CN103392218A - 用于制造合成金刚石材料的微波等离子体反应器 - Google Patents

用于制造合成金刚石材料的微波等离子体反应器 Download PDF

Info

Publication number
CN103392218A
CN103392218A CN2011800680692A CN201180068069A CN103392218A CN 103392218 A CN103392218 A CN 103392218A CN 2011800680692 A CN2011800680692 A CN 2011800680692A CN 201180068069 A CN201180068069 A CN 201180068069A CN 103392218 A CN103392218 A CN 103392218A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plasma
microwave
stabilizing ring
plasma chamber
scope
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011800680692A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103392218B (zh
Inventor
G·A·斯卡斯布鲁克
J·J·威尔曼
J·M·多德森
J·R·布莱顿
S·E·科
C·J·H·沃特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Element Six Ltd
Original Assignee
Element Six Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Element Six Ltd filed Critical Element Six Ltd
Publication of CN103392218A publication Critical patent/CN103392218A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103392218B publication Critical patent/CN103392218B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—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 deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—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 deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • C23C16/274—Diamond only using microwave discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/25—Diamond
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/25—Diamond
    • C01B32/26—Preparation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—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 deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • C23C16/276—Diamond only using plasma jets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—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
    • C23C16/50—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
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
    • C30B25/105—Heating of the reaction chamber or the substrate by irradiation or electric discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/04—Diamond
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H01J37/32642—Focus rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/339—Synthesising components

Abstract

一种用于经由化学气相沉积制造合成金刚石材料的微波等离子体反应器，所述微波等离子体反应器包括：等离子体腔；基底保持器，所述基底保持器设置在所述等离子体腔中并且包括用于支承基底的支承表面，在使用时合成金刚石材料沉积在所述支承表面上；微波耦合结构，所述微波耦合结构用于将微波从微波发生器进给到所述等离子体腔内；以及气体流动系统，所述气体流动系统用于将工艺气体进给到所述等离子体腔内和将工艺气体从所述等离子体腔内移除；其中，所述微波等离子体反应器还包括绕在所述等离子体腔内的所述基底保持器设置的导电等离子体稳定环。

Description

用于制造合成金刚石材料的微波等离子体反应器
技术领域
本发明涉及用于使用化学气相沉积技术制造合成金刚石材料的微波等离子反应器。
背景技术
用于制造合成金刚石材料的化学气相沉积（CVD）工艺现在在本领域中是公知的。与金刚石材料的化学气相沉积相关的有用的背景信息可以在the Journal of Physics的专刊：Condensed Matter,Vol.21,No.36(2009)中发现，该专刊专用于金刚石相关的技术。例如，R.S.Balmer etal.的评论文章提供了对CVD金刚石材料、技术和应用的全面阐述（参见“Chemical vapor deposition synthetic diamond:materials,technologyand applications”J.Phys.:Condensed Matter,Vol.21,No.36(2009)364221)。
