ダイヤモンド膜の製造装置および製造方法

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はダイヤモンド膜の製造装置および製造方法に関し、特にアーク放電を利用してダイヤモンド膜を気相合成する製造装置および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ダイヤモンド膜の低圧気相合成方法として種々提案されている。まず、第１に、熱フィラメントＣＶＤ法がある。これは、８００〜１０００℃に加熱した基板の直上にタングステンフィラメントを設け、フィラメントを２０００℃以上に加熱し、水素と炭化水素ガス（例えばＣＨ₄）をフィラメントを通して基板に吹きつけ、基板上にダイヤモンド膜を成長させる方法である。
【０００３】第２に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法が知られている。これは、数百ワットのマイクロ波により水素と炭化水素ガスの混合ガス気体にプラズマを発生させ、プラズマ内に設置された基板上にダイヤモンドを成長させる方法で、基板はマイクロ波により加熱され、７００〜９００℃程度の温度になっている。
【０００４】これら２種類の合成法では、原子状水素がＣＨ₄の分解を促進し、さらに無定形炭素などダイヤモンド以外の合成物質を選択的にエッチングする作用を担っており、この原子状水素が重要な役割をしている。しかしながら、フィラメントを高温とする熱フィラメントＣＶＤ法ではフィラメントが断線するトラブルが多く実用的とは言えない。又、タングステンの融点を考えるとフィラメントの温度は２０００℃程度でそれ以上の温度では断線を招いてしまい、十分な原料ガス分解ができないという問題がある。また、マイクロ波プラズマを用いた合成法ではプラズマ室の寸法が制約されることにより大面積の試料への適用が困難であり、さらに原料ガス，特に水素の分解が不十分となるという問題がある。
【０００５】第３の方法としてイオンビームを用いた合成法である。これは炭素のイオンビームを基板にあてることでダイヤモンド膜を成長させようとするものである。しかし、アモルファス等の不純物を多く含むダイヤモンドとなってしまうという問題があった。
【０００６】そこで、例えば特開昭６３−１７６３９９号公報あるいは特開平１−２０１０９７号公報にて提案されているように原料ガスを有効に活用できる方法として、対向した電極にアーク放電を生じさせ、原料ガスをアーク放電内に通過せしめてガスプラズマとし、このガスプラズマを絞り部によりプラズマジェットガスとして基板に吹きつけることにより、この基板上にダイヤモンドを析出形成する合成方法が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この合成方法においても、原料ガスを吹きつける基板付近のガス分解（解離）という点では不十分であるという問題がある。
【０００８】すなわち、ガス分解率はアーク放電を用いることにより著しく向上するが、それはアーク放電の発生部付近だけであり、プラズマジェットとして基板にプラズマを吹きつけるその基板付近では再結合反応等により著しく低下している。図３に、プラズマジェットのノズル部（プラズマ噴出口）から基板までの水素ラジカル（分解水素）の量を水素バルマー系列の発光スペクトルＨβのスペクトル強度で表した特性図を示す。図３より明らかとなるようにプラズマ噴出口から離れる程，即ち基板付近程、ガス分解率が著しく低下している。
【０００９】ここで、基板をプラズマ噴出口へ近づけてガス分解率の高い位置で合成を行うことが考えられるが、これは基板温度を上昇させることになり、ダイヤモンド以外のグラファイト等の不純物炭素の生成が急増されてしまうという問題がある。これはダイヤモンドの合成時の基板温度が６００〜１１００℃が適しており、高純度に合成するのは８００〜１０００℃が最適であるためである。
