、このことはウェーブ
ガイドの制限内では回避することができない。これは基
体に付着したダイヤモンドを汚損することになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】それ故に本発明の目的
は、上述した欠点を解消して合成ダイヤモンドの合成を
可能にするような、プラズマを形成する方法および装置
を提供する。
は、上述した欠点を解消して合成ダイヤモンドの合成を
可能にするような、プラズマを形成する方法および装置
を提供する。
【０００７】
【課題を達成するための手段】本発明の第１の概念によ
れば、プラズマを形成する方法が提供される。この方法
は、 ｉ 反応室を準備し、 ｉｉ 反応室の中に選択したガスを導入し、 ｉｉｉ 遠隔供給源からマイクロ波放射のビームを発生
させ、 ｉｖ マイクロ波放射を反応室の中の焦点領域に集中
させて、その焦点領域にプラズマを形成し、そのプラズ
マの形状は反応室の内部形状に無関係である、諸段階を
包含する。
れば、プラズマを形成する方法が提供される。この方法
は、 ｉ 反応室を準備し、 ｉｉ 反応室の中に選択したガスを導入し、 ｉｉｉ 遠隔供給源からマイクロ波放射のビームを発生
させ、 ｉｖ マイクロ波放射を反応室の中の焦点領域に集中
させて、その焦点領域にプラズマを形成し、そのプラズ
マの形状は反応室の内部形状に無関係である、諸段階を
包含する。
【０００８】この方法は、反応室の内部に基体を準備
し、プラズマがその基体と反応して基体上にプラズマ−
活性化された核種の化学的気相成長を生じるようにさせ
る諸段階を包含することが、好ましい
し、プラズマがその基体と反応して基体上にプラズマ−
活性化された核種の化学的気相成長を生じるようにさせ
る諸段階を包含することが、好ましい
【０００９】本発明の第２の概念によれば、化学的気相
成長法によってセラミック材料の製造を補助するための
プラズマを形成する方法が提供される。この方法は、 ｉ プラズマ形成ゾーンを定め、 ｉｉ プラズマ形成ゾーンの中に選択したガスを導入
し、 ｉｉｉ 遠隔供給源にてマイクロ波放射のビームを発生
させ、 ｉｖ 遠隔配置された集中手段からのマイクロ波放射
のビームをプラズマ形成に集中させてプラズマを形成
し、そのプラズマの形状および位置は集中手段の幾何形
状および位置に無関係である、諸段階を包含する。
成長法によってセラミック材料の製造を補助するための
プラズマを形成する方法が提供される。この方法は、 ｉ プラズマ形成ゾーンを定め、 ｉｉ プラズマ形成ゾーンの中に選択したガスを導入
し、 ｉｉｉ 遠隔供給源にてマイクロ波放射のビームを発生
させ、 ｉｖ 遠隔配置された集中手段からのマイクロ波放射
のビームをプラズマ形成に集中させてプラズマを形成
し、そのプラズマの形状および位置は集中手段の幾何形
状および位置に無関係である、諸段階を包含する。
【００１０】選択したガスは、プレカーソル（ｐｒｅｃ
ｕｒｓｏｒ）ガス混合気、および水素および酸素を含む
群から選択した活性ガスを含むことが好ましい。また、
プレカーソルガス混合気は、ダイヤモンドの化学的気相
成長のためにガス状炭素化合物を含むことができる。
ｕｒｓｏｒ）ガス混合気、および水素および酸素を含む
群から選択した活性ガスを含むことが好ましい。また、
プレカーソルガス混合気は、ダイヤモンドの化学的気相
成長のためにガス状炭素化合物を含むことができる。
【００１１】都合の良いことに、この方法は基体を準備
し、集中手段および基体の相対的な位置を調整すること
によって、基体上でプラズマ走査する諸段階を包含す
る。
し、集中手段および基体の相対的な位置を調整すること
によって、基体上でプラズマ走査する諸段階を包含す
る。
【００１２】本発明の更に他の概念によれば、化学的気
相成長法によってダイヤモンドの生産を補助するための
プラズマを形成する方法が提供される。この方法は、 ｉ 反応室を準備し、 ｉｉ 反応室の中に基体を配置し、 ｉｉｉ マイクロ波放射の外部供給源を準備し、 ｉｖ ガス状炭素化合物、および水素および酸素を含
む群から選んだ活性ガスの混合気を反応室の中に導き、 ｖ マイクロ波放射を焦点に集中させて反応室の中
で基体の領域内にプラズマを形成して、基体上にダイヤ
モンドの化学的気相成長を引き起こす、諸段階を包含す
ることを特徴とするプラズマを形成する方法。
相成長法によってダイヤモンドの生産を補助するための
プラズマを形成する方法が提供される。この方法は、 ｉ 反応室を準備し、 ｉｉ 反応室の中に基体を配置し、 ｉｉｉ マイクロ波放射の外部供給源を準備し、 ｉｖ ガス状炭素化合物、および水素および酸素を含
む群から選んだ活性ガスの混合気を反応室の中に導き、 ｖ マイクロ波放射を焦点に集中させて反応室の中
で基体の領域内にプラズマを形成して、基体上にダイヤ
モンドの化学的気相成長を引き起こす、諸段階を包含す
ることを特徴とするプラズマを形成する方法。
【００１３】本発明はプラズマを形成する装置にまで拡
張できる。この装置は、反応室、遠隔供給源から反応室
の中の焦点領域へのマイクロ波放射のビームを集中させ
るための集中手段と、選択したガスを反応室の中に導入
する手段とを含み、集中手段は焦点領域にプラズマを形
成するために配置される。
張できる。この装置は、反応室、遠隔供給源から反応室
の中の焦点領域へのマイクロ波放射のビームを集中させ
るための集中手段と、選択したガスを反応室の中に導入
する手段とを含み、集中手段は焦点領域にプラズマを形
成するために配置される。
【００１４】プラズマの形状は、反応室の形状と無関係
で、集中手段の幾何形状および位置に関係することが好