在金刚石与石墨相比为亚稳定的区域中，金刚石在CVD条件下的合成由表面动力学而非体积热力学驱动。通过CVD的金刚石合成通常使用较小成分的碳（通常<5％）典型地为甲烷的形式执行，尽管在过量的分子氢的情况下可以利用其他含碳气体。如果分子氢被加热到超过2000K的温度，则存在朝向原子氢的显著分解。在设有合适基底材料的情况下，合成金刚石材料能够被沉积。
原子氢对于该过程是必不可少的，这是由于其从基底中选择性地刻蚀非金刚石碳，使得金刚石生长能够发生。不同的方法可得以用于加热含碳气体物品和分子氢以产生对于CVD金刚石生长所必须的含有自由基和原子氢的反应碳，包括电弧喷射、热灯丝、DC电弧、氧炔焰、和微波等离子体。
涉及电极的方法例如DC电弧等离子体可能由于材料的电极腐蚀和掺入到金刚石内而具有缺点。燃烧方法避免了电极腐蚀问题，但依赖于较昂贵的原料气，该原料气必须被净化到与高品质金刚石生长均匀的水平。另外，火焰的温度即使当燃烧氧-乙炔的混合物时不足以达到原子氢在气体流中的足够分数并且该方法依赖于将气体流浓缩到局部区域中以实现合理的生长速率。燃烧为何没有广泛用于体积金刚石生长的主要理由可能是在于能够被提取的以kWh的能量而言的成本。当与电力进行比较时，高纯度的乙炔和氧气是用于产生热量的昂贵方式。热灯丝反应器尽管表面上显现为很简单但是具有受限于在较低气体压力下使用的缺点，这被需要以确保它们朝向生长表面的有限量原子氢的相对有效的传输。
鉴于上述情况，已经发现，就功率效率、生长速率、生长区域和可得到的产品的纯度的组合而言，微波等离子为用于驱动CVD金刚石沉积的最有效的方法。
微波等离子体致动的CVD金刚石合成系统通常包括联接到源气体供应源和微波功率源上的等离子体反应器容器。等离子体反应器容器配置为形成支承微波驻波的谐振腔。包括碳源和分子氢的源气体被进给到等离子体反应器容器内并且可以由微波驻波致动以形成在高场区域中的等离子体。如果合适的基底设置为紧靠该等离子体，则含有自由基的反应碳能够从等离子体扩散到基底并且沉积在其上。原子氢也能够从等离子体扩散到基底上并且从所述基底中选择性地蚀刻非金刚石碳，使得金刚石生长能够发生。
用于经由化学气相沉积（CVD）工艺生长金刚石薄膜的可能的微波等离子体反应器的范围在本领域中是已知的。这种反应器具有多种不同的设计。常见的结构包括：等离子体腔；基底保持器，所述基底保持器设置在所述等离子体腔中；微波发生器，所述微波发生器用于形成等离子体；耦合结构，所述耦合结构用于将微波从所述微波发生器进给到所述等离子体腔内；气体流动系统，所述气体流动系统用于将工艺气体进给到所述等离子体腔内和将它们从中去除；以及温度控制系统，所述温度控制系统用于控制在所述基底保持器上的基底的温度。
Silva等的文章的总结不同可能的反应器设计的有用的总结文章在前述Journal of Physics(参见“Microwave engineering ofplasma-assisted CVD reactor for diamond deposition”J.Phys.:Condens.Matter,Vol.21,No.36(2009)364202)中给出。该文献确定，从纯粹电磁角度而言，存在三种主要的设计标准：（i）谐振模式的选取；（ii）耦合结构（电场或磁场）的选取；以及（iii）介质窗口（形状和位置）的选取。
关于（i）点，Silva等的文章确定，横向磁场（TM）模式并且特别是TM0mn模式是最合适的。在这种表示法中，第一标号（此处为0）表示电场结构为轴对称，这将产生圆形等离子体。标号m和n表示在电场中分别沿径向和轴向方向的节点的数量。Silva et al表明已经在现有技术的反应器中使用多种不同的模式，包括：TM011；TM012；TM013；TM020；TM022；TM023；和TM031。
关于（ii）点，Silva等的文章确定，使用天线的电场（电容）耦合被最广泛地使用而该磁场（电感）耦合由于比能够被耦合的功率有限的功率而很少使用。即，商业可得的IPLAS反应器公开为使用磁场耦合以支持TM012模式。
关于（iii）点，Silva等的文章描述了与电场和磁场耦合方案相关联的主要元件为介质窗口，该介质窗口通常由石英制成并且限界在腔体内的减小的压力区，在该压力区中反应气体被进给以在由电磁场致动时形成等离子体。所述的是石英窗口的使用使使用者能够选定单电场反节点区域（最大电场），使得等离子体能够仅在该区域中被点燃，并且能够避免在腔室内的其他电场最大值处的寄生等离子体的形成。石英窗口常规地呈布置在基底上的钟罩的形式，沉积在该基底上发生并且绕与基底相邻设置的电场反节点。还公开了其他介电窗口结构。例如，ASTEX反应器描述为包括呈大约在腔体中平面处穿过反应器腔室布置的板的形式的介电窗口，而第二发生ASTEX反应器描述为具有呈石英管形式的介电窗口，该介电窗口未直接暴露给等离子体以便向反应器提供更好的功率处理能力。
另外，该文献公开了现有技术的反应器腔室的不同几何形状，所述腔室包括：圆筒形腔室，例如设计为支持TM012模式的MSU反应器、设计为支持TM013模式的ASTEX反应器、或者支持TM023模式或TM022模式的LIMHP反应器设计；椭圆形腔室，例如AIXTRON反应器；和其他非圆筒形腔室，例如第二发生ASTEX反应器，其具有旨在支持TM011模式的中央圆筒形部件和支持TM021模式的横向延伸的侧部叶片。实际上，第二发生ASTEX反应器仅仅具有在腔室的中央部段的顶部部分中的一个Ez场最大值（这是对于TM011模式的情况），但是具有在其下部半部中的两个Ez最大值（如对于TM021模式所期望的）。
关于专利文献，US6645343（Fraunhofer）公开了微波等离子体反应器的示例，其配置用于经由化学气相沉积工艺的金刚石薄膜生长。本文所述的反应器包括圆筒形形等离子体腔室，其具有安装在其基底上的基底保持器。冷却装置设置在基底保持器的下面以用于控制在所述基底保持器上的基底的温度。此外，气体入口和气体出口设置在等离子体腔室的基底中以用于供给和移除工艺气体。微波发生器经由高频共轴线路联接到所述等离子体腔室上，所述高频共轴线路在等离子体腔室上方在其输送端部处分开，并且在等离子体腔室的周缘处引导到呈石英环形式的大致环形微波窗口上。如在US6645343中所述的发明集中在环形微波窗口上并且公开了在反应器腔室中的微波耦合以圆形对称方式分布在微波窗口的整个环表面上。教导的是由于耦合分布在较大的表面上，因此高微波功率水平能够被耦合而没有在微波窗口处产生的较高的电场强度，由此减小窗口放电的风险。