【００１０】従って、ダイヤモンドの合成を更に高効率で行うためには、基板温度を上昇させることなく基板付近でのガス分解率を高める必要がある。本発明は、上述した事情を鑑みてなされたもので、高品質なダイヤモンド膜を高効率で合成することのできるダイヤモンド膜の製造装置および製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明にかかるダイヤモンド膜の製造装置は次の構成を有している。すなわち、所定真空度に維持される真空容器と、互いに対向するように前記真空容器内に配置された正極および負極と、前記正極および負極に電気接続し、該正極および負極との間の空間にアーク放電を起こすべく所定の電力を供給するアーク放電用電源と、前記アーク放電に少なくとも水素及び炭素を含有する原料ガスを供給してガスプラズマを発生させ、該ガスプラズマをその下流に配置された基板に吹きつけるガス供給手段と、前記ガスプラズマが発生する領域側と前記基板側との間において前記基板から所定の距離離間して配置されるプラズマ電流用正電極と、前記原料ガスの分解を促進すべく前記プラズマ電流用正電極から前記ガスプラズマ中に所定の電流を流すためのプラズマ電流用電源とを備え、前記プラズマ電流用正電極を前記基板から離間させる所定の距離は、前記プラズマ電流用電源により前記ガスプラズマ中に流される電流に起因して前記基板の温度が上昇するのが防止される値に予め設定されているものであり、前記プラズマ電流用電源によって前記ガスプラズマ中に流される所定の電流は略２０Ａ以上の値に予め設定されていることを特徴としている。
【００１２】また、本発明にかかるダイヤモンド膜の製造方法は、少なくとも水素及び炭素を含有する原料ガスをアーク放電に流すことによりガスプラズマを発生し、該ガスプラズマをその下流に配置する基板に吹きつけることにより該基板上にダイヤモンド膜を析出形成する方法において、前記ガスプラズマが発生する領域側と前記基板側との間において前記基板から所定の距離離間してプラズマ電流用正電極を配置し、前記プラズマ電流用正電極と前記ガスプラズマが発生する領域側との間に略２０Ａ以上の電流を流すために該プラズマ電流用正電極が高電位となる電界を印加するようにしたことを特徴としている。
【００１３】
【実施例】以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。図１は本発明第１実施例の製造装置の断面構造図である。
【００１４】図１において、プラズマジェットガン１，窒化ボロンよりなるリング状の絶縁体４０，銅よりなるリング状の正電極３１，基板２及び銅から成る基板支持台３は、５Torr〜５気圧の範囲内の所定の圧力に維持される真空容器５内に設けられている。
【００１５】プラズマジェットガン１は、一端が鋭角に形成された先端部７ａと他端がフランジ部７ｂとに形成されたタングステンよりなる棒状電極７を軸として、フランジ部７ｂ側から銅よりなる電極冷却部８，テフロンよりなるガス導入部９および銅よりなるシリンダ状電極１０が設けられている。電極冷却部８およびシリンダ状電極１０には、中空である中空部１０８，１１０が設けられている。そして、シリンダ状電極１０に接続された冷却水パイプ１４より供給される冷却水がシリンダ状電極１０の中空部１１０から冷却水パイプ１４ａに流れ出る。同様に、電極冷却部８に接続された冷却水パイプ１５より供給される冷却水が電極冷却部８の中空部１０８に供給され、電極冷却部８に接続される冷却水パイプ１５ａより排出される。この冷却水によって棒状電極７とシリンダ状電極１０との間に生ずるアーク放電の熱による両電極の損耗が防がれる。ガス導入部９には、原料ガス導入パイプ１６が設けられており、さらに、このガス導入パイプ１６より供給されたガスを棒状電極７の先端部７ａに送るようにする開口部が棒状電極７の一端側において構成されている。
