(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
核生成フェース及び成長フェースを備えた自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントであって、前記核生成フェースは、前記成長フェースよりも小さな結晶粒を有し、前記核生成フェースは、５０ｎｍ以下の表面粗さＲaを有し、前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントは、平面上に投影されたときに５ｍｍ以上の最も長い直線寸法を有し、前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントには、少なくともその中央領域にわたって実質的にクラックがなく、前記中央領域は、前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの全面積の少なくとも７０％であり、前記中央領域には、前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの外側主要フェースの両方と交差し且つ長さが２ｍｍを超えて延びるクラックがない、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項２】
以下の特徴、即ち、
二次イオン質量分析計で測定して１０17個の原子・ｃｍ-3以下のシリコン濃度、
前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの前記核生成フェースと前記成長フェースとの間のシリコン濃度について１０17個の原子・ｃｍ-3以下の差、
前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの前記核生成フェースのところでの検出不能なシリコンカーバイド、及び
前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの前記核生成フェースのところの検出可能なレベルの耐火金属カーバイドのうちの１つ又は２つ以上を更に有する、請求項１記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項３】
前記中央領域は、前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの全面積の少なくとも８０％である、請求項１又は２記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項４】
前記中央領域には、前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの外側主要フェースの両方と交差し且つ長さが１．５ｍｍを超えて延びるクラックがない、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項５】
前記核生成フェースの前記表面粗さＲaは、４０ｎｍ以下である、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項６】
平面状に投影されたときに１０ｍｍ以上の最も長い直線寸法を有する、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項７】
前記最も長い直線寸法は、５ｍｍから５０ｍｍまでの範囲にある、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項８】
前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントは、５００μｍ以下の厚さを有する、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項９】
前記厚さは２０μｍから１００μｍまでの範囲にある、請求項８記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項１０】
中央ドーム状部分を有する、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項１１】
前記中央ドーム状部分の前記成長フェースは、凸状である、請求項１０記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項１２】
前記ドーム状部分は、１０ｍｍから８０ｍｍの範囲にある曲率半径を有する、請求項１０又は１１記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項１３】
前記ドーム状部分は、平均半径方向厚さの４０％以下の半径方向厚さのばらつきを有する、請求項１０〜１２のうちいずれか一に記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項１４】
前記ドーム状部分は、平均円周方向厚さの２０％以下の円周方向厚さのばらつきを有する、請求項１０〜１３のうちいずれか一に記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項１５】
前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントは、前記ドーム状部分の外周部から延びると共に前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの中心回転軸線から２０°以内に差し向けられた側壁を備えた実質的に円筒形の周辺部分を更に有する、請求項１０〜１４のうちいずれか一に記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項１６】
前記実質的に円筒形の周辺部分は、主側壁部分及び前記主側壁部分と前記ドーム状部分との間で前記ドーム状部分の前記外周部に隣接して位置した傾斜移行部分を含む２つの部分を有し、前記傾斜移行部分は、前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの前記中心回転軸線に対して２°から２０°までの範囲にある角度をなし、前記傾斜移行部分の前記角度は、前記主側壁部分と前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの前記中心回転軸線とのなす角度よりも大きい、請求項１５記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項１７】
前記実質的に円筒形の周辺部分は、０．２ｍｍから２．０ｍｍまでの範囲にある深さを有する、請求項１５又は１６記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項１８】
前記ドーム状自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントは、５０ｍｇから１１０ｍｇまでの範囲にある質量を有する、請求項１０〜１７のうちいずれか一に記載の自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント。
【請求項１９】
自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントを作製する方法であって、前記方法は、
カーバイド形成耐火金属基板の非平面状表面を処理して表面粗さＲaが５０ｎｍ以下の金属カーバイド層を前記非平面状表面上に形成するステップと、
前記非平面状表面上の多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の膜を７００℃から１３００℃までの範囲にある成長温度でＣＶＤ反応器内の非平面状表面上で成長させるステップと、
前記カーバイド形成耐火金属基板及び前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の膜を制御された速度で冷却させるステップとを含み、それにより、前記多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の膜が冷却中、前記カーバイド形成耐火金属基板の前記金属カーバイドの表面から離層して自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントを生じさせ、該自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントは、表面粗さが５０ｎｍ以下の核生成フェースを有し、前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントには、少なくとも、その中央領域にわたって実質的にクラックがなく、前記中央領域は、前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの全面積の少なくとも７０％であり、前記中央領域には、前記自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの外側主要フェースの両方と交差し且つ長さが２ｍｍを超えて延びるクラックがない、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の或る特定の実施形態は、非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント、特に、ハイエンドオーディオ機器のスピーカードーム（しかしながら、これが全てではない）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドは、長寿命でありしかも見た目にアピールするので装身具において古来用いられている。ダイヤモンド材料は又、多種多様な技術用途に関して或る範囲の望ましい特性を備えている。例えば、ダイヤモンド材料は、軽量でありしかも極めて剛性／硬質である。これら特性の結果として、ダイヤモンドは、ハイエンドオーディオ機器用のスピーカードームを形成する際に用いる上で優れた材料である。かかるスピーカードームは、人間の可聴範囲を超えて極めて高いブレークアップ周波数を備えた高周波数ツィータを形成することができ、それにより人間に可聴範囲内の極めて高品質の音が作られる。