鉴于上面的讨论和在本文所提及的现有技术，将明显的是，在CVD金刚石合成的领域中众所周知的是形成在大面积基底/保持器的表面上的均匀的、稳定的、大面积的等离子体以用于获得在大面积上的均匀的CVD金刚石生长并且在本领域中已经提出了很多不同的等离子体腔室设计和功率耦合结构以用于尽力实现该目的。但是，存在持续的需求以改进现有技术的布置以提供更大的CVD生长面积、更大的均匀性、更高的生长速率、更好的可重复性、更好的功率效率和/或更低的生产成本。本发明的某些实施例的目的是解决该持续的需求。
发明内容
根据本发明的第一实施例，提供了用于经由化学气相沉积制造合成金刚石材料的微波等离子体反应器，所述微波等离子体反应器包括：
等离子体腔；
基底保持器，所述基底保持器设置在所述等离子体腔中并且包括用于支承基底的支承表面，在使用时合成金刚石材料沉积在所述支承表面上；
微波耦合结构，所述微波耦合结构用于将微波从微波发生器进给到所述等离子体腔内；以及
气体流动系统，所述气体流动系统用于将工艺气体进给到所述等离子体腔内和将工艺气体从所述等离子体腔内移除；
其中，所述微波等离子体反应器还包括绕在所述等离子体腔内的所述基底保持器设置的导电等离子体稳定环。
根据本发明的第二实施例，提供了使用化学气相沉积工艺制造合成金刚石材料的方法，所述方法包括：
设置如上所述的微波等离子体反应器；
将基底设置在所述基底保持器的所述保持表面上，所述基底具有生长表面；
将微波进给到所述等离子体腔内；
将工艺气体进给到所述等离子体腔内；以及
在所述基底的所述生长表面上形成合成金刚石材料。
附图说明
为了更好地理解本发明并且示出本发明如何被有效地执行，现在将参照附图仅仅作为示例描述本发明的实施例，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的配置为使用化学气相沉积技术沉积金刚石薄膜的微波等离子体反应器的截面图；
图2示出了根据本发明的实施例配置的可选的微波等离子体反应器的截面图；
图3示出了根据本发明的实施例的另一可选的微波等离子体反应器的截面图；以及
图4示出了根据本发明的实施例的另一可选的微波等离子体反应器的截面图。
具体实施方式
用于经由化学气相沉积制造合成金刚石材料的微波等离子体反应器包括以下基本部件：
等离子体腔；
基底保持器，所述基底保持器设置在所述等离子体腔中并且包括用于支承基底的支承表面，在使用时合成金刚石材料沉积在所述支承表面上；
微波耦合结构，所述微波耦合结构用于将微波从微波发生器进给到所述等离子体腔内；以及
气体流动系统，所述气体流动系统用于将工艺气体进给到所述等离子体腔内和将工艺气体从所述等离子体腔内移除。
等离子体腔配置为形成在使用时支承驻波微波的谐振腔。包括碳源和分子氢的源气体被进给到等离子体反应器容器内并且能够由驻波微波激活以在高电场区域中形成等离子体。如果合适的基底设置为紧邻等离子体，则含有反应基的反应碳能够从等离子体扩散到基底并且沉积到基底上。原子氢也能够从等离子体扩散到基底并且从基底中选择性地腐蚀非金刚石碳使得金刚石生长能够发生。
本发明的实施例基于以下发现：绕在微波等离子体反应器的等离子体腔内的基底保持器设置的导电等离子体稳定环能够用来稳定与基底（设置在基底保持器上的）相邻地形成的等离子体，以在较大区域上形成均匀的、稳定的等离子体以用于在较大区域上获得均匀的、高品质的CVD金刚石生长。“导电”指的是等离子体稳定环的至少大部分以及可选的所有表面由导电材料形成。“绕基底保持器设置”指的是当在等离子体腔的中央轴线向上观察时，导电等离子体稳定环可以设置在基底保持器的上方或下方的一定高度处。
本发明的实施例能够提供更大的CVD生长面积、更好的均匀性、更高的生长速率、更好的可重复性、更好的功率效率和/或更低的生成成本。不受约束于理论，建模表明，根据本发明的某些实施例的导电等离子体稳定环改变在基底附近所形成的电场，从而引入竖向不对称性，该竖向不对称性相对于在不期望形成等离子体的等离子体腔的相对端部处的电场使基底上方的电场增大。
另外，导电等离子体稳定环能够用作模式过滤器，从而辅助驱动等离子体的电场的稳定性和/或纯度。但是，良好设计的夹持环使得在基底上方的电场只能有较小改变（当与未设置时进行比较时，当具有改变时，该改变为基底上方的电场的大约+10%）。
除了上述以外，根据某些实施例的导电等离子体稳定环也能够显著改变等离子体的热性能，这能够辅助提高CVD金刚石生长的均匀性。
此外，根据某些实施例的导电等离子体稳定环也能够中断在等离子体腔的侧壁上的气体流动，从而减小在腔室内的气体俘获和非期望的对流，否则这将使入口气体流和/或等离子体不稳定。
最后，根据某些实施例的导电等离子体稳定环也能够作为物理边界以在使用时约束等离子体并且防止等离子体偏离基底上方的轴向中央位置。
可选地，基底保持器设置在等离子体腔的端部上，而导电等离子体稳定环设置在等离子体腔的所述端部上或者在绕基底保持器的等离子体腔的侧壁上。这两种结构单独或组合起来均可以用来改变在基底上方的电场并且获得上述有利的功能效果。最优选的结构在一些程度上可以取决于等离子体腔的尺寸和几何形状。例如，对于具有较大直径（例如，大于400mm）的等离子体腔，安装在端部的环可以在一些情况下提供优异的性能。
可选地，导电等离子体稳定环形成绕基底保持器的完全连续的环。但是，能够在不设置完全连续的环的情况下获得上述有利的功能效果。例如，导电等离子体稳定环可以包括多个弧形部段和介于它们之间的间隙，多个弧形部段形成绕基底保持器的断开的、不连续的环。如果设置这种不连续的环，则优选的是多个弧形部段绕等离子体稳定环的至少30%、40%、50%、60%、70%、80%、或90%延伸。例如，已经观察到，包括由两个相对间隙（每个延伸大约20°）分隔开的两个弧形部段的不连续的环提供了在基底上方的电场在最低场方向与最高场方向之间的小于1%的差异，并且在使用这种间隙的CVD金刚石生长中不存在可察觉的不均匀性。实际上，这种间隙的设置能够用来提供观察CVD金刚石生长过程的窗口。
可选地，导电等离子体稳定环绕等离子体腔的中央轴线对称。尽管可能存在小的不对称性，但是更大的不对称性能够导致在基底上方的电场的不对称性，从而导致在整个基底上的CVD金刚石生长的不对称性。此外，导电等离子体稳定环可以采用如前所述的连续或不连续的形式。由此，导电等离子体稳定环可以为圆形对称的或者具有n阶旋转对称性。
导电等离子体稳定环可以采用两个基本形式：从等离子体腔的壁突出到腔室内的突出环；或者在等离子体腔的壁中形成的环形凹部、沟槽或沟道。环的这两个基本形式中的任一个可以设置在等离子体腔的端壁上、侧壁上、或这两者上。可选地，可以设置多于一个的导电等离子体稳定环。