ましい。
で、集中手段の幾何形状および位置に関係することが好
ましい。
【００１５】この装置は、プラズマに隣接して反応室の
中に配置された基体を含み、また、プラズマおよび基体
の反応が基体に対するプラズマ−活性化された核種の化
学的気相成長を生じる、ことが有利である。
中に配置された基体を含み、また、プラズマおよび基体
の反応が基体に対するプラズマ−活性化された核種の化
学的気相成長を生じる、ことが有利である。
【００１６】集中手段は、マイクロ波放射の波長の少な
くとも４倍の寸法とされた凹形反射面を有する少なくと
も１つの反射器を含んで構成されることができる。
くとも４倍の寸法とされた凹形反射面を有する少なくと
も１つの反射器を含んで構成されることができる。
【００１７】更に詳しくは、集中手段は、第１および第
２のパラボラ反射器を含み、第１反射器はマイクロ波発
生器からのマイクロ波放射ビームを受け止めてそのビー
ムを第２反射器へ伝達するように配置され、第２反射器
はそのビームを集中させるように配置される。
２のパラボラ反射器を含み、第１反射器はマイクロ波発
生器からのマイクロ波放射ビームを受け止めてそのビー
ムを第２反射器へ伝達するように配置され、第２反射器
はそのビームを集中させるように配置される。
【００１８】選択したガスを導入する手段は、反応室を
排気する真空ポンプと、反応室と通じている選択したガ
スの加圧供給源と、反応室に対する選択したガスの供給
を制御するバルブ手段とを含むことができる。
排気する真空ポンプと、反応室と通じている選択したガ
スの加圧供給源と、反応室に対する選択したガスの供給
を制御するバルブ手段とを含むことができる。
【００１９】本発明は、化学的気相成長法による蒸着に
よってダイヤモンドを形成することに限定されるもので
はない。Ｓｉ、ＧａＳ、ＩｎＰ、ＺｎＣ、ＺｎＳｅ、Ｇ
ｅＣ、ＳｉＣおよび立方晶の窒化硼素を含む多くのその
他のセラミック材料が適当なプレカーソルガス混合気を
使用することで形成できるのである。プラズマはエッチ
ングや金属の表面改良に使用できる。例えば、鑞接の前
の酸化層の除去や、あるいはまた鑞材や半田の再流動に
使用することができる。
よってダイヤモンドを形成することに限定されるもので
はない。Ｓｉ、ＧａＳ、ＩｎＰ、ＺｎＣ、ＺｎＳｅ、Ｇ
ｅＣ、ＳｉＣおよび立方晶の窒化硼素を含む多くのその
他のセラミック材料が適当なプレカーソルガス混合気を
使用することで形成できるのである。プラズマはエッチ
ングや金属の表面改良に使用できる。例えば、鑞接の前
の酸化層の除去や、あるいはまた鑞材や半田の再流動に
使用することができる。
【００２０】マイクロ波放射なる用語は、この明細書の
目的に関しては、その放射が３００ＭＨｚ〜１０００Ｇ
Ｈｚ、好ましくは４３３ＭＨｚ〜９４ＧＨｚ、更に好ま
しくは２ＧＨｚ〜３ＧＨｚの範囲、の周波数域を有する
ことを意味する。
目的に関しては、その放射が３００ＭＨｚ〜１０００Ｇ
Ｈｚ、好ましくは４３３ＭＨｚ〜９４ＧＨｚ、更に好ま
しくは２ＧＨｚ〜３ＧＨｚの範囲、の周波数域を有する
ことを意味する。
【００２１】
【実施例】図１を参照すれば、マイクロ波発生器１０は
適当なウェーブガイド１４を経て放射ホーン１２を付勢
する。このホーン１２はマイクロ波放射ビーム１６を第
１の湾曲したパラボラ形の反射器１８に向けて放射する
ように配置されている。反射器１８は適当な反射面幾何
形状を有し、入射ビーム１６を平行面波２０として自由
空間を通して反射することができるようになされてい
る。この面波列２０は第２反射器２２によって受信され
る。第２反射器は実質的にパラボラ形の反射面を有して
おり、面波列２０を収束する球面波列２４に転換するよ
うになされている。この収束する球面波列２４は焦点す
なわち焦点領域２６に収束し、その焦点すなわち焦点領
域はベル形容器のような反応室２８の内部に位置されて
いる。この反応室はプラズマ形成領域２９を定めてい
る。
適当なウェーブガイド１４を経て放射ホーン１２を付勢
する。このホーン１２はマイクロ波放射ビーム１６を第
１の湾曲したパラボラ形の反射器１８に向けて放射する
ように配置されている。反射器１８は適当な反射面幾何
形状を有し、入射ビーム１６を平行面波２０として自由
空間を通して反射することができるようになされてい
る。この面波列２０は第２反射器２２によって受信され
る。第２反射器は実質的にパラボラ形の反射面を有して
おり、面波列２０を収束する球面波列２４に転換するよ
うになされている。この収束する球面波列２４は焦点す
なわち焦点領域２６に収束し、その焦点すなわち焦点領
域はベル形容器のような反応室２８の内部に位置されて
いる。この反応室はプラズマ形成領域２９を定めてい
る。
【００２２】反応室２８の内部にはその中央ヘ向けてシ
リコン・カーバイド、モリブデン、シリコンまたはダイ
ヤモンドシードのような適当な基体３０が収容される。
図面から、基体３０は焦点２６のすぐ下方に位置されて
いるのが明白となろう。
リコン・カーバイド、モリブデン、シリコンまたはダイ
ヤモンドシードのような適当な基体３０が収容される。
図面から、基体３０は焦点２６のすぐ下方に位置されて
いるのが明白となろう。
【００２３】炭素含有ガスは、水素、酸素、アルゴン、
ヘリウム、ネオン、水蒸気、またはその何れかの機能結
合体と結合され、また、入口パイプ３１を通して０．１
〜７００トリチェリ、好ましくは４０〜２００トリチェ
リの圧力のもとで反応室２８の内部へ導かれる。１Ｗｃ
ｍ−３を超える十分なパワーが焦点領域２６に集中され
るならば、プラズマ３２が反応室２８の内部に収容され
ている低圧ガスに発生される。概略的に示すように、プ