【００１６】さらに、棒状電極７とシリンダ状電極１０の間でアーク放電を起こすために、棒状電極７とシリンダ状電極１０とはアーク放電用電源１７に接続されている。なお、このアーク放電用電源１７は、アーク放電を効果的に発生させるために、鋭角に形成された先端部７ａを有する棒状電極７側を負電位にするように接続されている。また、シリンダ状電極１０においてそのガス導入部９と反対側の面には、ガスプラズマを絞ることによりプラズマジェットガスとするプラズマ噴出口１８が設けられている。そして、このプラズマ噴出口１８と連通してプラズマ通過口を構成するリング状絶縁体４０及びリング状正電極３１が設けられている。また、プラズマ噴出口１８には、炭素源ガス導入口１９が設けられている。
【００１７】このリング状正電極３１はプラズマ噴出口１８下流においてプラズマジェットガスが最大径Ｃとなる位置又はその近傍に配置されており、その配置設定はリング状絶縁体４０の長さによって与えられている。そして、これら窒化ボロンよりなるリング状絶縁体４０及び銅よりなるリング状正電極３１のリング内径は各々プラズマ噴出口１８より大きな径に設定されており、特にリング状正電極３１のリング内径Ａはプラズマ噴出口１８の内径Ｂに対して後述するようにＡ≦５Ｂとなる関係になるように決められている。そして、棒状電極７とこのリング状正電極３１との間にはプラズマ電流用電源２１が電気接続してある。これは、棒状電極７と該リング状正電極３１の間に電界を印加し、リング状正電極３１から棒状電極７へプラズマ中を介して所定値以上の電流を流すようにするためである。
【００１８】なお、リング状正電極３１には中空である中空部１１２が設けられ、該中空部１１２には冷却水導入パイプ３２より冷却水が供給されて冷却水パイプ３２ａへ排出される。この冷却水によってリング状正電極３１は冷却され、棒状電極７とリング状正電極３１との間に流れる電流によるリング状正電極３１の加熱は抑制されて該加熱によるリング状正電極３１の損耗は防がれる。
【００１９】プラズマ噴出口１８の下流にはこれらリング状絶縁体４０及びリング状正電極３１を介して基板支持台３が設定されており、該基板支持台３には基板２が配置されている。この基板支持台３は、基板を所定温度（本実施例では約８００℃）に維持するために冷却水パイプ２０より冷却水が供給され、冷却水パイプ２０ａより排出できるよう中空となっている。これは、プラズマ噴出口１８より噴き出されるプラズマジェットの気体温度が数千〜数万度に達してしまうため、基板温度をダイヤモンドの合成域である６００〜１１００℃にするために基板２を冷却する必要があるからである。また、基板支持台３は接地されており、基板２の電位を接地電位としている。
【００２０】なお、リング状正電極３１と基板２間の距離が１０〜１００ｍｍであり、かつガスプラズマが発生する領域側とリング状正電極３１との間が５〜１００ｍｍであれば、ダイヤモンドの合成は可能であり、本実施例においてはプラズマ噴出口１８と基板２との間の距離を４０ｍｍとし、高純度のダイヤモンドの析出を行うべくリング状正電極３１は基板２上２０ｍｍの距離をおいてプラズマ噴出口１８と同心軸上に設置している。
【００２１】次に、本実施例のダイヤモンド膜の合成方法を説明する。まず初めに、真空容器５内を排気した後、電離度の高い第０族のガスであるアルゴンをガス導入パイプ１６からプラズマジェットガン１に導入し、かつ真空容器５内圧力を４０Torrに設定する。その後、アーク放電用電源１７により棒状電極７（負極）とシリンダ状電極１０（正極）との間にアーク放電を発生させる。アーク放電を発生させるにはこれら棒状電極７とシリンダ状電極１０との間に高周波を重畳させるかイグナイタ等で火花放電を発生させてその後アーク放電に移行させるようにすればよい。なお、本実施例では、アーク放電は電圧４０Ｖで電流６０Ａの条件としている。