可选地，导电等离子体稳定环具有相对于等离子体腔的直径的范围为1%至30%、3%至20%、5%至15%、或8%至12%的径向宽度。已经发现，等离子体稳定环的径向宽度改变环对等离子体的影响。不同的径向宽度已经被建模和测试。已经发现，增大环的径向宽度增大等离子体上方的电场的相对强度，这是有利的。但是，如果环的径向宽度变为太大，则其往往减弱在基底上方的电场并且增大在等离子体腔的其他区域中的电场，这可能是有害的。例如，已经发现，对于具有直径范围为从300mm至500mm的等离子体腔而言，导电等离子体稳定环可以具有范围为从5至100mm、5mm至80mm、10mm至50mm、或20mm至40mm的径向宽度。这些值对于范围为从800MHz至1000MHz的微波频率f而言是优选的。对于范围为从400MHz至500MHz的微波频率f而言，等离子体腔可以具有范围为从600mm至1000mm的直径，而导电等离子体稳定环可以具有范围为从10mm至165mm、20mm至100mm、或40mm至80mm的径向宽度。对于范围为从2300MHz至2600MHz的微波频率f而言，等离子体腔可以具有范围为从100mm至200mm的直径，而导电等离子体稳定环可以具有范围为从2mm至30mm、4mm至20mm、或6mm至15mm的径向宽度。
由于以上给出的相同理由，可选地，导电等离子体稳定环可以具有相对于等离子体腔的直径不小于50%、60%、70%、75%、或80%和/或不大于95%、90%、85%、或80%的内径。例如，导电等离子体稳定环可以具有相对于等离子体腔的直径范围为从50%至95%、60%至90%、70%至85%、或75%至80%的内径。在使用时，导电等离子体稳定环可以具有相对于在等离子体腔内的可见等离子体的直径范围为从110%至250%、120%至200%、120%至160%、或130%至150%的内径。就绝对值而言，导电等离子体稳定环可以具有不小于以下的内径：对于范围为从400MHz至500MHz的微波频率f而言的300mm、400mm、450mm、或500mm；对于范围为从800MHz至1000MHz的微波频率f而言的150mm、200mm、240mm、或280mm；或者对于范围为从2300MHz至2600MHz的微波频率f而言的50mm、70mm、85mm、或95mm。此外，导电等离子体稳定环可以具有不大于以下的内径：对于范围为从400MHz至500MHz的微波频率f而言的950mm、850mm、800mm、720mm、或680mm；对于范围为从800MHz至1000MHz的微波频率f而言的450mm、400mm、350mm、或330mm；或者对于范围为从2300MHz至2600MHz的微波频率f而言的170mm、150mm、130mm、或120mm。
例如，已经发现，对于具有直径范围为从300mm至500mm的等离子体腔而言，导电等离子体稳定环可以具有范围为从150mm至400mm、200mm至350mm、或240mm至330mm的内径。这些值对于范围为从800MHz至1000MHz的频率范围f而言是优选的。对于范围为从400MHz至500MHz的微波频率f而言，等离子体腔可以具有范围为从600mm至1000mm的直径，而导电等离子体稳定环可以具有范围为从300mm至800mm、400mm至720mm、或500mm至680mm的内径。对于范围为从2300MHz至2600MHz的微波频率f而言，等离子体腔可以具有范围为从100mm至200mm的直径，而导电等离子体稳定环可以具有范围为从50mm至150mm、70mm至130mm、或85mm至120mm的内径。
可选地，导电等离子体稳定环可以具有相对于等离子体腔的高度范围为从1%至30%、2%至20%、或5%至15%的轴向深度。另外地，或可选地，导电等离子体稳定环可以具有相对于在等离子体腔的两个电场反节点之间的竖向距离范围为从1%至30%、2%至20%、或5%至15%的轴向深度。已经发现，导电等离子体稳定环的轴向深度也改变环对等离子体的影响。不同的轴向深度已经被建模和测试。已经发现，增大环的轴向深度增大等离子体上方的电场的相对强度，这是有利的。但是，如果环的轴向深度变为太大，则其可能有害地影响在等离子体腔的其他区域中的电场。因此，导电等离子体稳定环可以具有范围为从5mm至100mm、5mm至75mm、10mm至50mm、20mm至40mm、或20mm至30mm的轴向深度。这种结构已经发现为对于具有直径范围为从300mm至500mm的等离子体腔在范围为从800MHz至1000MHz的微波频率f下操作时是特别有用的。对于范围为从400MHz至500MHz的微波频率f而言，等离子体腔可以具有范围为从600mm至1000mm的直径，而导电等离子体稳定环可以具有范围为从10mm至200mm、10mm至150mm、20mm至100mm、40mm至80mm、或40mm至60mm的轴向深度。对于范围为从2300MHz至2600MHz的微波频率f而言，等离子体腔可以具有范围为从100mm至200mm的直径，而导电等离子体稳定环可以具有范围为从2mm至35mm、2mm至30mm、4mm至20mm、7mm至15mm、或7mm至10mm的轴向深度。
可选地，导电等离子体稳定环的下表面位于距设置有所述基底保持器的等离子体腔的端部等于或小于所述等离子体腔的高度的50%、40%、30%、20%或10%的高度处。已经发现，导电等离子体稳定环的设置位置（高度）也改变环对等离子体的影响。不同的位置已经被建模和测试。已经发现，如果环太高，则提高等离子体稳定性的益处未被观察到。此外，在某些结构中，如果环相对于基底保持器的支承表面设置得太低，则电弧可能有害地发生。例如，已经发现，导电等离子体稳定环可以设置为使得环的下表面的高度位于基底保持器的支承表面的高度的100mm、70mm、50mm、30mm、20mm、或10mm内的高度处。
与上述相关，应当注意，能在使用时反转反应器。例如，在标准使用中，基底将由腔室的基部形成，该基部将形成腔室相对于地面的下壁。但是，可能的是反转反应器，使得支承基底的腔室的基部将形成腔室相对于地面的上壁。
在该布置中，等离子体腔的距基底保持器设置在其上的端部的高度将沿向下的方向测量。在反转取向中，朝向基底的气体流动可以平行于基本热驱动的对流（其由于在反转布置中位于基底下面的等离子体中所产生的大量热量而沿向上的方向）。该反转布置可以具有用于某些应用的一些益处。
除了上述的高度需求以外，还已经发现，由导电等离子体稳定环限定的包封体积能够影响性能。包封体积为凹入环的体积。对于突出环而言，包封体积为直接设置在突出环下面的等离子体腔的体积。对于壁安装环而言，这将是在环的下面在环的下表面、侧壁、与等离子体腔的基部之间的体积。考虑到等离子体稳定环为旋转对称的，包封体积能够就截面面积限定。该参数被称为包封截面面积。对于范围为从400MHz至500MHz的微波频率f而言，导电等离子体稳定环可以限定范围为从200mm2至10000mm2、500mm2至5000mm2、或2000mm2至2500mm2的包封截面面积。对于范围为从800MHz至1000MHz的微波频率f而言，导电等离子体稳定环可以限定范围为从50mm2至5000mm2、200mm2至2000mm2、或300mm2至1000mm2的包封截面面积。对于范围为从2300MHz至2600MHz的微波频率f而言，导电等离子体稳定环可以限定范围为从10mm2至150mm2、30mm2至125mm2、或50mm2至100mm2的包封截面面积。