【０００３】
例えば、国際公開第２００５／１０１９００号パンフレットは、かかるダイヤモンドスピーカードームを開示している。国際公開第２００５／１０１９００号パンフレットに記載されているように、倍音は、基本ブレークアップ周波数の下に伸びることができ、したがって、ブレークアップ周波数を人間の可聴範囲の端から十分に除去して音の再生が高周波数振動でスピーカードームの撓みによって損なわれないようにすることが望ましい。国際公開第２００５／１０１９００号パンフレットは、極めて高いブレークアップ周波数を有するスピーカードームを特定寸法の一体形周辺スカート付きの合成ダイヤモンドスピーカードームによって提供できることを記載している。かかるスピーカードームを作製する特定の製造法についての詳細はこの国際公開パンフレットには記載されていない。
【０００４】
英国特許第２４２９３６７号明細書も又、ダイヤモンドスピーカードームを開示しており、この英国特許明細書は、凸状湾曲基板上にＣＶＤ合成ダイヤモンド材料を被着させてこの基板上に合成ダイヤモンド膜を形成し、次に合成ダイヤモンド膜を基板から分離し、それによりダイヤモンドスピーカードームを得ることによってかかるドームを作成できることを記載している。合成ダイヤモンド材料を被着させる基板として使用されるべき材料に関する詳細は与えられておらず、しかも合成ダイヤモンド膜を基板から分離してダイヤモンドスピーカードームを得るために用いられる分離技術に関する詳細も与えられていない。
【０００５】
米国特許第５５５６４６４号明細書及び日本国特開昭５９‐１４３４９８号公報も又、ダイヤモンドスピーカードームを開示しており、これら特許文献は、合成ダイヤモンド材料を凸状に湾曲した基板上に化学気相成長させて合成ダイヤモンド膜をこの基板上に形成し、次に合成ダイヤモンド膜を基板から分離してダイヤモンドスピーカードームを得ることによりかかるスピーカードームを作成できることを記載している。これら特許文献は、作成方法に関する詳細を与えていると共に合成ダイヤモンド材料を凸状に湾曲したシリコン基板上に被着させること及びダイヤモンドスピーカードームを得るよう基板からの合成ダイヤモンド膜の分離がシリコン基板を酸中で溶解させることによって達成されることを記載している。
【０００６】
本発明者は、上述のシリコン基板‐酸溶解プロセスを利用してダイヤモンドスピーカードームを製造し、そしてかかる方式を用いると、合成及び基板取り外しステップ中、比較的デリケートでありもろいダイヤモンドスピーカードームのクラック発生を起こさないで高い歩留まりでダイヤモンドスピーカードームを首尾良く製造できることを確認した。したがって、この方式は合成条件が適切に制御される場合、ダイヤモンドスピーカードームの作製に対して有用な商業的ルートを提供する。しかしながら、ダイヤモンドスピーカードーム生産のためのかかるプロセスにおける相当大きなコストが酸中で溶解され、かくして１回しか使用できない適当な凸状に湾曲したシリコン基板のコストに含まれる。さらに、シリコン基板酸分解の実際のプロセスは、時間がかかり、コスト高でありしかも危険性がある。ダイヤモンドがシリコンに付着又は接着するという性状があると仮定すると、基板は、次のダイヤモンドスピーカードームを作製する際に再使用可能にシリコン基板を無傷のままにしておく剥離又はリリースプロセスの利用を許容しない。それどころか、成長後、シリコンは、例えばＨＦ／硝酸によって酸蒸解される必要がある。
【０００７】
ＣＶＤダイヤモンド成長プロセス、特にマイクロ波活性化ＣＶＤダイヤモンド成長プロセスにおいてＣＶＤダイヤモンド成長を可能にする基板としてシリコンを用いた場合の追加の問題は、熱暴走及び破断をもたらす高温でのシリコンによる電力吸収である。さらに又、シリコンは、成長中、ＣＶＤダイヤモンド中に容易に混入し、特に、７３７ｎｍＳｉ‐Ｖ欠陥として見える。したがって、シリコン基板の使用は、ＣＶＤダイヤモンド製品の純度に悪影響を及ぼす場合がある。
【０００８】
上述のことに照らして、本発明者は、ダイヤモンドスピーカードームを製造するためにシリコン基板‐酸溶解プロセスの代替手段を見出すことは有利であることを認識した。特に、再使用可能な基板をダイヤモンドスピーカードームの成長に用いることができる方法を提供することは有利であり、この場合、基板は、成長手順によって実質的に悪影響を受けないままである。これにより、基板を多くの成長ランのために再使用することができ、しかも関連の生産費が著しく減少する。加うるに、かかる方法の利用により、コスト高であり且つ危険性のある酸蒸解方法も又回避される。
【０００９】
本発明者は、かくして、考えられる代替方法及び特に凸状に湾曲した耐火金属基板を用いる可能性について研究を行った。この点に関し、平面状又はプレーナ型ＣＶＤ合成ダイヤモンド膜を平面状耐火金属基板、例えばモリブデン、タングステン、ニオブ、又はこれらの合金上に成長させることができることが知られている。例えば、米国特許第５，２６１，９５９号明細書は、偏平な円形ディスクの形態をした耐火金属基板材料、例えばモリブデンを示唆している。変形例として、ホイットフィールド等（Whitfield et al.）は、タングステン基板の使用を示唆している（これについては、（「ニュークリーション・アンド・グロース・オブ・ダイヤモンド・フィルムズ・オン・シングル・クリスタル・アンド・ポリクリスタライン・タングステン・サブストレーツ（Nucleation and growth of diamond films on single crystal and polycrystalline tungsten substrates）」，ダイヤモンド・アンド・リレーテッド・マテリアルズ（Diamond and Related Materials），第９巻，第３‐６号，２０００年４月‐５月，ｐ．２６２‐２６８を参照されたい）。具体的に言えば、ホイットフィールド等は、厚さ６．３ｍｍ、直径５０ｍｍの多結晶タングステンディスク及び厚さ６．３ｍｍ、直径８ｍｍの単結晶タングステンディスクを２．４５ＧＨｚマイクロ波プラズマ反応器内に用いることを開示している。１〜３マイクロメートルダイヤモンド研磨剤による鏡面仕上げの研磨並びに超音波洗浄及び現場プラズマエッチングによるクリーニングを含む前処理ステップを基板に施した。ＣＶＤダイヤモンド成長中、光学高温計及び埋め込み形熱電対を用いて基板温度をモニタした。成長後の冷却時にタングステン基板からのＣＶＤダイヤモンドウェーハの自然発生的層状剥離も又ＣＶＤダイヤモンドウェーハとタングステン基板との間の熱膨張率の差に起因して自立型ダイヤモンドウェーハを生じさせるよう開示されている。ホイットフィールド等は、一般に、自分達の実験において、基板を再使用しなかったが、幾つかの場合、再使用を行った場合、基板を少なくとも２４時間にわたってラップ仕上げすると共に研磨しそれにより先の成長中に生じた薄いカーバイド層を除去した。
【００１０】
上述のことに照らして、カーバイド形成耐火金属は、シリコン基板に対する魅力的な代替手段になることができるということが明らかである。これにもかかわらず、本発明者は、平面状の形態であってもかかる基板を用いた場合に多くの問題に遭遇した。これら問題としては、基板上の非一様なＣＶＤダイヤモンド成長、ＣＶＤダイヤモンド成長中における基板からのＣＶＤダイヤモンドウェーハの層状剥離並びにＣＶＤダイヤモンドウェーハの成長後の冷却の際のクラック又は割れ発生開始及び伝搬が挙げられる。これら問題は、大面積多結晶ダイヤモンドディスク（例えば、直径８０ｍｍ以上）を成長させるために大きな基板を用いた場合に深刻化する傾向がある。この問題は、非平面状基板、例えば凸状に湾曲した耐火金属基板が提供される場合に一段と深刻化することが判明した。さらに、これら問題は、基板を次の成長段階において再使用する場合に深刻化する傾向がある。これは、基板が高価でありしかも経済的に競合する工業プロセスにおいて再使用が望ましいので、特に問題である。
【００１１】