ラズマ３２は第２反射器２４の焦点２６に集中される。
基体は高温プラズマガスによって絶対温度４００°〜１
５００°の温度にまで加熱される。この温度は通常は絶
対温度９００°の範囲にある。基体３０に対するダイヤ
モンドの付着が起こり、これはカモ氏に付与された米国
特許第４４３４１８８号に記載されているのと同様にし
て生じるのである。
ヘリウム、ネオン、水蒸気、またはその何れかの機能結
合体と結合され、また、入口パイプ３１を通して０．１
〜７００トリチェリ、好ましくは４０〜２００トリチェ
リの圧力のもとで反応室２８の内部へ導かれる。１Ｗｃ
ｍ−３を超える十分なパワーが焦点領域２６に集中され
るならば、プラズマ３２が反応室２８の内部に収容され
ている低圧ガスに発生される。概略的に示すように、プ
ラズマ３２は第２反射器２４の焦点２６に集中される。
基体は高温プラズマガスによって絶対温度４００°〜１
５００°の温度にまで加熱される。この温度は通常は絶
対温度９００°の範囲にある。基体３０に対するダイヤ
モンドの付着が起こり、これはカモ氏に付与された米国
特許第４４３４１８８号に記載されているのと同様にし
て生じるのである。
【００２４】閉じ込められるウェーブガイドキャビティ
寸法によって制限を受けている従来技術の反応室と比較
すれば、反応室２８の寸法は何れのウェーブガイド寸法
によっても制限されない。この結果、基体３０は反応室
の壁面およびその他の汚損源から十分に離して位置され
るようにされる。更に、反応室の内部にキャビティノー
ドが全くないので、基体の挿入は例えプラズマの放電位
置に影響したとしてもほんの僅かである。同様に、基体
３０の特性および幾何形状はプラズマ放電３２に対して
無視できるほどの影響しか及ぼさない。
寸法によって制限を受けている従来技術の反応室と比較
すれば、反応室２８の寸法は何れのウェーブガイド寸法
によっても制限されない。この結果、基体３０は反応室
の壁面およびその他の汚損源から十分に離して位置され
るようにされる。更に、反応室の内部にキャビティノー
ドが全くないので、基体の挿入は例えプラズマの放電位
置に影響したとしてもほんの僅かである。同様に、基体
３０の特性および幾何形状はプラズマ放電３２に対して
無視できるほどの影響しか及ぼさない。
【００２５】図２を参照すれば、更に他の実施例が示さ
れている。これにおいて、レンズ３４が図１の第２反射
器２２に代えてマイクロ波放射を集中させる手段として
配置されている。図３では、単一の両凸面レンズ３６が
第１反射器１８および第２反射器２２の代わりに配置さ
れている。このレンズは誘電体レンズ、金属プレートレ
ンズまたはフレネルゾーンプレートレンズとされること
ができる。図４に示された構造は単一反射器３８をレン
ズ３６の代わりに使用している。図５では、レンズ４０
がマイクロ波放射ビームを平行化するのに使用され、ま
た、反射器４２がその平行ビームを集中させている。様
々なレンズおよび反射器の組み合わせがマイクロ波放射
ビームを集中させるのに使用でき、また、ビームは連続
ビームとされ、パルスとされ、変調または偏光され、ま
たはそれらの組み合わせとされることができることが、
認識されねばならない。例えば、反射内面を有する楕円
が使用され、マイクロ波供給源およびプラズマはその楕
円の２つのそれぞれの焦点に位置されることができるの
である。
れている。これにおいて、レンズ３４が図１の第２反射
器２２に代えてマイクロ波放射を集中させる手段として
配置されている。図３では、単一の両凸面レンズ３６が
第１反射器１８および第２反射器２２の代わりに配置さ
れている。このレンズは誘電体レンズ、金属プレートレ
ンズまたはフレネルゾーンプレートレンズとされること
ができる。図４に示された構造は単一反射器３８をレン
ズ３６の代わりに使用している。図５では、レンズ４０
がマイクロ波放射ビームを平行化するのに使用され、ま
た、反射器４２がその平行ビームを集中させている。様
々なレンズおよび反射器の組み合わせがマイクロ波放射
ビームを集中させるのに使用でき、また、ビームは連続
ビームとされ、パルスとされ、変調または偏光され、ま
たはそれらの組み合わせとされることができることが、
認識されねばならない。例えば、反射内面を有する楕円
が使用され、マイクロ波供給源およびプラズマはその楕
円の２つのそれぞれの焦点に位置されることができるの
である。
【００２６】使用された各種の集中装置の利点は、集中
レンズまたは反射器の形状を変化させることで異なるプ
ラズマ形状を得るのに使用できるということである。例
えばほぼ球状のプラズマはパラボラ形反射面を有する反
射器を使用して得ることができる。両凸面レンズもまた
同様な球状プラズマを達成するのに使用できる。細長い
線形プラズマはパラボラ形の円筒断面のパラボラ反射面
によるか、または球状反射面によって得ることができ
る。更に、プラズマ形状はプラズマの密度状態と同様に
マイクロ波オプティクにおける微妙な変化によって得ら
れる。
レンズまたは反射器の形状を変化させることで異なるプ
ラズマ形状を得るのに使用できるということである。例
えばほぼ球状のプラズマはパラボラ形反射面を有する反
射器を使用して得ることができる。両凸面レンズもまた
同様な球状プラズマを達成するのに使用できる。細長い
線形プラズマはパラボラ形の円筒断面のパラボラ反射面
によるか、または球状反射面によって得ることができ
る。更に、プラズマ形状はプラズマの密度状態と同様に
マイクロ波オプティクにおける微妙な変化によって得ら
れる。
【００２７】集中オプティクの焦点距離を調整し、ま
た、最終集中装置を対称中心軸線に沿ってまたはその回