导电等离子体稳定环和基底或基底保持器的相对尺寸也能够影响功能性能。由此，可选地，导电等离子体稳定环可以具有相对于基底或基底保持器的直径范围为从10%至50%、15%至40%、20%至35%、或25%至30%的径向宽度。基底或基底保持器可以具有范围为以下的直径：对于范围为从400至500MHz的微波频率f而言的165mm至415mm、185mm至375mm、205mm至375mm、205mm至330mm、或240mm至330mm；对于范围为从800至1000MHz的微波频率f而言的80mm至200mm、90mm至180mm、100mm至180mm、100mm至160mm、或115mm至160mm；或者对于范围为从2300至2600MHz的微波频率f而言的30mm至75mm、33mm至65mm、37mm至65mm、37mm至58mm、或42mm至58mm。
由于相同的原因，导电等离子体稳定环可以具有相对于基底或基底保持器的直径范围为从150%至400%、150%至350%、或200%至320%的内径。
当然，可能的是设置为与基底不同尺寸的基底保持器。在这种情况下，基底保持器将通常比基底大并且前述尺寸关系将关于基底保持器进行修改。例如，如果基底保持器形成为比基底更大，则等离子体稳定环的内径相对于基底保持器的尺寸将比前述值小，例如范围为基底保持器直径的100%至200%、105%至200%、或105%至150%。
还应当注意，基底保持器可以由等离子体腔的基部形成。术语“基底保持器”的使用旨在包涵这种变化。此外，基底保持器可以包括为与基底相同直径（如图示）或者比基底大的平坦支承表面。例如，基底保持器可以形成大的平坦表面，由腔室基部或设置在腔室基部上的单独部件形成，并且基底可以仔细地设置在平坦支承表面的中央区域上。在一个布置中，基底保持器的支承表面可以具有另外的元件例如突出部或沟槽以对准和可选地保持基底。可选地，没有这种另外的元件可以设置为使得基底保持器仅仅提供基底设置在其上的平坦支承表面。
由此我们已经描述了根据本发明的某些实施例的导电等离子体稳定环的基本尺寸和位置，例如位置高度、深度、径向宽度和内径，包括绝对值和关于在等离子体腔内的其他部件的相对值。还已经发现，导电等离子体稳定环的截面形状能够影响环如何与在等离子体腔内的电磁场相互作用并且由此影响环如何在使用时影响在基底的生长表面上形成的等离子体。有利地，已经发现，导电等离子体稳定环可以形成为包括较平滑的截面形状而没有任何尖锐的边缘以避免对电磁场的非期望的干扰。例如，环可以包括具有弯曲截面形状的至少一部分，其中曲率半径范围为从1mm至40mm、2mm至30mm、3mm至20mm、或5mm至15mm。在突出环形状的环的情况下，突出到等离子体腔内的环的径向内端部部分可以包括弯曲部分。弯曲端部部分可以具有恒定的曲率半径或者具有变化的曲率半径。例如，弯曲端部部分可以具有为不同曲率半径的至少两个部分。在该情况下，第一部分可以例如具有范围为从10mm至40mm、10mm至30mm、或12mm至20mm的曲率半径，而第二部分可以例如具有范围为从1mm至10mm、2mm至8mm、或3mm至7mm的曲率半径。有利地，具有较大曲率半径的部分设置为更靠近基底，这是由于设置为靠近基底的高度弯曲或尖锐边缘已经发现为在CVD金刚石生长期间有害地影响等离子体，尽管该有害的影响在环设置在距基底的显著距离处的情况下减小。在从等离子体腔的侧壁延伸的环形突出环的情况下，环可以具有基本平坦的上表面（其可以为水平的或者成角度设置）和弯曲的径向内端部部分，该内端部部分具有为较小曲率半径的上部部分和具有较大曲率半径的下部部分。弯曲下部部分可以延伸到腔室的侧壁或者可以设有平坦下部部分（其可以为水平的或成角度设置）。已经发现，具有这种截面形状的环在获得稳定的、均匀的、大面积的等离子体时为有益的而不会产生在等离子体内的有害干扰，这种有害干扰导致不均匀的CVD金刚石生长。
导电等离子体稳定环能够由在使用时可耐受在等离子体腔内的恶劣热环境的材料制成。此外，导电等离子体稳定环可以具有足够的电导率以在使用时与电场相互作用和/或具有足够的热导率以在使用时改变等离子体的热特性。这些特性将在一定程度上取决于在CVD金刚石合成方法中使用的过程参数。但是，对于通常的过程温度和场强，导电等离子体稳定环可以由以下材料形成：其具有至少100℃的熔点、至少1×106Sm-1的电导率和/或至少10WK-1m-1的热导率。合适的材料包括金属材料。示例包括不锈钢、铜、铝、钼和钽。由此，材料可以包括这些材料中的一种或多种的至少80%、90%、95%、或98%。根据某些布置，导电等离子体稳定环由与其设置在其上的等离子体腔壁相同的材料形成。导电等离子体稳定环可以由等离子体腔壁的一部分一体地形成或者通过例如导电接头附接到其上。导电的等离子体稳定环也可以由冷却剂提供以避免过热。
导电等离子体稳定环的最优选的位置、轮廓和尺寸将在一定程度上取决于等离子体腔和基底的总体形状和尺寸。在一个布置中，等离子体腔为基本圆筒形的，而导电等离子体稳定环限定圆形截面形状，其可以为如前所述的连续或不连续的。基本圆筒形的指的是等离子体腔的侧壁的至少80%具有在平均圆的10%内或40mm内的周长。导电等离子体稳定环可以由此限定具有为平均圆的10%或40mm以内的周长的基本圆形的形状。可选地，导电等离子体稳定环可以具有周期性改变的内径，使得环并非是圆形的而是具有n阶旋转对称性，例如多边形环或者具有周期性改变的曲率的环。在该情况下，n优选地为奇数，最优选地为素数例如3、5、或7以减小对电磁场的有害干扰。
根据一个结构，等离子体腔配置为在使用时支持TM01n驻波微波，例如圆柱形TM011模式。等离子体腔可以配置为具有范围为从0.3至1.0的腔高度/腔直径的比率。此外，等离子体腔可以配置为具有范围为从1.5至5、2.0至4.5、或2.5至4.0的腔直径/基底（或基底保持器）直径的比率。可选地，导电等离子体稳定环的内径可以根据等离子体腔的高度选取，使得环内径/等离子体腔高度的比率范围为从0.9至2、0.95至1.8、1.0至1.5或1.1至1.3。
TM011模式将包括位于腔室的任一端部处的两个高电场反节点。导电等离子体稳定环可以设置在基底保持器所位于的腔室的一个端部处或附近，以便使与安装到基底保持器上的基底相邻的高电场反节点（优先于位于腔室的另一端部处的高电场反节点）稳定。