【００２２】放電が安定したところで、このアーク放電にガス導入パイプ１６より、プラズマ源ガスとしてアルゴン５０ｖｏｌ％，Ｈ₂５０ｖｏｌ％の混合ガスを毎分１２リットルの流量で流しガスプラズマとし、このガスプラズマをプラズマ噴出口１８の絞りを通過せしめてプラズマジェットとする。なお、炭素源ガス導入口１９からはメタンガス２４０cc／min と水素ガス６０cc／min の混合ガスが導入される。ここで、メタンガスに代表される炭素源ガスとしての炭化水素ガスは、ガス導入パイプ１６から導入してもよいが、タングステン電極棒が炭化されて長時間放電が安定しなくなることがあるため、炭化水素ガスは放電部下流にガス導入口を設けてそこから導入するようにするのが望ましい。そして、この炭素源ガス導入口１９より導入したメタンガスを上述のプラズマ源ガスのプラズマジェットに吹きつけプラズマジェットガスとする。このとき、本実施例装置ではプラズマジェットガスの最大径Ｃは略２０ｍｍであった。なお、ここで真空容器５内の圧力を４０Torrに保つように適当に排気が行われている。
【００２３】ここで、棒状電極７とリング状正電極３１の間には、直流電源であるプラズマ電流用電源２１により電界が印加されている。本実施例では電圧として６０Ｖを印加しており、プラズマ中に２０Ａ以上の電流，例えば電流値４０Ａを流している。また、基板支持台３は接地されて基板２の電位は接地電位とされている。
【００２４】この状態で、赤紫色のプラズマジェットガスを基板２に吹きつけることにより基板２上にダイヤモンドが析出形成される。なお、本実施例ではプラズマ中心部の温度は３０００℃以上であり、またガン内部の放電部はそれ以上に上昇している。
【００２５】実際に以上の条件で３０分合成を行った基板２の表面付着物の評価結果について説明する。なお、基板２としてはタングステン金属板を用い、表面にはあらかじめ研磨により微細な傷がつけ、ダイヤモンド膜が合成し易いようにしてある。そして、基板２上付着物の観察にはラマン分光装置と電子顕微鏡を用いた。図２（ａ）に本実施例におけるラマンシフトとピーク高さの関係を示す。また、同図（ｂ）には比較のために図１に示す構成において、プラズマ電流用電源２１により電界を印加しなかった場合のラマンシフトとピーク高さの関係を示す。
【００２６】このラマンスペクトルからは、図２（ａ）に示すように、ラマンシフトが１３３３ｃｍ^-1付近のダイヤモンドの存在を示すラマンピークが確認された。また、図２（ｂ）ではこのラマンスペクトルより、黒鉛無定形炭素，ｉ−カーボン等を示す１４００〜１６００ｃｍ^-1のブロードなピークが明らかに現れている。この図２R>２（ａ），（ｂ）に示される結果から、プラズマ電流用電源２１により電界を印加すれば、高純度のダイヤモンド膜を析出形成できるということがわかる。なお、電子顕微鏡の観察でも結晶粒子像が確認されており、結晶形もマイクロ波プラズマＣＶＤ法で合成されたダイヤモンド粒子と同様の形態を示している。
【００２７】また、ダイヤモンド膜の合成速度については、従来知られているマイクロ波プラズマＣＶＤを用いて行ったダイヤモンド合成実験では、０．３μｍ／ｈの合成速度であったのに対し、本実施例の合成法では１００μｍ／ｈと十分に速い合成速度にて合成できている。
【００２８】次に、上記実施例のように、棒状電極７とリング状正電極３１との間にプラズマ電流用電源２１にて電界を印加してプラズマに電流を流すことにより、高純度のダイヤモンド膜が速い合成速度にて析出形成できるようになる理由について、本発明者等の考察結果をもとに、以下に説明する。
【００２９】アーク放電を利用したダイヤモンド膜の合成法は、アーク放電の熱エネルギーによりガスを十分に分解してダイヤモンド膜を合成する方法であり、使用ガスは一般には炭化水素と水素である。ガスの役割を考えると炭化水素はプラズマ分解により分解しダイヤモンド，グラファイト，無定形炭素，ｉ−カーボンを生成する。一方、水素はプラズマ分解により分解し、水素ラジカル，水素イオン等になると考えられる。この水素ラジカルは還元力が大きいため、例えば炭素を還元してメタン等に気化する働きがある。つまり、炭化水素がプラズマ分解することにより発生するダイヤモンド，グラファイト，無定形炭素，ｉ−カーボン等を水素ラジカルが還元するのである。