りに移動させることによって、プラズマの寸法および位
置を変化させることも可能である。
た、最終集中装置を対称中心軸線に沿ってまたはその回
りに移動させることによって、プラズマの寸法および位
置を変化させることも可能である。
【００２８】３次元でのプラズマ走査は、最終集中オプ
ティクまたは基体を適当な方法で反応室内部で移動させ
ることによって、達成することもできる。３次元面は基
体の全面上を単にプラズマ走査することでダイヤモンド
を被覆される。
ティクまたは基体を適当な方法で反応室内部で移動させ
ることによって、達成することもできる。３次元面は基
体の全面上を単にプラズマ走査することでダイヤモンド
を被覆される。
【００２９】幾つかの放射ホーンもまた第１反射器また
は第１レンズを照射するのに使用できる。少なくとも２
つの周波数がこのようにしてプラズマ内部で結合され、
これは例えばプラズマ内部で特定の核種を選択的に励起
するのに有利に使用される。同様に、２つの偏光方向が
異なる比率で組み合わされて、プラズマ放電を更に改良
することが可能になる。
は第１レンズを照射するのに使用できる。少なくとも２
つの周波数がこのようにしてプラズマ内部で結合され、
これは例えばプラズマ内部で特定の核種を選択的に励起
するのに有利に使用される。同様に、２つの偏光方向が
異なる比率で組み合わされて、プラズマ放電を更に改良
することが可能になる。
【００３０】本発明の更に他の実施例においては、非常
に高いマイクロ波周波数が、その入射マイクロ波放射の
波長の約半分直径を有する極めて小さい回折を制限され
た面積部分に対して集中され、これにより小さな局部的
なプラズマが発生されることを可能にする。このような
プラズマは、ダイヤモンドの基体上での“書き込み”を
可能にするために、明細書にて先に説明したようにして
基体表面上を走査されることができる。
に高いマイクロ波周波数が、その入射マイクロ波放射の
波長の約半分直径を有する極めて小さい回折を制限され
た面積部分に対して集中され、これにより小さな局部的
なプラズマが発生されることを可能にする。このような
プラズマは、ダイヤモンドの基体上での“書き込み”を
可能にするために、明細書にて先に説明したようにして
基体表面上を走査されることができる。
【００３１】エッジ効果を最小限に抑え、オプティクの
有効な照射を与えるために、マイクロ波オプティクはマ
イクロ波波長より大きい（すなわち、少なくとも４倍、
好ましくは少なくとも１０倍）ことが典型的に必要とさ
れる。起こり得る危険性の高い放射は金属スクリーンに
オプティクを閉じ込めるか、または適当な吸収材料によ
って排除することができる。
有効な照射を与えるために、マイクロ波オプティクはマ
イクロ波波長より大きい（すなわち、少なくとも４倍、
好ましくは少なくとも１０倍）ことが典型的に必要とさ
れる。起こり得る危険性の高い放射は金属スクリーンに
オプティクを閉じ込めるか、または適当な吸収材料によ
って排除することができる。
【００３２】反応室２８は、全体が透明とされるか、ま
たはこの代わりに誘電体とされねばならない透明窓１４
４を備えて、マイクロ波放射に対して透過性とされるこ
とができる。更に、反応室は集中装置および基体の両方
を収容するような寸法とされることができる。前記反応
室または窓１４４の好ましい材料は、溶融シリカ、石
英、ジルコニア、アルミナ、パイレックス、ＰＴＦＥ、
マコール（登録商標）、シリカ・ガラスまたはポリスチ
レンである。これらの材料は表面の反射損失を最小限に
抑えるために、抗反射性媒体で被覆できる。この材料は
またシクロヘキサンのような適当な透明流体によって冷
却されることができる。
たはこの代わりに誘電体とされねばならない透明窓１４
４を備えて、マイクロ波放射に対して透過性とされるこ
とができる。更に、反応室は集中装置および基体の両方
を収容するような寸法とされることができる。前記反応
室または窓１４４の好ましい材料は、溶融シリカ、石
英、ジルコニア、アルミナ、パイレックス、ＰＴＦＥ、
マコール（登録商標）、シリカ・ガラスまたはポリスチ
レンである。これらの材料は表面の反射損失を最小限に
抑えるために、抗反射性媒体で被覆できる。この材料は
またシクロヘキサンのような適当な透明流体によって冷
却されることができる。
【００３３】例 原型の装置が戸外に設置された。この装置はマイクロ波
発生器と、マイクロ波集中ディッシュ装置と、石英のベ
ル形容器の反応室とを含んで構成された。数センチメー
トルのプラズマがたった８００ワットの出力のマイクロ
波発生器を使用して空間内に発生することができた。
発生器と、マイクロ波集中ディッシュ装置と、石英のベ
ル形容器の反応室とを含んで構成された。数センチメー
トルのプラズマがたった８００ワットの出力のマイクロ
波発生器を使用して空間内に発生することができた。
【００３４】図６を参照すれば、一対のオフセットされ
たパラボラ反射器４４および４６が木製リブで作られ、
ステンレススチール網がリブを横断して張られた。パラ
ボラ温度が反射器４４および４６を±２ｍｍ（波長の１
／１６）以内で表面精度をチェックするのに使用され
た。これは典型的な許容公差範囲内で良好であった。網
を通しての漏れは−２０デシベル（１％）と計算され
た。反射器はそれぞれ１．５ｍすなわち波長の１２倍の
横断直径を有していた。各々の反射器の焦点距離は１．
５ｍに固定された。Ｅ面で４２°、Ｈ面で５９°の１０
デシベルビーム幅を有するアンテナホーン４８が、反射
器４４の焦点５０のすぐ後方に位置決めされた。反射器
の方位対向（ｓｕｂｔｅｎｄｅｄ）角度は約５６°で、
その反射器の仰角対向角度は４４°であり、ホーン４８