ダイヤモンドスピーカードームを製造するためのシリコン基板‐酸溶解プロセスの使用の代替手段が当該技術分野において提案されている。例えば、英国特許第２４２７８７８号明細書は、ダイヤモンドスピーカードームを金属製又は非金属製基板上に成長させることができることを説明しているが、かかるダイヤモンドスピーカードームには両方の方式について潜在的な問題があることを記載している。金属製基板に関し、基板上で成長させたダイヤモンド膜が合成中又は冷却時にクラックを生じる傾向のあることが判明している。非金属製基板に関し、かかる基板は、かかる基板上に成長に成長させたダイヤモンド膜から取り外すのが困難であることが判明している。したがって、英国特許第２４２７８７８号明細書は、上述した本発明者によっても突き止められた問題のうちの幾つかを突き止めているように思われる。これら問題を解決するため、英国特許第２４２７８７８号明細書は、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料スピーカードームをバッファ層を有する凸状に湾曲したポリマー基板上に成長させるのが良いことを示唆している。かかるバッファ層は、ダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）、非晶質炭素若しくはナノ結晶ダイヤモンド（ＮＣＤ）又は金属若しくはセラミックフィルムで作るのが良いことが示唆されている。ダイヤモンド成長中、ポリマー基板を熱分解させてバッファ材料層に接合された多結晶ＣＶＤダイヤモンド材料の層を有する複合スピーカードームを得ることが記載されている。かかる方法は、クラック発生の問題を回避する（例えば、中実金属基板を用いる場合）と共に成長後基板取り外しの問題（例えば、シリコン基板を用いた場合）を回避するために提案されている。しかしながら、英国特許第２４２７８７８号明細書に記載された方法は、基板の再使用を可能にしない。と言うのは、各基板がダイヤモンド成長プロセス中に熱分解されるからである。さらに、結果として得られるダイヤモンドスピーカードーム製品は、ダイヤモンドドームにくっつけられたバッファ材料の層を有する。かかるバッファ層は、例えばブレークアップ周波数を減少させることによってスピーカードームの音響特性に悪影響を及ぼす傾向がある。
【００１２】
日本国特開平４‐１６１０００号公報は、多結晶ＣＶＤダイヤモンドスピーカードームを凸状に湾曲したタングステン基板上に成長させ、次に酸溶解によってタングステンを除去する技術を示唆している。かかるプロセスは、多くの点で、上述したシリコン基板‐酸溶解プロセスと同一であってしかも同一の問題を有しており、即ち、基板を再使用することができず、しかもコスト高で且つ危険性のある酸蒸解ステップがダイヤモンドスピーカードームをその基板から剥離するのに依然として必要である。
【００１３】
日本国特開昭６０‐１４１６９７号公報は、上述の問題のうちの幾つかを解決しているように思われる。この特許文献は、ダイヤモンドスピーカードームを高い耐熱性及び低い熱伝導率を備えた材料、例えばモリブデン及びシリコンで作られた凸状の湾曲した基板上に作製する方法を開示している。ダイヤモンドフィルムをＣＶＤ技術によりかかる基板上に成長させることができるということが記載されている。ダイヤモンド合成及び冷却後、赤外線ランプ又はヒータからの加熱光ビームを照射し、そしてダイヤモンドの薄膜を透過させて基板の表面を加熱する。基板の温度は、基板材料の熱伝導率が低いのでダイヤモンド膜と同じほど高くはないこと及びダイヤモンド膜が温度差により熱膨張して基板から剥がされて自立形ダイヤモンドスピーカードームを得ることが示唆されている。
【００１４】
原理的には、日本国特開昭６０‐１４１６９７号公報に記載されている方法は、基板の再使用を可能にすると共にコスト高であり且つ危険性のある酸蒸解ステップを回避する道筋をダイヤモンドスピーカードームの製造に提供できているように思われる。日本国特開昭６０‐１４１６９７号公報は、熱により誘発される剥離プロセスを金属製（モリブデン）基板とシリコン基板の両方に使用できることを示唆している。しかしながら、上述したように、本発明者は、ダイヤモンドがシリコンに付着又は接着するという性状があると仮定すると、基板は、次のダイヤモンドスピーカードームを作製する際に再使用可能にシリコン基板を無傷のままにしておく熱誘発式剥離又はリリースプロセスの利用を許容しないということを見いだした。かかるプロセスにおける金属製基板、例えばモリブデンの使用に関し、上述したように、本発明者は、かかる金属製基板を用いた場合に多くの問題に直面したが、かかる問題としては、基板上における非一様なＣＶＤダイヤモンド成長、ＣＶＤダイヤモンド成長中における基板からのＣＶＤダイヤモンドウェーハの離層及びＣＶＤダイヤモンドウェーハの成長後の冷却中におけるクラック発生開始及び伝搬が挙げられる。上述したように、これら問題は、平面状耐火金属基板について既に存在しており、非平面状基板、例えば凸状に湾曲した耐火金属基板が設けられる場合には深刻化する。さらに、これら問題は、基板を次の成長ランで再使用する場合に深刻化する傾向がる。これらの問題は又、英国特許第２４２７８７８号明細書において言及されており、この英国特許明細書は、金属基板上で成長させたダイヤモンド膜が合成中又は冷却時にクラックを生じる傾向のあることを記載している。日本国特開昭６０‐１４１６９７号公報は、これら問題を解決しているようには思われない。確かに、日本国特開昭６０‐１４１６９７号公報は、ダイヤモンドスピーカードームが成長状態からの冷却後であって且つ加熱ビームの適用前においては金属製基板にくっついたままであることを教示している。ＣＶＤダイヤモンド成長後における冷却時におけるダイヤモンド膜と金属製膜の熱膨張率の不一致の結果として、ダイヤモンド膜が結合されている下に位置する基板との熱膨張率の不一致に起因して大きな熱応力がダイヤモンドスピーカードームに加わる。したがって、結果として得られるスピーカードームは、クラックを含む可能性が多分にある。さらに、日本国特開昭６０‐１４１６９７号公報は更に、ドームを取り外すための成長後処理ステップを必要とし、それにより、時間とコストが製造プロセスに加わる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】国際公開第２００５／１０１９００号パンフレット
【特許文献２】英国特許第２４２９３６７号明細書
【特許文献３】米国特許第５５５６４６４号明細書
【特許文献４】日本国特開昭５９‐１４３４９８号公報
【特許文献５】米国特許第５，２６１，９５９号明細書
【特許文献６】英国特許第２４２７８７８号明細書
【特許文献７】日本国特開平４‐１６１０００号公報
【特許文献８】日本国特開昭６０‐１４１６９７号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】ホイットフィールド等（Whitfield et al.），「ニュークリーション・アンド・グロース・オブ・ダイヤモンド・フィルムズ・オン・シングル・クリスタル・アンド・ポリクリスタライン・タングステン・サブストレーツ（Nucleation and growth of diamond films on single crystal and polycrystalline tungsten substrates）」，ダイヤモンド・アンド・リレーテッド・マテリアルズ（Diamond and Related Materials），第９巻，第３‐６号，２０００年４月‐５月，ｐ．２６２‐２６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の或る特定の実施形態の目的は、上述の問題を解決することにある。特に、本発明の実施形態は、ダイヤモンドスピーカードームのクラック発生を引き起こさず、基板を再使用することができるよう基板を損傷させず、しかも離層を達成するための成長後処理ステップを必要としないで、再使用可能な基板からのダイヤモンドスピーカードームの制御下の離層を可能にするダイヤモンドスピーカードームの作製方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１の観点によれば、核生成フェース及び成長フェースを備えた自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントであって、核生成フェースは、成長フェースよりも小さな結晶粒を有し、核生成フェースは、５０ｎｍ以下の表面粗さＲaを有し、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントは、平面上に投影されたときに５ｍｍ以上の最も長い直線寸法を有し、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントには、少なくともその中央領域にわたって実質的にクラックがなく、中央領域は、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの全面積の少なくとも７０％であり、中央領域には、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの外側主要フェースの両方と交差し且つ長さが２ｍｍを超えて延びるクラックがないことを特徴とする自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントが提供される。
【００１９】
本発明の第２の観点によれば、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントを作成する方法であって、この方法は、
カーバイド形成耐火金属基板の非平面状表面を処理して表面粗さＲaが５０ｎｍ以下の金属カーバイド層を非平面状表面上に形成するステップと、