【００３０】ここで、上記ダイヤモンド，グラファイト，無定形炭素，ｉ−カーボンに対する水素ラジカルの還元能力，即ち除去能力はそれぞれに対して異なり、ダイヤモンドに対する除去能力は他のグラファイト，無定形炭素，ｉ−カーボンに対する除去能力に比べ格段に低い。したがって、プラズマ分解によるダイヤモンド合成では、水素ラジカルによりダイヤモンド以外のグラファイト，無定形炭素，ｉ−カーボン等が見かけ上選択的に除去され、ダイヤモンドのみが合成されることになるのである。
【００３１】したがって、ダイヤモンドの合成速度および純度を向上させるには、炭化水素の導入量を増加させるだけではなく、水素及び炭化水素の分解（解離）を向上させる必要がある。例えば、統計力学により気体温度に対する水素の解離率を計算すると、図４に示すグラフのようになる。このグラフより、例えば熱フィラメント法の様に２千数百゜Ｋ程度では水素は数％も解離していない。水素を高解離させるには少なくとも３千゜Ｋ以上の気体温度が必要である。ここで、アーク放電は、数Torrから数気圧の圧力範囲で発生し、対向電極間の電位差が数十Ｖ程度と低いかわりに空間中を高密度の電流が流れる放電であり、数千から数万゜Ｋの気体温度が得られるため水素を十分に解離できると考えられる。
【００３２】そして、棒状電極７とリング状正電極３１との間にプラズマ電流用電源２１にて電界を印加することにより、ガスプラズマ中を流れる電子がリング状正電極３１側に加速され、その電子のエネルギーが大きくなる。そして、この電子が水素及び炭化水素に衝突することにより、そのエネルギーを水素及び炭化水素が吸収する結果、水素及び炭化水素が分解，解離し易くなり、しいては高純度のダイヤモンド膜を高速で析出形成できるようになるものと考えられる。
【００３３】ここで、電流を流すのはプラズマ中であり、その値が大きい程析出形成されるダイヤモンド膜の純度，合成速度は向上する。ところで、プラズマ中を流す電流を大きくすると、加速された電子が基板２に到達して基板温度を上述したダイヤモンドの合成域である６００〜１１００℃より上昇させることが考えられるが、本実施例では基板電位を接地電位としており、基板２側よりリング状正電極３１に正電流が流れることで基板温度を上昇させることはない。
【００３４】また、プラズマ中を流す電流量が少ない場合、水素解離に係わる電子も少なくなり水素解離に対する効果が小さくなる。その場合、リング状正電極３１を基板２に近づけることにより基板近傍で水素解離を行うようにすることが考えられるが、図６に示すように、リング状正電極３１を基板２に近づけると水素解離が向上される反面、基板温度が上昇して上述の如くダイヤモンド以外のグラファイト等の不純物炭素の生成が急増されてしまうことが危惧される。なお、図６は、プラズマ中に４０Ａの電流を流した場合において、リング状正電極３１と基板２間の距離を変化させた時の基板温度の変化、及び基板２上５ｍｍでの水素の解離状態の変化を示すものである。
【００３５】本発明者等はリング状正電極３１を基板２に近づけることによるのではなく、プラズマ中に流す電流量をダイヤモンド膜が高純度に生成するのに最適な範囲となるように設定することに着目し、実験的考察を重ねた結果、プラズマ中に２０Ａ以上の電流を流すと高純度のダイヤモンド膜が生成されることをつきとめ、プラズマ噴出口１８より噴出されたプラズマジェットガスに対して配置されたリング状正電極３１の位置に応じて、該リング状正電極３１とプラズマ噴出口１８との間における該プラズマジェットガスの最大径をＤ（Ｄ≦Ｃ；Ｃはプラズマジェットガスの最大径）とした時、電流密度として略２０／Ｄ²以上とすればよいことを見出した。図５にその関係を表す特性図を示す。