と反射器４４との間には比較的良好なマッチングが得ら
れ、ホーンはＥ面を垂直にして取り付けられた。
たパラボラ反射器４４および４６が木製リブで作られ、
ステンレススチール網がリブを横断して張られた。パラ
ボラ温度が反射器４４および４６を±２ｍｍ（波長の１
／１６）以内で表面精度をチェックするのに使用され
た。これは典型的な許容公差範囲内で良好であった。網
を通しての漏れは−２０デシベル（１％）と計算され
た。反射器はそれぞれ１．５ｍすなわち波長の１２倍の
横断直径を有していた。各々の反射器の焦点距離は１．
５ｍに固定された。Ｅ面で４２°、Ｈ面で５９°の１０
デシベルビーム幅を有するアンテナホーン４８が、反射
器４４の焦点５０のすぐ後方に位置決めされた。反射器
の方位対向（ｓｕｂｔｅｎｄｅｄ）角度は約５６°で、
その反射器の仰角対向角度は４４°であり、ホーン４８
と反射器４４との間には比較的良好なマッチングが得ら
れ、ホーンはＥ面を垂直にして取り付けられた。
【００３５】第２のパラボラ反射器４６はその焦点５２
を反射器４４の焦点５０から約２ｍ離して位置決めされ
た。２．４５ＧＨｚの作動周波数および約１．６ｋＷの
出力を有するマグネトロントランスミッター５４が配置
されてホーン４８に供給するようにされた。ホーン開口
のピーク出力密度は５４ｋＷｍ−２と計算された。ホー
ン４８の開口と反射器４４との間の距離を表す１．５ｍ
の距離において、出力密度は３．１５ｋＷｍ−２の計算
値にまで低下した。反射器４４および４６の構造によ
り、反射器４４から反射されたマイクロ波放射の大半は
反射器４６によって捕捉されることが計算で得られた。
を反射器４４の焦点５０から約２ｍ離して位置決めされ
た。２．４５ＧＨｚの作動周波数および約１．６ｋＷの
出力を有するマグネトロントランスミッター５４が配置
されてホーン４８に供給するようにされた。ホーン開口
のピーク出力密度は５４ｋＷｍ−２と計算された。ホー
ン４８の開口と反射器４４との間の距離を表す１．５ｍ
の距離において、出力密度は３．１５ｋＷｍ−２の計算
値にまで低下した。反射器４４および４６の構造によ
り、反射器４４から反射されたマイクロ波放射の大半は
反射器４６によって捕捉されることが計算で得られた。
【００３６】反射器４４は固定構造体に取り付けられ、
反射器４６は軌道に沿って走るトロリー上に取り付けら
れた。ホーン５６および出力メーター５８は可動の反射
器４６の焦点５２に隣接して配置され、マグネトロント
ランスミッター５４は低出力トランスミッターと交換さ
れた。反射器４４および４６の最終位置は、図６に示さ
れている。それぞれの反射器の焦点５０および５２は
２．０８ｍ離された。反射器４４と４６との間の測定さ
れた損失は約２．７デシベルであった。これは予想より
も高く、これは計算されたよりも高い網漏れと同様に反
射器４４および４６のエッジにおけるスピルオーバーに
よるものであろう。ホーン４８は次にマグネトロントラ
ンスミッター５４に連結された。これは水で冷却されて
おり、遠隔の電源から駆動された。ホーン５６は取り外
され、焦点５２のフィールド領域は微細な綿糸によって
吊り下げられたネオン放電管を使用して立証された。ネ
オン放電管は５〜８センチメートルの範囲の直径を有す
る領域内に位置された。最大出力位置もまた高感度ペー
パーに覆われた吸収性発泡部材のブロックを使用して配
置された。
反射器４６は軌道に沿って走るトロリー上に取り付けら
れた。ホーン５６および出力メーター５８は可動の反射
器４６の焦点５２に隣接して配置され、マグネトロント
ランスミッター５４は低出力トランスミッターと交換さ
れた。反射器４４および４６の最終位置は、図６に示さ
れている。それぞれの反射器の焦点５０および５２は
２．０８ｍ離された。反射器４４と４６との間の測定さ
れた損失は約２．７デシベルであった。これは予想より
も高く、これは計算されたよりも高い網漏れと同様に反
射器４４および４６のエッジにおけるスピルオーバーに
よるものであろう。ホーン４８は次にマグネトロントラ
ンスミッター５４に連結された。これは水で冷却されて
おり、遠隔の電源から駆動された。ホーン５６は取り外
され、焦点５２のフィールド領域は微細な綿糸によって
吊り下げられたネオン放電管を使用して立証された。ネ
オン放電管は５〜８センチメートルの範囲の直径を有す
る領域内に位置された。最大出力位置もまた高感度ペー
パーに覆われた吸収性発泡部材のブロックを使用して配
置された。
【００３７】図６に示したのと同様な構造が次に備えら
れた。ホーン５６は石英のベル形容器６２と交換され
た。ベル形容器６２は可動プラットフォーム６４上に取
り付けられ、約１．５ｍｍの直径で６０ｍｍの長さの薄
いワイヤーのダイポール６６がベル形容器６２の内部に
て低損失発泡部材６８の小片上に配置された。ベル形容
器６２は次にパイプ７２を通して真空ポンプ７０によっ
て０．１トルにまで排気された。圧力表示計７４はパイ
プ７２内部の圧力低下を表示し、必要な圧力がゲージ７
７によって表示されたときにバルブ７６が閉じられた。
次にバルブ７８が開かれ、ベル形容器６２がパイプ８２
を通じてアルゴンの供給源８０から充填されるようにな
された。ベル形容器６２内の圧力が１．０トルに達する
と、バルブ７６は開かれ、ポンプ７０が次に作動されて
容器６２を０．１トルにまで排気するようにされた。容
器６２は次にシールされ、次にマグネトロントランスミ
ッター５４が作動されて、ダイポール６６の領域でマイ
クロ波放射の集中ビームが約５〜８センチメートルの直
径のプラズマを形成するようにさせた。
れた。ホーン５６は石英のベル形容器６２と交換され