非平面状表面上の多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の膜を７００℃から１３００℃までの範囲にある成長温度でＣＶＤ反応器内の非平面状表面上で成長させるステップと、
カーバイド形成耐火金属基板及び多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の膜を制御された速度で冷却させるステップとを含み、それにより、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の膜が冷却中、カーバイド形成耐火金属基板の金属カーバイドの表面から離層して自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントを生じさせ、該自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントは、表面粗さが５０ｎｍ以下の核生成フェースを有し、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントには、少なくとも、その中央領域にわたって実質的にクラックがなく、中央領域は、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの全面積の少なくとも７０％であり、中央領域には、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの外側主要フェースの両方と交差し且つ長さが２ｍｍを超えて延びるクラックがないことを特徴とする方法が提供される。
【００２０】
本発明の良好な理解を得るため且つ本発明をどのように具体化するかを示すために、今、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、かかる実施形態は例示に過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に従って非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントを作製するために用いるためのカーバイド形成耐火金属基板の一例の断面図である。
【図２】図１に示されたカーバイド形成耐火金属基板の肩部分の断面図であり、カーバイド形成耐火金属基板のドーム状部分と円筒形部分との間の傾斜した移行部分を示す図である。
【図３】ダイヤモンド成長「ピンチオフ（pinching off）」を可能にし、カーバイド形成耐火金属基板上で成長させた非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの制御された離層のための取り外し領域を定めるためにＣＶＤ反応器内で図１及び図２に示されているカーバイド形成耐火金属基板周りに配置されるのが良いガードカラーの断面図である。
【図４】カーバイド形成耐火金属基板の周辺領域下にガス隙間が形成された状態でペデスタルに取り付けられたカーバイド形成耐火金属基板及びガードカラーの断面図である。
【図５】カーバイド形成耐火金属基板が載せられる複数個のペデスタルを有する定盤（プラテン）の断面図である。
【図６】図５に示された基板／定盤構成例の平面図である。
【図７】別の基板／定盤構成例の断面図である。
【図８】基板／定盤構成例が収納されるマイクロ波プラズマ反応器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
ダイヤモンド薄膜（例えば、＜１００ミクロンの厚さ）は、これを成長させる基板から無傷の状態で容易には剥がれない。ＣＶＤダイヤモンドを８００〜１１００℃のオーダの高い温度で成長させ、そして周囲温度への冷却時、熱膨張率（ＴＣＥ）の差によりダイヤモンド膜と基板との間に熱的不一致が生じる。ダイヤモンドは、基板と比較して熱膨張率が小さいので、ダイヤモンドは、名目上、圧縮状態に置かれる。ただし、界面に垂直な応力の成分が曲率半径に応じて生じる。ダイヤモンド膜が表面にくっついたままの状態であるかどうかは、幾つかのパラメータ、即ち、歪の不一致、表面の曲率半径及び２つの層相互間の接着レベルで決まる。かくして、温度、界面のところの曲率半径及び接着レベルが全て減少し又はダイヤモンド膜の厚さが増大すると、離層が容易に起こる。厚手のダイヤモンド膜は、論証上、これらの機械的頑丈さが高いので離層プロセスに耐えて残存する可能性が多分にある。この簡単な分析からの結論は、ダイヤモンド薄膜が基板から無傷状態で離層するためにはダイヤモンドと基板との接着レベルが低くなければならないということである。したがって、解決すべき基本的な課題は、ダイヤモンドの界面強度をその基板まで減少させることである。典型的な基板材料に関し、２つの要因が界面強度を決定し、かかる２つの要因は、（ａ）２つの層相互間で生じる化学結合の強度、例えば、シリコンが界面のところで強固なカーバイド（炭化物）を形成するということ、（ｂ）２つの層相互間の機械的接着レベルである。後者の場合、隆起部のない完全に滑らかな界面が無視できるほどの機械的接着性を示すことは明白である。したがって、課題は、極めて弱い化学的及び機械的結合性を備えたかかる表面を作ることにある。
【００２３】
本発明の実施形態は、ダイヤモンドスピーカードームのクラック発生を引き起こさず、基板を再使用することができるよう基板を損傷させず、しかも離層を達成するための成長後処理ステップを必要としないで、再使用可能な基板からのダイヤモンドスピーカードームの制御下の離層を可能にするダイヤモンドスピーカードームの作製方法を提供する。非平面状表面を有するカーバイド形成耐火金属基板が再使用可能な基板として提供される。カーバイド形成耐火基板は、タングステン、モリブデン、ニオブ、及びこれらの合金、例えばタングステン‐ニッケル‐鉄合金（DENSIMET（登録商標））から成る群から選択された金属で形成されるのが良い。例えば、基板は、非平面状成長面及び平面状ベースを備えたかかる材料の中実ブロックで形成されるのが良い。
【００２４】
注意深い成長面調製及びかかる注意深く調製された成長面の保守は、かかる基板からの制御された離層を達成すると共に実質的にクラックのないスピーカードームを得る一方で、基板を次のスピーカードーム作製のために再使用できるようにする上で必要な重要な特徴である。具体的に言えば、４０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、又は１０ｎｍ以下表面粗さＲaを有する金属カーバイド表面層を基板上に設けると共に維持することが有利であることが判明した。研磨粉、例えばダイヤモンド粉末を用いて処理することによってかかる表面にシード添加するのが良く、それにより多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド成長のためのシード添加状態の金属カーバイド表面が形成される。シード添加は、シード添加状態の金属カーバイド表面が上述した低い表面粗さＲaを保持するよう制御されるのが良い。
【００２５】
かかる基板成長面の調製後、多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の膜を７００℃から１３００℃までの範囲、８００℃から１２００℃までの範囲、９００℃から１２００℃までの範囲、９５０℃から１１５０℃までの範囲、又は１０００℃から１１００℃までの範囲にある温度の状態でＣＶＤ反応器内において基板成長面上で成長させる。
【００２６】
成長後、カーバイド形成耐火金属基板及び多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の膜を制御された速度で冷却し、それにより多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料の膜が冷却中、カーバイド形成耐火金属基板の金属カーバイド表面から離層し、それにより自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントが得られる。基板成長面の低い表面粗さに起因して、結果として得られる自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントは、成長面の表面粗さに対応した低い表面粗さを有する核生成フェースを有することになる。注意深く調製された成長面とＣＶＤダイヤモンド成長後における制御された冷却の組み合わせにより、制御された離層を達成することができ、それにより実質的にクラックのない非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントが得られる。好ましくは、非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントには、少なくともこのコンポーネントの大部分にわたって重要と言えるほどのクラックがない。例えば、非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントは、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの全面積の少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、又は少なくとも９５％である中央領域を有するのが良く、中央領域には、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの外側主要フェースの両方と交差し且つ長さが２ｍｍを超えて延びるクラックがない。