微波可以电容耦合或电感耦合到等离子体腔内。电感耦合已经发现为与导电等离子体稳定环的设置相组合是特别有用的，这是由于这些结构已经发现为均减小在介电窗口处的电击穿的可能性。可选地，微波耦合结构可以布置为在与基底保持器和导电等离子体稳定环所设置的端部相对的等离子体腔的端部处将微波电感耦合到等离子体腔内。微波耦合结构通常包括用于通过介电窗口将微波从发生器耦合到等离子体腔内的波导管。在一个结构中，介电窗口设置在与基底和导电等离子体稳定环所位于的等离子体腔的端部相对的等离子体腔的端部处或附近。由此，导电等离子体稳定环能够用来增大在等离子体腔的基底端部处的电场（优先于在介电窗口所设置的等离子体腔的相对端部处的高电场区域）。这具有减小对介电窗口的破坏和避免在微波耦合到等离子体腔的位置处的电击穿的有利技术效果。因此，根据某些实施例能够避免使用钟形罐以约束等离子体。一个可能性是使用位于与基底相对的等离子体腔的端部处的介电板。另一可能性是经由环形介电窗口将微波耦合到等离子体腔内。这可以如在US6645343中所述地布置在侧壁上。但是，已经发现有利的是将环形介电窗口设置在与基底保持器和基底相对的端壁上。
气体流动系统配置为将工艺气体进给到等离子体腔内。一个可能性是将气体流动系统配置为将工艺气体在等离子体腔的与基底和导电等离子体稳定环所设置的端部相对的端部处进给到等离子体腔内。例如，气体流动系统可以配置为在轴向气体流动类型布置中将工艺气体朝向基底的生长表面注入。在该情况下，导电等离子体稳定环能够辅助防止气体俘获，这种气体俘获是由于工艺气体在等离子体腔的侧壁上往回流动而引起的并且导致从气体入口的气体流动的扰动。这能够另外潜在地导致在CVD金刚石生长过程中的不均匀性。
前述微波等离子体反应器已经发现为对于合成CVD金刚石材料是有利的。合成CVD金刚石材料的方法包括：
设置如上所述的微波等离子体反应器；
将基底设置在所述基底保持器的保持表面上，所述基底具有生长表面；
将微波从微波发生器进给到所述等离子体腔内；
将工艺气体进给到所述等离子体腔内；以及
在所述基底的所述生长表面上形成合成金刚石材料
可选地，导电等离子体稳定环设置在相对于等离子体腔的基部的一定高度处，使得环的下表面位于基底的生长表面的±100mm、70mm、50mm、20mm、或10mm的高度内。已经发现，在使用时，导电等离子体稳定环相对于生长表面的位置对在生长表面处或生长表面附近保证等离子体的稳定是重要的。
例如，环可以设置为具有与生长表面基本同样高度或者刚刚高于生长表面的下边缘。此外，导电等离子体稳定环可以与在使用时所形成的等离子体相邻地向上延伸，使得例如其具有范围为在等离子体腔中的可见等离子体的轴向深度的范围为从1%至100%、10%至75%、20%至50%、或30%至50%的轴向深度。实践中，当导电等离子体稳定环设置在与在使用时在等离子体腔内形成的等离子体对齐的高度处时可以获得最佳的结果。这一般等同于刚刚高于基底的生长表面的高度的高度。
已经意外地发现，如本文所述的导电等离子体稳定环特别有益于容许在高功率和高压力条件下的均匀沉积。通常，就参数压力和功率而言的用于均匀金刚石合成的上限由单极电弧的发生决定。本领域的技术人员将了解，该单极电弧限制受实验因素例如操作频率、压力/功率比率以及基底的几何形状（直径/厚度）的影响。
本发明人发现意外的是如本文所述的导电等离子体稳定环提高就压力和功率而言的操作参数的空间而同时不减小金刚石沉积的面积或所述沉积的均匀性。例如，使用本发明的实施例，可能的是避免在等于或大于以下的操作压力下在等离子体腔内的电弧问题：在范围为从2300至2600MHz的微波频率下的200、220、240、260、280、300、或320Torr；在范围为从800至1000MHz的微波频率下的120、140、160、180、200、或220Torr；或在范围为从400至500MHz的微波频率下的60、70、80、100或120Torr。取决于具体的反应器设计，操作压力可以等于或小于550、450、400、350、或300Torr。例如，使用根据本发明的某些实施例的导电等离子体稳定环的常见操作参数可以对于范围为从2300至2600MHz的微波频率为范围从200至330Torr、对于范围为从800至1000MHz的微波频率为从160至220Torr、或者对于范围为从400至500MHz的微波频率从80至140Torr。使用本发明的实施例，已经发现，可能的是获得在这些压力下的均匀稳定的等离子体和均匀的CVD金刚石生长。
能够被传输给基底的功率密度可以等于或大于0.05、0.1、0.5、1、1.5、2.0、2.5、2.75、3.0、3.2、或3.5W/mm2的基底生长表面。取决于具体的反应器设计，功率密度可以等于或小于基底生长表面的6.0、5.0、或4.0W/mm2。例如，使用根据本发明的某些实施例的导电等离子体稳定环可以范围为从3.0至4.0W/mm2的基底生长表面。
示例
图1示出了微波等离子体反应器的示例。微波等离子体反应器包括以下基本部件：等离子体腔2；设置在等离子体腔中以用于支承基底5的基底保持器4；用于在等离子体腔2内形成等离子体8的微波发生器6；用于经由介电窗口11将微波从微波发生器6进给到等离子体腔2内的微波耦合结构10；以及包括气体入口12和气体出口14以用于将工艺气体进给到等离子体腔2内且将工艺气体从等离子体腔2中去除的气体流动系统。
等离子体腔2形成具有实心金属壁优选地为铝的紧凑的微波腔。等离子体腔的壁可以为液体或气体冷却的（例如，水冷却的）以容许较高功率的操作。这辅助去除对钟形罐的需求以约束反应物，从而再次容许较高的功率而同时也提高材料的纯度。
等离子体腔已经被修改以包括呈绕基底保持器4设置在等离子体腔的端壁中的环形凹部、沟槽或沟道形式的导电等离子体稳定环16。在图示实施例中，环形凹部、沟槽或沟道示出为具有基本方形或矩形的截面形状。但是，在其他布置中，截面形状可以为弯曲的以具有例如半球形或基本U形的截面形状。在另外的替代中，截面形状可以为不对称的并且可以具有例如可变的曲率半径。
图2示出了可选的示例，其中图1的环形凹部16已经由绕基底保持器设置在等离子体腔的端壁上的环形突出部18替代。在图示实施例中，环形突出部18沿竖向方向定向。但是，另一替代为改变竖直定向的环形突出部18以具有朝向腔室的中央部分向内延伸的水平部分。在这种结构中，水平部分可以具有在用于所述环的前述范围内的径向宽度和内径。
图3示出了又一可选的示例，其中如在图2中图示的设置在等离子体腔的端壁上的环形突出部18已经由绕基底保持器设置在等离子体腔的侧壁上的环形突出部20替代。
在图2和3中，环形突出部18示出为具有基本方形或矩形的截面形状。但是，在其他布置中，截面形状可以为弯曲的。例如，环形突出部18可以具有弯曲的端部部分。在这种布置中，端部部分可以具有恒定的曲率半径或者其可以为不对称的并且具有例如可变的曲率半径。