た。ベル形容器６２は可動プラットフォーム６４上に取
り付けられ、約１．５ｍｍの直径で６０ｍｍの長さの薄
いワイヤーのダイポール６６がベル形容器６２の内部に
て低損失発泡部材６８の小片上に配置された。ベル形容
器６２は次にパイプ７２を通して真空ポンプ７０によっ
て０．１トルにまで排気された。圧力表示計７４はパイ
プ７２内部の圧力低下を表示し、必要な圧力がゲージ７
７によって表示されたときにバルブ７６が閉じられた。
次にバルブ７８が開かれ、ベル形容器６２がパイプ８２
を通じてアルゴンの供給源８０から充填されるようにな
された。ベル形容器６２内の圧力が１．０トルに達する
と、バルブ７６は開かれ、ポンプ７０が次に作動されて
容器６２を０．１トルにまで排気するようにされた。容
器６２は次にシールされ、次にマグネトロントランスミ
ッター５４が作動されて、ダイポール６６の領域でマイ
クロ波放射の集中ビームが約５〜８センチメートルの直
径のプラズマを形成するようにさせた。
【００３８】アルゴンは、体積比が１００：１のＨ２お
よびＣＨ４ガスの混合気と引き続いて交換された。この
ガス混合気はベル形容器を通して連続的に２００ｓｃｃ
ｍｉｎの割合で流された。シリコンカーバイド基体は約
５ｍｍ平方が発泡部材６８およびダイポール６６によっ
て置き換えられた。ベル形容器の中の圧力は４０トルに
維持された。また、マグネトロントランスミッターはし
かる後に作動されて、プラズマが基体の近くに形成され
るようにさせた。このプラズマは基体が絶対温度１１７
０°の温度を得るようにさせ、冷却して保持された。こ
の結果、基体の上には化学的気相成長法によって１時間
当たり１μｍの観察成長速度でもってダイヤモンド層が
形成された。
よびＣＨ４ガスの混合気と引き続いて交換された。この
ガス混合気はベル形容器を通して連続的に２００ｓｃｃ
ｍｉｎの割合で流された。シリコンカーバイド基体は約
５ｍｍ平方が発泡部材６８およびダイポール６６によっ
て置き換えられた。ベル形容器の中の圧力は４０トルに
維持された。また、マグネトロントランスミッターはし
かる後に作動されて、プラズマが基体の近くに形成され
るようにさせた。このプラズマは基体が絶対温度１１７
０°の温度を得るようにさせ、冷却して保持された。こ
の結果、基体の上には化学的気相成長法によって１時間
当たり１μｍの観察成長速度でもってダイヤモンド層が
形成された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ形成装置の第１の実施例の大
幅に簡略化した図面。
幅に簡略化した図面。
【図２】本発明のプラズマ形成装置の、他の集中構造を
使用した他の実施例の概略図。
使用した他の実施例の概略図。
【図３】本発明のプラズマ形成装置の、更に他の集中構
造を使用した他の実施例の概略図。
造を使用した他の実施例の概略図。
【図４】本発明のプラズマ形成装置の、更に他の集中構
造を使用した他の実施例の概略図。
造を使用した他の実施例の概略図。
【図５】本発明のプラズマ形成装置の、更に他の集中構
造を使用した他の実施例の概略図。
造を使用した他の実施例の概略図。
【図６】適当なプラズマを形成するための例示構造の概
略図。
略図。
【図７】適当なプラズマを形成するための他の例示構造
の概略図。
の概略図。
【符号の説明】 １０ マイクロ波発生器 １２ ホーン １４ ウェーブガイド １６ マイクロ波放射ビーム １８，２２ 反射器 ２０ 平行波 ２４ 球面波 ２６ 焦点 ２８ 反応室 ３０ 基体 ３１ 入口パイプ ３２ プラズマ ３３ ダイヤモンドの付着 ３４，３６，４０ レンズ ３８，４２，４４，４６ 反射器 ４８，５６ ホーン ５０，５２ 焦点 ５４ マグネトロントランスミッター ５８ 出力メーター ６２ ベル形容器 ６４ プラットフオーム ６６ ダイポール ６８ 発泡部材 ７０ 真空ポンプ ７２，８２ パイプ ７４，７７ 表示計 ７６，７８ バルブ ８０ アルゴン供給源 １４４ 窓
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｈ 1/46 9014−2Ｇ (72)発明者 リカルド シモン サスマン イギリス国サーレイ，ギルフォード，フロ ビシャー カーデンズ ３ (72)発明者 ハリー リチャード ホリデイ イギリス国ハートフォードシャー，レオミ ンスター，バロンズ クロス ロッジ（番 地なし) (72)発明者 デニス チャールズ ホーキンズ イギリス国ハートフォードシャー，レオミ ンスター，ダネスフィールド ドライ ブ，”ブロードフィールズ”（番地なし)
Claims (16)
- 【請求項１】 プラズマ形成する方法であって、 ｉ 反応室を準備し、 ｉｉ 反応室の中に選択したガスを導入し、 ｉｉｉ 遠隔供給源からマイクロ波放射のビームを発生
させ、 ｉｖ マイクロ波放射を反応室の中の焦点領域に集中
させて、その焦点領域にプラズマを形成し、そのプラズ
マの形状は反応室の内部形状に無関係である、諸段階を
包含することを特徴とするプラズマを形成する方法。 - 【請求項２】 請求項１に器方法であって、反応室の内
部に基体を準備し、プラズマがその基体と反応して基体
上にプラズマ成分の化学蒸着を生じるようにさせる諸段
階を包含するプラズマを刑成する方法。 - 【請求項３】 化学的気相成長法によってセラミック材
料の製造を補助するためのプラズマを形成する方法であ
って、 ｉ プラズマ形成ゾーンを定め、 ｉｉ プラズマ形成ゾーンの中に選択したガスを導入
し、 ｉｉｉ 遠隔供給源にてマイクロ波放射のビームを発生
させ、 ｉｖ 遠隔配置された集中手段からのマイクロ波放射