【００２７】
次に、より非平面状の多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントを作製するために基板を再使用することができる。カーバイド形成耐火金属基板を多数回の成長ランで再使用する場合、各成長ランに先立ってカーバイド形成耐火金属基板にシード添加する。基板成長面の表面粗さを成長ラン相互間でモニタするのが良く、かかる表面粗さは、金属カーバイド層の表面粗さＲaが高すぎる状態になった場合、例えば５０ｎｍ、４０ｎｍ、３０ｎｍ、又は２０ｎｍを超えた場合に再研磨される必要があるに過ぎない。表面粗さの増大は、シード添加の繰り返しによって引き起こされる場合があるが、主要な機構は、成長面からのダイヤモンド材料の離層中に成長面から引き出される金属カーバイド結晶粒である可能性がある。
【００２８】
ホットフィラメント反応器、マイクロ波プラズマ反応器及びＤＣアークジェット反応器を含む種々の方法を用いて本明細書において説明する多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントを成長させることができる。これら方法の各々にはそれ自体の長所がある。ＤＣアークジェット被着システムは、高い局所化成長速度を有する傾向があるが、かかるＤＣアークジェット被着システムには、電極／ノズル侵食、高いガス消費量及び比較的貧弱な被覆面積という欠点がある。ホットフィラメント反応器は、広い面積及び３Ｄ形状を被覆することができるが、膜厚さが制限され、しかもダイヤモンドの品質が比較的貧弱である。これとは対照的に、マイクロ波プラズマＣＶＤダイヤモンドは、高品質バルクダイヤモンドを製造する主要な方法として定評のあるものになっている。残念ながら、マイクロ波プラズマ法は、マイクロ波電界と非平面状基板の相互作用に起因して非平面状基板を被覆する能力は僅かに過ぎない。簡単であっても３Ｄの形状、例えばツールインサート又はラウドスピーカードームマンドレルの被覆は、外部コーナー部のところでの電界集中の効果又はこれとは逆に内部コーナー部のところでの電界の弱さによって困難になる。電界におけるこのばらつきは、ダイヤモンド膜の品質と厚さの両方の一様性に悪影響を及ぼす。例えば、マイクロ波プラズマＣＶＤ反応器は、通常、切断ツールインサートを共形的に被覆するためには使用できない。コーナー部のところでは、高い電界により、重要な切れ刃が厚くなったり丸くなったりし、かくして、これら重要な切れ刃は、意図した目的にとって不向きになる。融点又は熱衝撃の面で熱的に敏感な材料は、マイクロ波プラズマ反応器内で一様に被覆する上で一層難題である。
【００２９】
上記のことに照らして、マイクロ波プラズマプロセスは、本発明の実施形態を具体化するのに適していないことが予想される。しかしながら、驚くべきこととして、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を本明細書で説明するように構成した場合、基板の表面を本明細書において説明するように注意深く処理した場合並びに成長及び冷却サイクルを本明細書において説明するように注意深く制御した場合、マイクロ波プラズマＣＶＤプロセスを用いて本発明を実施することが可能である。かかるプロセスを使用した結果として、別の成長方法と比較して高品質のダイヤモンドが得られるので、かくして、高品質多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンド材料を作製するためにマイクロ波プラズマＣＶＤ反応器を最も好ましくは比較的高い電力及び圧力で使用することが有利であると言える。例えば、ＣＶＤ反応器を８００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚ範囲のマイクロ波周波数で、少なくとも１４０トル、１６０トル、１８０トル、２００トル、２３０トル、２６０トル、又は３００トルの圧力の状態及び／又は少なくとも１０ｋＷ、１５ｋＷ、２０ｋＷ、２５ｋＷ、又は３０ｋＷのマイクロ波電力の状態で作動させるのが良い。高い動作電力及び圧力がＣＶＤダイヤモンド成長に利用される場合、成長後の冷却は、電力及びＣＶＤ反応器内の圧力の減少によって達成でき、それにより多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの熱により誘起されるクラック発生を回避することができる。例えば、制御された速度の冷却は、成長温度をＣＶＤ反応器内でのプラズマの吹き消しに先立って少なくとも１０分間、１５分間、又は２０分間の期間にわたり少なくとも８００℃、７５０℃、７００℃、６５０℃、又は６００℃まで減少させることから成るのが良い。
【００３０】
プラズマ内でのアーク発生の問題は、ＣＶＤダイヤモンド成長中、基板の方へ軸方向に差し向けられる高いプロセスガス流量を用いることによって高い電力及び高い圧力で軽減できる。例えば、プロセスガスの全流量は、２１００ｓｃｃｍ以上、２６００ｓｃｃｍ以上、２８００ｓｃｃｍ以上、３０００ｓｃｃｍ以上、又は３１００ｓｃｃｍ以上であるのが良い。プロセスガスは、全プロセスガス流量の１％から１０％まで、１％から７％まで、２％から５％まで、２％から４％まで、又は２．５％から３．５％までの範囲にあるガスを含む炭素、全プロセスガス流量の０．５％から１０％まで、０．５％から７％まで、０．５％から５％まで、０．５％から３％まで、又は１．０％から２．０％までの範囲にある不活性ガス、例えばアルゴン、及び全プロセスガス流量の８５％から９８％まで、９０％から９８％まで、９３．０％から９７．５％まで、９４．０％から９６．５％まで、又は９５．０％から９６％までの範囲にある水素のうちの１つ又は２つ以上を含むのが良い。プロセスガスは、ＣＶＤ反応器内に基板と対向して設けられた１つ又は２つ以上のガス入口ノズルを通って基板の方へ差し向けられる。
【００３１】
本明細書において説明するプロセスを用いて或る範囲の非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントを製造することができるということが想定される。しかしながら、かかるプロセスは、オーディオ用途向けの作製済みダイヤモンドスピーカードームのために特に開発された。この場合、カーバイド形成耐火金属基板の非平面状表面は、ドーム状成長面を提供する。これは、凹状であっても良く凸状であっても良いが、成長面上に成長させたダイヤモンドスピーカードームの良好な制御下の離層を達成する上では凸状が好ましい。ドーム状成長面に関する代表的な寸法は、
５ｍｍから５０ｍｍまでの範囲、１０ｍｍから４０ｍｍまでの範囲、１５ｍｍから３５ｍｍまでの範囲、又は２０ｍｍから３０ｍｍまでの範囲にある直径、及び
１０ｍｍから８０ｍｍの範囲、２０ｍｍから７０ｍｍまでの範囲、３０ｍｍから６０ｍｍまでの範囲、４０ｍｍから５５ｍｍまでの範囲、又は４５ｍｍから５５ｍｍまでの範囲にある曲率半径を含む。
【００３２】
かかる寸法により、スピーカードームの制御された剥離が可能である。有利には、スピーカードームは、背景技術の項で説明した先行技術において記載されているような一体形周辺スカートを有する。かかる一体形スカートを作製するため、カーバイド形成耐火金属基板の非平面状表面は、ドーム状成長面の外周部から延びると共にカーバイド形成耐火金属基板の非平面状表面の中心回転軸線から２０°以内、１０°以内、５°以内、２°以内、又は１°以内に差し向けられた側壁を備えた実質的に円筒形の周辺部分を有するよう形成されるのが良い。スピーカードームのドーム部分とスカート部分との間の界面領域のところでのコヒーレントなダイヤモンド成長を達成するため、少なくとも、ドーム状成長面の外周部に隣接して位置していて、カーバイド形成耐火金属基板の中心回転軸線に対して２°から２０°までの範囲、３°から１０°までの範囲、４°から７°までの範囲まで、又は５°から６°までの範囲にある角度をなす部分を有する基板を提供するのが有利であることも又判明した。ドーム状領域と円筒形側壁との間にかかる傾斜した移行部分を設けることにより、一体化スカートをＣＶＤダイヤモンド成長及びコンポーネント離層中に形成することができ、この場合、この領域にクラックが生じないことが判明した。成長面の互いに異なる部分相互間に移行部を形成するコーナー領域も又、クラックを生じさせることなく離層を助けるために丸くされるのが良い。
【００３３】
実質的に円筒形の周辺部分は、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲、２ｍｍから８ｍｍまでの範囲、３ｍｍから６ｍｍまでの範囲、又は３．５ｍｍから５ｍｍまでの範囲にある深さを有するのが良い。これは、スピーカードームについて通常望ましいスカート長さよりも実質的に長い。かかる厚い周辺領域は、スカート長さを定めるために別個の周辺ガードカラーコンポーネントに用いるのに有利であることが判明した。ガードカラーは、実質的に円筒形の周辺部分の周縁周りに設けられ、このガードカラーは、実質的に円筒形の周辺部分上の一場所のところでのダイヤモンド成長の「ピンチオフ」を可能にするためのデッドスペースをダイヤモンド成長のために作る。ダイヤモンド成長のこの「ピンチオフ」は、制御状態の離層を達成すると共に自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントを生じさせるよう冷却時に取り付け領域となる。ガードカラーと実質的に円筒形周辺部分との間の深さの差は、標的スカート長さに一致している。したがって、深さのこの差は、０．２ｍｍから２．０ｍｍまでの範囲、０．２ｍｍから１．５ｍｍまでの範囲、０．３ｍｍから１．０ｍｍまでの範囲、０．４ｍｍから０．８ｍｍまでの範囲、又は０．５ｍｍから０．７５ｍｍまでの範囲にあるのが良い。上記において定めた粗さの小さい表面は、基板のドーム部分上に且つ少なくともスピーカードームのスカートを成長させる実質的に円筒形周辺部分の一部分を下って延びるべきである。