图4示出了包括另一示例的导电等离子体稳定环22的微波等离子体反应器。该布置包括与图3中所示的相似的侧壁安装布置。但是，在图4中图示的布置中，导电等离子体稳定环22具有为基本平坦的上表面24和延伸到下表面28的弯曲端部部分26。弯曲端部部分26具有在导电等离子体稳定环的上部部分中的较小的曲率半径和在下部部分中的较大的曲率半径。已经发现，这种外形特别适于稳定在基底5上方的等离子体8而不会引致对电场的有问题的扰动。
图4还示出了前面讨论的尺寸以避免误解。等离子体腔还具有高度hc和直径dc。在示出的结构中，基底保持器4和基底5具有相同的直径ds。然而，还能想象这些部件可以具有不同的直径。基底具有设置为在等离子体腔的基底的上方hs高度的生长表面。导电等离子体稳定环具有径向宽度Wr、轴向深度da和腔的基底上方的轴向高度ha。
其中导电等离子体稳定环安装到侧壁上从而在与基底的生长表面基本相邻的高度处突出到等离子体腔内的布置是特别有用的，这是由于不同于仅仅可以提供一些模式过滤功能的沟槽式布置，侧部突出环也辅助提高在等离子体腔内的等离子体热管理和气体流动特征。
本发明的实施例提高在CVD金刚石生长过程中的均匀性。均匀性的提高能够通过以下参数中的一个或多个进行测量：CVD金刚石薄膜的厚度均匀性（在整个沉积区域上）；金刚石材料的一个或多个品质参数的均匀性（例如，颜色、光学性质、电子性质、氮吸收、硼吸收、和/或硼的激活能级）；在多晶金刚石材料中，织构均匀性、表面形貌、晶粒尺寸、等；或在其中生长在位于基底载具上的单晶金刚石基底的阵列上发生的单晶金刚石材料中，在每种单晶之间的厚度的均匀性、形貌、边缘结对、横向生长等。用于评估均匀性选取的关键参数取决于合成工艺、由合成产品制造最终产品的经济性、以及最终产品本身的需求。
尽管已经具体参照优选实施例示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解的是，可以进行形式和细节的不同变化而不偏离于由所附权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (47)

1.一种用于经由化学气相沉积制造合成金刚石材料的微波等离子体反应器，所述微波等离子体反应器包括：
等离子体腔；
基底保持器，所述基底保持器设置在所述等离子体腔中并且包括用于支承基底的支承表面，在使用时合成金刚石材料沉积在所述支承表面上；
微波耦合结构，所述微波耦合结构用于将微波从微波发生器进给到所述等离子体腔内；以及
气体流动系统，所述气体流动系统用于将工艺气体进给到所述等离子体腔内和将工艺气体从所述等离子体腔内移除；
其中，所述微波等离子体反应器还包括绕在所述等离子体腔内的所述基底保持器设置的导电等离子体稳定环。
2.根据权利要求1所述的微波等离子体反应器，其中，所述基底保持器设置在所述等离子体腔的端部上，而所述导电等离子体稳定环绕所述基底保持器设置在所述等离子体腔的所述端部上或者设置在所述等离子体腔的侧壁上。
3.根据权利要求1或2所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环形成绕所述基底保持器的完全连续的环。
4.根据权利要求1或2所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环包括多个弧形部段和介于所述多个弧形部段之间的间隙，所述多个弧形部段形成绕所述基底保持器的断开的、不连续的环。
5.根据权利要求4所述的微波等离子体反应器，其中，所述多个弧形部段绕所述导电等离子体稳定环的周长的至少30%、40%、50%、60%、70%、80%、或90%延伸。
6.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环是绕所述等离子体腔的中央轴线对称的。
7.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环的径向宽度相对于所述等离子体腔的直径处于从1%至30%、3%至20%、5%至15%、或8%至12%的范围内。
8.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环具有范围为以下的径向宽度：对于范围为从400MHz至500MHz的微波频率f的10mm至165mm、20mm至100mm、或40mm至80mm；对于范围为从800MHz至1000MHz的微波频率f的5mm至100mm、10mm至50mm、或20mm至40mm；或者对于范围为从2300MHz至2600MHz的微波频率f的2mm至30mm、4mm至20mm、或6mm至15mm。
9.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环的内径相对于所述等离子体腔的直径不小于50%、60%、70%、75%、或80%。
10.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环的内径相对于所述等离子体腔的直径不大于95%、90%、85%、或80%。
11.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环具有内径：
对于范围为从400MHz至500MHz的微波频率f不小于300mm、400mm、450mm、或500mm；对于范围为从800MHz至1000MHz的微波频率f不小于150mm、200mm、240mm、或280mm；或者对于范围为从2300MHz至2600MHz的微波频率f不小于50mm、70mm、85mm、或95mm。
12.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环具有内径：
对于范围为从400MHz至500MHz的微波频率f不大于950mm、850mm、800mm、720mm、或680mm；对于范围为从800MHz至1000MHz的微波频率f不大于450mm、400mm、350mm、或330mm；或者对于范围为从2300MHz至2600MHz的微波频率f不大于170mm、150mm、130mm、或120mm。
13.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环具有内径，其中所述内径/等离子体腔高度的比率在0.9至2、0.95至1.8、1.0至1.5、或1.1至1.3的范围内。
14.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环的轴向深度相对于所述等离子体腔的高度处于从1%至30%、2%至20%、或5%至15%的范围内。