のビームをプラズマ形成ゾーンの中の焦点領域に集中さ
せてプラズマを形成し、そのプラズマの形状および位置
は集中手段の幾何形状および位置に無関係である、諸段
階を包含することを特徴とするプラズマを形成する方
法。 - 【請求項４】 前掲請求項の何れか１項に記載されたプ
ラズマを形成する方法であって、選択したガスがプレカ
ーソルガス混合気、および水素および酸素を含む群から
選択した活性ガスを含むことを特徴とするプラズマを形
成する方法。 - 【請求項５】 請求項４に記載された方法であって、プ
レカーソルガス混合気がダイヤモンドの化学蒸着のため
のガス状炭素化合物を含むことを特徴とするプラズマを
形成する方法。 - 【請求項６】 請求項３に記載された方法であって、基
体を準備し、集中手段および基体の相対的な位置を調整
することによって、基体上でプラズマ走査する諸段階を
包含することを特徴とするプラズマを形成する方法。 - 【請求項７】 化学的気相成長法によってダイヤモンド
の生産を補助するためのプラズマを形成する方法であっ
て、 ｉ 反応室を準備し、 ｉｉ 反応室の中に基体を配置し、 ｉｉｉ マイクロ波放射の外部供給源を準備し、 ｉｖ ガス状炭素化合物および水素および酸素を含む
群から選んだ活性ガスの混合気を反応室の中に導き、 ｖ マイクロ波放射を焦点に集中させて反応室の中
で基体の領域内にプラズマを形成して、基体上にダイヤ
モンドの化学蒸着を引き起こす、諸段階を包含する。 - 【請求項８】 プラズマを形成する装置であって、反応
室、遠隔供給源から反応室の中の焦点領域へマイクロ波
放射のビームを集中させるための集中手段と、選択した
ガスを反応室の中に導入する手段とを含み、集中手段は
焦点領域にプラズマを形成するために配置されているこ
とを特徴とするプラズマを形成する装置。 - 【請求項９】 請求項８に記載された装置であって、プ
ラズマの形状が反応室の形状と無関係で、集中手段の幾
何形状および位置に関係することを特徴とするプラズマ
を形成する装置。 - 【請求項１０】 請求項８または請求項９に記載された
装置であって、プラズマに隣接して反応室の中に配置さ
れた基体を含み、また、プラズマおよび基体の反応が基
体に対するプラズマ−活性化された核種の化学的気相成
長を生じることを特徴とするプラズマを形成する装置。 - 【請求項１１】 請求項８から請求項１０までの何れか
１項に記載された装置であって、集中手段がマイクロ波
放射の波長の少なくとも４倍の寸法とされた凹形反射面
を有する少なくとも１つの反射器を含んでなるプラズマ
を形成する装置。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載された装置であっ
て、集中手段が第１および第２のパラボラ反射器を含
み、第１の反射器はマイクロ波発生器からのマイクロ波
放射ビームを受け止めてそのビームを第２反射器へ伝達
するように配置され、第２反射器はそのビームを集中さ
せるように配置されていることを特徴とするプラズマを
形成する装置。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載された装置であっ
て、第２反射器および基体は焦点領域の位置を変化させ
るように互いに調整可能とされて、基体上でプラズマ走
査できるようにされたことを特徴とするプラズマを形成
する装置。 - 【請求項１４】 請求項８に記載された装置であって、
選択したガスを導入する手段が反応室を排気する真空ポ
ンプと、反応室と通じている選択したガスの加圧供給源
と、反応室に対する選択したガスの供結を制御するバル
ブ手段とを含んでなることを特徴とするプラズマを形成
する装置。 - 【請求項１５】 請求項８から請求項１４までの何れか
１項に記載された装置であって、選択されたガスがプレ
カーソル混合気、および水素および酸素を含む群から選
択された活性ガスを含んでなることを特徴とするプラズ
マを形成する装置。 - 【請求項１６】 請求項１５に記載された装置であっ
て、プレカーソルガス混合気がダイヤモンドの化学的気
相成長のためガス状炭素化合物を含んでなることを特徴
とするプラズマを形成する装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9114014.5 | 1991-06-28 | ||
| GB919114014A GB9114014D0 (en) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | Plasma assisted diamond synthesis |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05239656A true JPH05239656A (ja) | 1993-09-17 |
Family
ID=10697507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4210619A Pending JPH05239656A (ja) | 1991-06-28 | 1992-06-29 | プラズマを形成する方法および装置 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0520832B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05239656A (ja) |
| KR (1) | KR930000181A (ja) |
| AT (1) | ATE135752T1 (ja) |