【００３４】
基板の成長面を横切る温度制御は、成長面上における比較的一様なＣＶＤダイヤモンド成長を保証する上で重要な場合がある。温度制御は、基板の下にガス隙間を提供すると共にガスをガス隙間内で制御された速度及び組成で提供して熱伝導率を変化させ、かくして上に位置する基板の温度を制御することによって達成できる。ドームの頂点と周辺、即ち周囲との間の温度の一様性を最適化するため、カーバイド形成耐火金属基板と金属製ペデスタルとの間でカーバイド形成耐火金属基板の少なくとも周辺領域下にガス隙間が形成された状態でカーバイド形成耐火金属基板をＣＶＤ反応器内で金属製ペデスタル上に支持することが有利であることが判明した。例えば、基板の周辺領域のところの冷却作用を減少するため、ガス隙間は、カーバイド形成耐火金属基板の中央領域の下に第１の高さを有すると共にカーバイド形成耐火金属基板の周辺領域の下に第２の高さを有するのが良く、第２の高さは、第１の高さよりも大きい。この改造により、余分の熱抵抗条件が追加され、かかる余分の熱抵抗条件は、高い熱伝導率を有するペデスタル材料、例えば無酸素高伝導率（ＯＦＨＣ）銅を用いることによって補償できる。
【００３５】
商業的に採算の取れる製造プロセスを達成するため、単一の成長ランにおいて前記ＣＶＤ反応器内に設けられる複数個のカーバイド形成耐火金属基板を提供することが有利である。８つ又は９つ以上のカーバイド形成耐火金属基板を１回の成長ランでＣＶＤ反応器内に設けるのが良い。例えば、単一の中央基板は、中央基板周りに設けられた７つの別の基板を備えるのが良い。
【００３６】
本発明者は、マイクロ波プラズマＣＶＤダイヤモンド合成プロセスにおいて多数個の非平面状基板を設けた場合の問題の１つとして、非一様な電界が異形基板を横切って生成される場合があり、そしてこれにより非一様なダイヤモンド堆積が生じる場合があることを発見した。特に、電界強度がプラズマチャンバの中央軸線に対して内縁と比較して各基板の外縁のところの方が高いということが判明した。これは、高次エバネッセントマイクロ波モードによって引き起こされると考えられる。したがって、各基板の外縁のところの電界強度を減少させて電界強度が異形基板を横切って比較的一様になるよう基板構造を構成することが望ましい。例えば、各基板の内縁と外縁との間の電界強度の差は、内縁のところの電界強度の１０％以下、８％以下、５％以下または２％以下であるのが良い。これは、以下に説明するように多種多様な仕方で達成できる。
（ｉ）モノモードプラズマチャンバ、例えばＴＭ011モードプラズマチャンバを用いると、安定した電界を提供するのを助けることができると共に多数のモードからの干渉を最小限に抑えることができる。
（ｉｉ）素数個の軸外し（オフアクシス）非平面状基板（即ち、プラズマチャンバの中心回転軸線上に位置する基板を除く）を提供することにより、プラズマチャンバ内に配置された構造的コンポーネントにより生じる電界の非一様性を最小限に抑えるのを助けることができる。好ましくは、プラズマチャンバは、プラズマチャンバ内の電界の非一様性を最小限に抑えるために素数個のマイクロ波入口アパーチュアを更に備える。
（ｉｉｉ）多数のモードからの干渉を減少させるためにモードキャンセリングブロックをプラズマチャンバ内に配置するのが良い。この点に関し、各マイクロ波入口アパーチュアは、実際、方形導波管と等価である。三方アパーチュアがアパーチュアの長さを最大にするのを助けることができる。代替手段としての四方及び六方アパーチュアは両方共、モード安定性の観点から見て不十分であることが判明している。数個のアパーチュアの存在にもかかわらず、電力は、主として、ＴＭ0mnモードで空胴共振器内に結合される場合がある。高次モード、即ちＴＭlmn（この場合、ｌは、ゼロに等しくはない）の生成の形態で見えるアパーチュアの対称性に起因した作用効果が存在する。かくして、３つ全てのアパーチュアが位相が合った状態で励振される三方アパーチュアがＴＭ3mnシリーズのモードに結合し、他方、四方及び六方アパーチュアは、これよりも遙かに高い次数のＴＭ8mn及びＴＭ12mnモードに結合することが見込まれる。しかしながら、実際には、四方及び六方アパーチュアは、寄生モードを生じがちである。かくして、四方又は六方アパーチュアは、ＴＭ2mnモードに結合することができる。全体として、作用効果として、四方及び六方アパーチュアは、プラズマ中に非対称性を生じさせる場合があり、その結果プラズマは、中心を外れて動くか２つの仕方に分割するかのいずれかを行う。三方アパーチュアは、安定性のある三方引っ張り効果をもたらし、かかる三方引っ張り効果は、他の構成で生じるより深刻な一方又は二方ブレークアップモードの場合よりも望ましくない度合いが少ない。モードキャンセリングブロックを用いて不安定性に対処することができ、これらモードキャンセリングブロックは、アパーチュアによって生じる三方モードの局所電界を打ち消すようになった摂動を局所電界に生じさせる基本的には金属の物体である。これら金属ブロックの位置を経験的に定めることができる。これら金属ブロックを大きな壁電流の領域（即ち、Ｈ電界が高い場所）に配置することによって、これらブロックを用いて望ましくないモードを乱すことができる。したがって、一構成例では、複数個のモードキャンセリングブロックがプラズマチャンバの内壁上に、例えば、チャンバの側壁又はベース上に配置され、モードキャンセリングブロックは、複数個のアパーチュアにより生じる電磁摂動を補償するよう構成されている。モードキャンセリングブロックは、アパーチュア形態に対称に関連付けられるよう互いに間隔を置いて設けられる。例えば、モードキャンセリングブロックの個数は、導波管プレートに設けられるアパーチュアの数に等しいのが良く、モードキャンセリングブロックは、アパーチュア構成に対応した対称性を有するよう位置決めされる。例えば、３つのアパーチュアが導波管プレートに設けられる場合、３つのモードキャンセリングブロックがプラズマチャンバ周りにこのプラズマチャンバの下方部分内に設けられると共にアパーチュアにより生じる電界の摂動を打ち消すよう対称に配置されるのがよい。変形例として、モードキャンセリングブロックの個数は、アパーチュアの数の整数倍であるのが良く、他方、アパーチュア形態に対称に関連付けられるよう依然として配置される。モー��キャンセリングブロックをプラズマチャンバの内壁にくっつけるのが良く又はプラズマチャンバの壁と一体に形成されるのが良い。
（ｉｖ）基板形態は、内縁に対して各基板の外縁のところの電界強度を減少させるよう構成されるのが良く、かくして各基板の外縁のところに見られる高い電界強度が補償される。これは、次のように多くの手法で達成できる。
（ａ）モードキャンセリングブロックを各基板の外縁の近くに位置決めして各基板の外縁のところの電界強度を減少させること。
（ｂ）各基板の外縁の局所高さを内縁に対して低くすることは、内縁と外縁との間の電界強度の不均一性を補償することができる。これは、基板を基板が設けられている支持面に対して傾けることによって或いは支持面を傾けて支持面からの基板の外縁の高さが支持面からの基板の内縁の高さよりも低いようにすることによって達成できる。
【００３７】
上記のポイント（ｉｖ）（ｂ）に関し、中央に位置していない基板をＣＶＤ反応器の中心軸線に対して外方に傾けることが有利であることが判明した。基板を外方に傾けることによって、かかる基板の外縁上の電界の強度が減少し、他方、かかる傾斜した基板の内縁のところの強度が増大することが判明した。これは、ＣＶＤ反応器内の中央に配置されていない基板上のＣＶＤダイヤモンド成長の一様性を向上させることが判明した。例えば、複数個のカーバイド形成耐火金属基板のうちの１つ又は２つ以上は、ＣＶＤ反応器の中心軸線に対して１°から３５°まで、２°から２５°まで、３°から２０°まで、又は４°から１５°までの範囲にある角度をなして設けられた中心回転軸線を有するよう差し向けられるのが良い。
【００３８】
変形例として、同様な作用効果は、基板をＣＶＤ反応器の中心軸線に対して平行な向きに設けるが、支持面の高さが基板の内縁に対して基板の外縁のところで上げられるようカーバイド形成耐火金属基板のうちの１つ又は２つ以上の下で傾けられた支持面を提供することによって達成できる。これは、基板の内縁のところの強度を増大させた状態で基板の外縁上の電界の強度を減少させるという対応の作用効果を有する。
【００３９】