【００３６】図５は、リング状正電極３１と棒状電極７の間に流す電流量を変化させた時の合成したダイヤモンド膜の熱拡散率（ダイヤモンド膜の純度に相当）の変化、及び基板２上５ｍｍでの水素の解離状態の変化を示すものである。なお、水素の解離状態は発光分光分析を用いて水素ラジカルの発光強度として表している。図５からわかるように、電流量が増加するに伴って水素解離は促進され、その結果ダイヤモンド膜の純度も向上されている。しかも、リング状正電極３１よりプラズマ中に流す電流が略２０Ａ以上となると、ダイヤモンドの純度が格段に向上しているのがわかる。上記実施例ではプラズマジェットガスの最大径は略２０ｍｍであり、リング状正電極３１をほぼこのプラズマジェットガスが最大径となる位置に配しているため、少なくとも５Ａ／ｃｍ²以上の電流密度とすれば合成されるダイヤモンドの純度は格段に向上される。
【００３７】次に、本実施例においてリング状正電極３１のリング内径Ａをプラズマ噴出口１８の内径Ｂに対してＡ≦５Ｂと規定している理由について説明する。リング状正電極３１は、本実施例において、そのリング内に原料ガスのプラズマジェット柱を通すように該プラズマジェット柱が最大径となる位置またはその近傍に配されており、該プラズマジェット柱に電子を多量に流すことを目的とするものである。ここで、リング状正電極３１のリング内径がプラズマ噴出口１８の内径の５倍より大きくなると、合成されるダイヤモンド膜の合成速度及び熱拡散率（ダイヤモンド膜の純度に相当）は急激に低下してしまう。即ち、リング状正電極３１のリング内径Ａとプラズマ噴出口１８の内径Ｂとの間には、Ａ≦５Ｂというプラズマ中に多量の電子を流すのに適する相関関係があり、リング状正電極３１のリング内径がこの相関関係を越えて大きく設定されるとプラズマ中に電子を流すのが困難となり、本実施例においてリング状正電極３１を設けてプラズマジェット柱に電子を多量に流し原料ガスの分解を促進することが困難となるためである。
【００３８】以上、本発明を上記第１実施例を用いて説明したが、本発明はそれに限定されることなくその趣旨を逸脱しない限り、種々変形実施可能である。図７には本発明第２実施例のダイヤモンド膜製造装置を示す。上記第１実施例はプラズマ中に電流を流すプラズマ電流用正電極としてリング状のリング状正電極３１を使用するものであったが、図７に示す本実施例の如く、単なる棒状の棒状正電極３１１を使用するようにしてもよい。
【００３９】また、図８に示す本発明第３実施例のように、プラズマ電流用正電極として少なくとも２つの電極からなる対向電極型正電極３１２を使用するようにしても勿論よい。
【００４０】さらに、上記種々の実施例ではプラズマ電流用電源２１の負（低）電位側を棒状電極７に接続しているが、シリンダ状電極１０側に接続しても良い。また、上記第１実施例ではリング状正電極３１を絶縁体４０を介してプラズマジェットガン１に接続構成したものを示したが、リング状正電極３１はプラズマ噴出口１８から絶縁されておればよく、絶縁体４０を省いてプラズマ噴出口１８と基板２との間の空間に保持するようにしてもよい。さらに、上記種々の実施例では基板２を接地電位とするものであったが、これは基板に電子が到達することが原因で基板温度が上昇してしまうのを防止できればよく、他にプラズマ電流用正電極と同電位とする，或いは該プラズマ電流用正電極が基板より高電位となるように該基板をプラズマ電流用正電極より低電位とする電源を基板保持台に接続するようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ガスプラズマを発生する領域側と基板上方に配置したプラズマ電流用正電極間に該電極側を高電位としてプラズマ中に電子を流すようにしているために、原料ガスの分解を著しく向上させる，また再結合した原料ガスを再分解させることができる。そして、プラズマ中に流す電流量の下限値を設定するようにしているため、該プラズマ電流用正電極を基板方向に近づけなくとも基板近傍におけるガスの分解率を十分高めることができ、合成速度を速くした上で高品質なダイヤモンド膜を高効率で合成することができるという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施例のダイヤモンド膜製造装置の断面図である。