| AU (1) | AU1862392A (ja) |
| CA (1) | CA2072455A1 (ja) |
| DE (1) | DE69209163T2 (ja) |
| GB (1) | GB9114014D0 (ja) |
| TW (1) | TW262626B (ja) |
| ZA (1) | ZA924765B (ja) |
Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2006501122A (ja) * | 2002-09-30 | 2006-01-12 | インスティテュート・オブ・アプライド・フィズィックス・アールエーエス | Ｓｈｆ放電プラズマ中の気相からダイヤモンド膜を堆積する高速方法及び該方法を実行する装置 |
| US11155915B1 (en) | 2020-04-13 | 2021-10-26 | Wave Power Technology Inc. | Artificial diamond production device and microwave transmitting module thereof |
| JP2021172534A (ja) * | 2020-04-21 | 2021-11-01 | 宏碩系統股▲フン▼有限公司 | 合成ダイヤモンドの製造装置 |
| JP2023115614A (ja) * | 2022-02-08 | 2023-08-21 | 宏碩系統股▲フン▼有限公司 | 人工ダイヤモンドプラズマ生成機器 |
| US12084759B2 (en) | 2022-01-07 | 2024-09-10 | Wave Power Technology Inc. | Artificial diamond plasma production device |
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| DE10156615B4 (de) * | 2001-11-17 | 2004-10-07 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Einrichtung zur Erzeugung eines örtlich variierbaren Elektron-Zyklotron-Resonanz-Mikrowellen-Niederdruckplasmas |
| US6845734B2 (en) | 2002-04-11 | 2005-01-25 | Micron Technology, Inc. | Deposition apparatuses configured for utilizing phased microwave radiation |
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| US8220489B2 (en) | 2002-12-18 | 2012-07-17 | Vapor Technologies Inc. | Faucet with wear-resistant valve component |
| US7866343B2 (en) | 2002-12-18 | 2011-01-11 | Masco Corporation Of Indiana | Faucet |
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| US6904935B2 (en) | 2002-12-18 | 2005-06-14 | Masco Corporation Of Indiana | Valve component with multiple surface layers |
| US20070026205A1 (en) | 2005-08-01 | 2007-02-01 | Vapor Technologies Inc. | Article having patterned decorative coating |
| RU2357001C2 (ru) * | 2007-07-25 | 2009-05-27 | Ооо "Твинн" | Способ получения изделий из поликристаллического алмаза |
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-
1991
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-
1992
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- 1992-06-26 AU AU18623/92A patent/AU1862392A/en not_active Abandoned
- 1992-06-27 KR KR1019920011419A patent/KR930000181A/ko not_active Withdrawn
- 1992-06-29 DE DE69209163T patent/DE69209163T2/de not_active Expired - Fee Related
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- 1992-06-29 JP JP4210619A patent/JPH05239656A/ja active Pending
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