かくして、上述のプロセスは、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントを作製する商業的なルートを提供する上で有利であることが判明した。結果的に得られるコンポーネントは、作製プロセスに固有の特徴を有する。例えば、コンポーネントは、核生成フェース及び成長フェースを有し、核生成フェースは、成長フェースよりも小さな結晶粒を有し、核生成フェースは、これらコンポーネントが作製される成長面の小さな表面粗さを反映した小さな表面粗さＲaを有する。さらに、コンポーネントには上述したように実質的にクラックがない。したがって、本発明の一観点によれば、核生成フェース及び成長フェースを備えた自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントであって、核生成フェースは、成長フェースよりも小さな結晶粒を有し、核生成フェースは、５０ｎｍ以下、４０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下又は１０ｎｍ以下の表面粗さＲaを有し、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントは、平面上に投影されたときに５ｍｍ以上の最も長い直線寸法を有し、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントには、少なくともその中央領域にわたって実質的にクラックがなく、中央領域は、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの全面積の少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％又は少なくとも９５％であり、中央領域には、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの外側主要フェースの両方と交差し且つ長さが２ｍｍ、１．５ｍｍ、１．０ｍ、０．５ｍｍ又は０．２ｍｍを超えて延びるクラックがないことを特徴とする自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントが提供される。
【００４０】
別の特徴は、シリコン基板上に成長させたコンポーネントとは対照的に、本発明の実施形態に従ってカーバイド形成耐火金属基板上に作製されたコンポーネントを表す。例えば、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントは、以下の特徴、即ち、
（ｉ）二次イオン質量分析計で測定して１０17個の原子・ｃｍ-3以下、５×１０16個の原子・ｃｍ-3以下、１０16個の原子・ｃｍ-3以下、５×１０15個の原子・ｃｍ-3以下、又は１０15個の原子・ｃｍ-3以下のシリコン濃度、
（ｉｉ）自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの核生成フェースと成長フェースとの間のシリコン濃度について１０17個の原子・ｃｍ-3以下、５×１０16個の原子・ｃｍ-3以下、１０16個の原子・ｃｍ-3以下、５×１０15個の原子・ｃｍ-3以下、又は１０15個の原子・ｃｍ-3以下の差、
（ｉｉｉ）自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの核生成フェースのところでの検出不能なシリコンカーバイド、及び
（ｉｖ）自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの核生成フェースのところの検出可能なレベルの耐火金属カーバイドのうちの１つ又は２つ以上を更に有するのが良い。
【００４１】
特徴（ｉ）に注目すると、シリコン基板上に成長させず、しかもＣＶＤ反応器内にシリコンの他の重要な源が存在していないコンポーネントは、実質的にシリコンを含まない。これは、基板からのシリコンが成長中、非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネント中に入り込む又は混入するシリコン基板上で成長させたコンポーネントとは対照的である。
【００４２】
特徴（ｉｉ）に注目すると、耐火金属基板上で成長させないコンポーネントは、別の重要なシリコン源がＣＶＤ反応器内に存在している場合、相当な量のシリコンを依然として含む場合がある。例えば、ベルジャーを有するＣＶＤ反応器チャンバは、ベルジャーからのシリコンがベルジャー内で成長させるダイヤモンドコンポーネント中に入り込む又は混入する結果を招く傾向がある。しかしながら、かかるシリコンは、通常、ダイヤモンドコンポーネントの成長中に実質的に一様な仕方で入り込む又は混入する。これは、基板からの相当な量のシリコンを基板上で成長させるダイヤモンドコンポーネントの核生成フェース中に入り込む又は混入する場合があるが、ダイヤモンド成長が進むにつれて、シリコン基板がダイヤモンドで被覆され、それにより成長フェースのところでダイヤモンドコンポーネント中に入り込む又は混入するシリコンの量を著しく減少させるシリコン基板上での成長とは対照的であると言える。したがって、シリコン基板上で成長させたコンポーネントは、成長フェースと比較した場合、核生成フェースのところに高い濃度のシリコンを呈する傾向があるが、耐火金属基板上で成長させたコンポーネントは、通常、シリコンの他の源がＣＶＤ反応器内に存在している場合であっても、かかる濃度勾配を示すことはない。
【００４３】
特徴（ｉｉｉ）に注目すると、シリコン基板上で成長させたコンポーネントは、シリコン基板の酸蒸解後であっても、核生成フェースのところに検出可能なレベルのシリコンカーバイドを含む傾向がある。これは、核生成フェースのところに検出可能なシリコンカーバイドを含まない傾向のある耐火金属基板上で成長させたコンポーネントとは対照的である。
【００４４】
最後に、特徴（ｉｖ）に注目すると、耐火金属基板上で成長させたコンポーネントは、核生成フェースのところに検出可能なレベルの耐火金属カーバイドを含む傾向がある。これは、核生成フェースのところに検出可能な耐火金属カーバイドを含まない傾向のあるシリコン基板上で成長させたコンポーネントとは対照的である。
【００４５】
本発明の或る特定の実施形態としての自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントは、以下の寸法上の特性、即ち、
平面状に投影されたときに５ｍｍ以上、１０ｍｍ以上、１５ｍｍ以上、２０ｍｍ以上、又は２５ｍｍ以上、例えば５ｍｍから５０ｍｍまでの範囲、１０ｍｍから４０ｍｍまでの範囲、１５ｍｍから３５ｍｍまでの範囲、又は２０ｍｍから３０ｍｍまでの範囲にある最も長い直線寸法、
５００μｍ以下、４００μｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下、１００μｍ以下、７５μｍ以下、又は５０μｍ以下、例えば２０μｍから１００μｍまでの範囲、３０μｍから９０μｍまでの範囲、３０μｍから８０μｍまでの範囲、３５μｍから７０μｍまでの範囲、３５μｍから６０μｍまでの範囲、又は３５μｍから５５μｍまでの範囲にある厚さのうちの１つ又は２つ以上を有するのが良い。
【００４６】
理解されるように、本明細書において説明するプロセスは、比較的大きくて薄いコンポーネントの制御されたクラックのない離層を実現することができる。コンポーネントがダイヤモンドスピーカードームである場合、コンポーネントは、好ましくは凸状核生成フェースを備えた中央ドーム状部分であるのが良く、以下の寸法上の特性、即ち
１０ｍｍから８０ｍｍの範囲、２０ｍｍから７０ｍｍまでの範囲、３０ｍｍから６０ｍｍまでの範囲、４０ｍｍから５５ｍｍまでの範囲、又は４５ｍｍから５５ｍｍまでの範囲にある曲率半径、
平均半径方向厚さの４０％以下、３０％以下、２５％以下、又は２２％以下の半径方向厚さのばらつき、及び
平均円周方向厚さの２０％以下、１５％以下、又は２２％以下の円周方向厚さのばらつきのうちの１つ又は２つ以上を有する。
【００４７】
スピーカードームコンポーネントは、好ましくは、ドーム状部分の外周部から延びる実質的に円筒形周辺部分で形成された「スカート」を更に有する。かかるスカートは、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの中心回転軸線から２０°以内、１０°以内、５°以内、２°以内、又は１°以内に差し向けられた側壁を有するのが良い。さらに、実質的に円筒形の周辺部分の側壁は、少なくとも、ドーム状部分の外周部に隣接して位置していて、自立形非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの中心回転軸線に対して２°から２０°までの範囲、３°から１０°までの範囲、４°から７°までの範囲まで、又は５°から６°までの範囲にある角度をなす部分を有するのが良い。上述したように、ドームとスカート部分との間にかかる傾斜した移行部分を設けることは、ＣＶＤダイヤモンド成長及び製造プロセス中における下に位置する基板からのコンポーネントの制御下にあるクラックのない離層を達成するのを助ける。スカートは、好ましくは、０．２ｍｍから２．０ｍｍまでの範囲、０．２ｍｍから１．５ｍｍまでの範囲、０．３ｍｍから１．０ｍｍまでの範囲、０．４ｍｍから０．８ｍｍまでの範囲、又は０．５ｍｍから０．７５ｍｍまでの範囲にある深さを有する。かかるスカート深さは、スピーカードーム用途において良好な音響特性を提供することが判明した。音響特性を一段と高めるため、スピーカードームは又、好ましくは、極めて軽量である。例えば、コンポーネントは、５０ｍｇから１１０ｍｇまでの範囲、６０ｍｇから１００ｍｇまでの範囲、６５ｍｇから９０ｍｇまでの範囲、７０ｍｇから８５ｍｇまでの範囲、又は７０ｍｇから８０ｍｇまでの範囲にある質量を有するのが良い。