【図２】ラマンシフトとピーク高さとの関係を示す特性図で、図（ａ）は上記第１実施例により合成した試料の特性図、図（ｂ）は上記第１実施例においてリング状正電極からガスプラズマ中に電流を流さない場合に合成した試料の特性図である。
【図３】プラズマ噴出口から基板方向への水素（Ｈ）ラジカルスペクトル強度の分布を示す特性図である。
【図４】気体温度に対する水素の解離度を示す特性図である。
【図５】上記第１実施例において、プラズマ中に流す電流量を変化させた時の合成したダイヤモンド膜の熱拡散率の変化、及び基板上５ｍｍの位置での水素の解離状態の変化を示す特性図である。
【図６】上記第１実施例において、リング状正電極と基板間の距離を変化させた時の基板温度の変化、及び基板上５ｍｍの位置での水素の解離状態の変化を示す特性図である。
【図７】本発明第２実施例のダイヤモンド膜製造装置の断面図である。
【図８】本発明第３実施例のダイヤモンド膜製造装置の断面図である。
【符号の説明】
１プラズマジェットガン
２基板
３基板支持台
５真空容器
７棒状電極
１０シリンダ状電極
１６ガス導入パイプ
１７アーク放電用電源
１８プラズマ噴出口
１９炭素源ガス導入口
２１プラズマ電流用電源
３１リング状正電極
４０リング状絶縁体

【特許請求の範囲】
【請求項１】所定真空度に維持される真空容器と、互いに対向するように前記真空容器内に配置された正極および負極と、前記正極および負極に電気接続し、該正極および負極との間の空間にアーク放電を起こすべく所定の電力を供給するアーク放電用電源と、前記アーク放電に少なくとも水素及び炭素を含有する原料ガスを供給してガスプラズマを発生させ、該ガスプラズマをその下流に配置された基板に吹きつけるガス供給手段と、前記ガスプラズマが発生する領域側と前記基板側との間において前記基板から所定の距離離間して配置されるプラズマ電流用正電極と、前記原料ガスの分解を促進すべく前記プラズマ電流用正電極から前記ガスプラズマ中に所定の電流を流すためのプラズマ電流用電源とを備え、前記プラズマ電流用正電極を前記基板から離間させる所定の距離は、前記プラズマ電流用電源により前記ガスプラズマ中に流される電流に起因して前記基板の温度が上昇するのが防止される値に予め設定されているものであり、前記プラズマ電流用電源によって前記ガスプラズマ中に流される所定の電流は略２０Ａ以上の値に予め設定されていることを特徴とするダイヤモンド膜の製造装置。
【請求項２】前記プラズマ電流用正電極の電位は前記基板と同電位，あるいは該基板電位より高電位とされていることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド膜の製造装置。
【請求項３】前記プラズマ電流用正電極はリング形状であり、そのリング内を通して前記ガスプラズマを前記基板に吹きつけるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のダイヤモンド膜の製造装置。
【請求項４】少なくとも水素及び炭素を含有する原料ガスをアーク放電に流すことによりガスプラズマを発生し、該ガスプラズマをその下流に配置する基板に吹きつけることにより該基板上にダイヤモンド膜を析出形成する方法において、前記ガスプラズマが発生する領域側と前記基板側との間において前記基板から所定の距離離間してプラズマ電流用正電極を配置し、前記プラズマ電流用正電極と前記ガスプラズマが発生する領域側との間に略２０Ａ以上の電流を流すために該プラズマ電流用正電極が高電位となる電界を印加するようにしたことを特徴とするダイヤモンド膜の製造方法。

【図１】