【００４８】
上述したように製造されたスピーカードームは、かくして、優れた音響特性、例えば２５ｋＨｚを超え、３５ｋＨｚを超え、４５ｋＨｚを超え、５５ｋＨｚを超え、６０ｋＨｚを超え、又は７０ｋＨｚを超えるブレークアップ周波数及びブレークアップ周波数の４／９で測定したフラットな応答からの軸上応答曲線で見た３ｄＢ未満の偏差を有することができる。
【００４９】
図１は、本発明の実施形態に従って非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントを作製する際に用いられるカーバイド形成耐火金属基板２の一例の断面図である。基板２は、ドーム状部分４及び実質的に円筒形の部分６を有する純タングステンの基板である。ドーム状部分は、３．５ｍｍの高さｈd、２５．５ｍｍの直径ｄ及び２５ｍｍの曲率半径を有している。実質的に円筒形の部分の高さｈcは、４．４３ｍｍであり、かくして、基板の全体的高さｈtは、７．９３ｍｍである。
【００５０】
ドームの肩から、基板の垂直縁の前まで０．９１ｍｍにわたって５°の抜き勾配が設けられている。これは、図２に詳細に示されており、図２は、図１に示されたカーバイド形成耐火金属基板の肩部分の断面図である。傾斜した移行部分８がカーバイド形成耐火金属基板のドーム状部分４と円筒形部分６との間に設けられている。
【００５１】
製造されたままの状態の基板は、全ての面について表面粗さＲa＞１０００ｎｍを有し、かかる基板をラップ仕上げすると共に研磨して＜２０ｎｍという所望のＲaにする。ラップ仕上げ及び研磨プロセスは、ドーム部分２と実質的に円筒形部分４の両方を含む。
【００５２】
図３は、ダイヤモンド成長「ピンチオフ（pinching off）」を可能にし、カーバイド形成耐火金属基板上で成長させた非平面状多結晶ＣＶＤ合成ダイヤモンドコンポーネントの制御された離層のための取り外し領域を定めるためにＣＶＤ反応器内で図１及び図２に示されているカーバイド形成耐火金属基板周りに配置されるのが良いガードカラーの断面図である。
【００５３】
図示のガードカラーは、現時点においては、傾斜した外面１２を備えたはっきりとした輪郭形状の設計例のものであるが、変形例の採用が可能である。とは言うものの、平坦な先端部付きのガードカラー及び平坦な先端部付きのカラーを試験したが、ガードカラーと基板との間に過剰成長を生じさせる傾向によって一般的に定められる成功の度合いが低かった。また、ガードカラーは、ガードカラーと基板との間に位置していて、離脱に悪影響を及ぼすデッドスペース領域の容積を制御するために内壁１４に設けられた段部を備えるのが良い。
【００５４】
使用に当たり、ガードカラー１０を基板の外縁周りに配置する。このガードカラーは、成長したダイヤモンドコンポーネントのスカート輪郭形状を定め、基板の実質的に円筒形の部分の高さに対するカラーの高さは、スカートの高さを定める。
【００５５】
図４は、カーバイド形成耐火金属基板２及びペデスタル１６に取り付けられると共にスペーサワイヤ１７を介してペデスタルから間隔を置いて設けられたガードカラー１０の断面図を示しており、それにより、ペデスタルとカーバイド形成耐火金属基板及びガードカラーとの間にガス隙間１８が形成されている。ペデスタルは、ドームの頂点と肩との間の温度の一様性を最適化するよう基板のガードカラー及び／又は周辺領域の下にガス隙間を増大させるよう設計されており、ガードカラーは、前もって、ドームの薄い成長をもたらす基板の縁から高さを引き出しているように見える。この改造により、余分の熱抵抗条件が追加され、かかる余分の熱抵抗条件は、高い熱伝導率を有するペデスタル材料を用いることによって補償できる。したがって、ＯＦＨＣ銅材料は、ペデスタル向きに選択されている。
【００５６】
図５は、カーバイド形成耐火金属基板２及びガードリング１０を載せた複数個のペデスタル１６を有する定盤（プラテン）２０の断面図である。図示の定盤は、７個のペデスタル１６が単一の中央ペデスタルの周りに４３．８ｍｍの半径をなして定盤の表面中に１０°の角度をなして沈み込むよう設計されている。外側のペデスタルは、定盤のベースから１０ｍｍの高さのところに配置され、中央ペデスタルは、８ｍｍの高さを有する。
【００５７】
上述したように、軸外し基板をこのように傾斜させることにより、その結果として、軸外し基板の外縁は、軸外し基板の内縁の高さｈiよりも高さｈ0が低い。これは、軸外し基板の外縁のところの電界強度を低下させる傾向があり、もしそうでなければ、軸外し基板のこの外縁は、基板の内縁のところの電界強度よりも著しく高い。したがって、この構成は、基板を横切る電界強度の不均一性を補償し、その結果一様なダイヤモンド堆積が得られると共に成長後におけるクラックのない離層が得られる。
【００５８】
図６は、図５に示されている基板／定盤構成例の平面図である。基板構成例は、定盤２０上に配置された１つの中央及び７つの軸外しカーバイド形成耐火金属基板２を有している。軸外し基板は、中央基板の周りに円を描いて均等に間隔を置いて配置されている。素数個の均等に間隔を置いて設けられた軸外し基板は、電界一様性及びかくして一様なダイヤモンド堆積を維持するのを助ける。基板の個数を増大させるため、この７つの軸外し構成例は、７つの軸外し基板を有するよう再構成されても良い。大きな素数個の軸外し基板を定盤及びマイクロ波プラズマ空胴共振器のサイズに応じて設けられても良い。ただし、直径を大きくすることは、プラズマ安定性及び一様なダイヤモンド堆積を維持する面で問題となる場合がある。
【００５９】
図７は、別の基板構成例の断面図である。図５に示されている構成例の場合と同様、基板構成例は、カーバイド形成耐火金属基板２及びガードリング１０を載せた複数個のペデスタル１６を有する定盤２０を含む。しかしながら、定盤／基板を傾斜させないで、定盤の上面は、定盤の上面の上方の各基板の外縁の高さｈ0は、定盤の上面の上方の各基板の内縁の高さｈiよりも小さいよう傾けられている。これは、各基板の外縁部のところの電界強度を減少させるのと同一の技術的作用効果を有し、その結果、この電界強度は、各基板の内縁部のところの電界強度により厳密に一致するようになる。変形例、例えば、段付き又は湾曲定盤も又、定盤の上面の上方の各基板の外縁の高さｈ0が定盤の上面の上方の各基板の内縁の高さｈiよりも小さいようにするために想定できる。
【００６０】
図５〜図７に示されている構成例の代替手段として、基板又は定盤頂面を傾斜させないで又はこれに加えて、モードキャンセリングブロックを用いて各基板の外縁のところの電界強度を減少させても良く、その結果、かかる電界強度は、各基板の内縁のところの電界強度により厳密に一致するようになる。
【００６１】
図８は、基板／定盤構成例が収納されたマイクロ波プラズマ反応器の断面図である。マイクロ波プラズマ反応器は、以下の基本的コンポーネント、即ち、プラズマチャンバ２２、プラズマチャンバ内に設けられていて、ドーム状基板４を取り付ける定盤２４、プラズマチャンバ２２内にプラズマ２８を生成するマイクロ波発生器２６、マイクロ波をマイクロ波発生器２６から同軸導波管を経て、そして環状誘電体窓３２を通ってプラズマチャンバ２２中に送り込むマイクロ波結合構造体３０、プロセスガスをプロセスチャンバ２２中に送り込んだりプロセスガスをプロセスチャンバから取り出したりするガス流れシステム３４，３６，３８、及び基板４の温度を制御する基板冷却剤システム４０を有する。
【００６２】
合成中、平均基板温度を３０００：４３：９３ｓｃｃｍのプロセスガス流Ｈ2：Ａｒ：ＣＨ4で１０５０〜１０７５℃に制御するのが良い。或る特定の実施形態によれば、ガス流れ中には追加の酸素は提供されない。マイクロ波電力は、２０〜３０ｋＷに制御され、プラズマチャンバ圧力は、１９０〜２００トルの状態になるよう制御される。加うるに、迅速冷却技術ではなく制御型ランプダウン（ramp down）プロセスが用いられる。これを行うには、圧力及び電力を２０分間にわたってランプダウンし、基板を６００℃まで次第に冷却し、その後プラズマを吹き消す。標的厚さは、３５〜４５μｍであり、この厚さは、約７０〜７５ｍｇのドーム質量をもたらすはずである。ドームの厚さの幾分かの半径方向不一様性が存在し、これは、２２％のオーダのものである場合がある。円周方向広がりは、約１０％である。
【００６３】
成長後に必要な処理は極めて少ない。基板は、或る回数の成長ラン後に幾分かの再調製を必要とする場合がある。重要なことは、表面の低いＲaが元のままであり、スカート領域の成長を邪魔する恐れがあるデブリが基板の側部上に存在しないようにすることにある。ダイヤモンドドームそれ自体は、出荷前に酸による洗浄から恩恵を受けるのが良いが、レーザ切断又は型出しは不要である。製品は又、例えば美観上のメリットが得られるよう作製後に被覆されても良い。
【００６４】
本発明を好ましい実施形態に関して具体的に図示すると共に説明したが、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく形態及び細部における種々の変更を実施できることは当業者には理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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