15.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环的轴向深度相对于在所述等离子体腔的两个电场节点之间的竖向距离处于从1%至30%、2%至20%、或5%至15%的范围内。
16.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环具有范围为以下的轴向深度：对于范围为从400MHz至500MHz的微波频率f从10mm至200mm、10mm至150mm、20mm至100mm、40mm至80mm、或40mm至60mm；对于范围为从800MHz至1000MHz的微波频率f从5mm至100mm、5mm至75mm、10mm至50mm、20mm至40mm、或20mm至30mm；或者对于范围为从2300MHz至2600MHz的微波频率f从2mm至35mm、2mm至30mm、4mm至20mm、7mm至15mm、或7mm至10mm。
17.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环设置为具有一下表面，所述下表面位于距设置有所述基底保持器的等离子体腔的端部等于或小于所述等离子体腔的高度的50%、40%、30%、20%或10%的高度处。
18.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环设置在所述基底保持器的所述支承表面的高度的±100mm、±70mm、±50mm、±30mm、±20mm、或±10mm内的高度处。
19.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述等离子体腔为基本圆筒形的，而所述等离子体腔的侧壁的至少80%具有在平均圆形的20%或40mm内的周长。
20.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环限定具有在平均圆形的10%或40mm内的周长的基本圆形的形状。
21.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环由以下材料形成：具有至少100℃的熔点、至少1×106Sm-1的电导率和/或至少10WK-1m-1的热导率。
22.根据权利要求21所述的微波等离子体反应器，其中，所述材料为金属的。
23.根据权利要求21或22所述的微波等离子体反应器，其中，所述材料包括至少80%、90%、95%、或98%的不锈钢、铜、铝、钼、和钽中的一种或多种。
24.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环由与设置有该导电等离子体稳定环的等离子体腔的壁相同的材料形成。
25.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，多于一个的导电等离子体稳定环设置在所述等离子体腔内。
26.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环呈从所述等离子体腔的壁突出到所述等离子体腔内的突出环的形式。
27.根据权利要求1至25中任一项所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环呈在所述等离子体腔的壁中形成的环形凹部的形式。
28.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环形成为包括平滑的截面形状而没有任何尖锐的边缘。
29.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述导电等离子体稳定环包括具有弯曲截面形状的至少一部分，所述部分具有范围为从1mm至40mm、2mm至30mm、3mm至20mm、或5mm至15mm的曲率半径。
30.根据权利要求29所述的微波等离子体反应器，其中，所述部分具有恒定的曲率半径或变化的曲率半径。
31.根据权利要求30所述的微波等离子体反应器，其中，所述部分具有变化的曲率半径，包括具有比上部部分大的曲率半径的下部部分。
32.根据权利要求31所述的微波等离子体反应器，其中，所述下部部分具有在从10mm至40mm、10mm至30mm、或12mm至20mm的范围内的曲率半径，而所述上部部分具有在从1mm至10mm、2mm至8mm、或3mm至7mm的范围内的曲率半径。
33.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述微波耦合结构布置为在所述等离子体腔的与所述基底保持器和所述导电等离子体稳定环所设置的端部相对的端部处将微波电感耦合到所述等离子体腔内。
34.根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器，其中，所述气体流动系统配置为在所述等离子体腔的与所述基底保持器和所述导电等离子体稳定环所设置的端部相对的端部处将工艺气体进给到所述等离子体腔内。
35.根据权利要求34所述的微波等离子体反应器，其中，所述气体流动系统配置为将工艺气体朝向所述基底的所述生长表面注入。
36.一种使用化学气相沉积工艺制造合成金刚石材料的方法，所述方法包括：
设置根据任一前述权利要求所述的微波等离子体反应器；
将基底设置在所述基底保持器的支承表面上，所述基底具有生长表面；
将微波从微波发生器进给到所述等离子体腔内；
将工艺气体进给到所述等离子体腔内；以及
在所述基底的所述生长表面上形成合成金刚石材料。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述导电等离子体稳定环设置在相对于所述等离子体的基部在所述基底的生长表面的高度的±100mm、±70mm、±50mm、±30mm、±20mm、或±10mm内的高度处。
38.根据权利要求36或37所述的方法，其中，所述导电等离子体稳定环设置在与在使用时在所述等离子体腔内形成的等离子体对齐的高度处。
39.根据权利要求36至38中任一项所述的方法，其中，所述导电等离子体稳定环具有相对于所述基底的直径在10%至50%、15%至40%、20%至35%、或25%至30%的范围内的径向宽度。
40.根据权利要求36至39中任一项所述的方法，其中，所述导电等离子体稳定环具有相对于在所述等离子体腔内的可见等离子体的直径在110%至250%、120%至200%、120%至160%、或130%至150%的范围内的内径。
41.根据权利要求36至40中任一项所述的方法，其中，所述导电等离子体稳定环具有相对于所述基底的直径在150%至400%、150%至350%、或200%至320%的范围内的内径。
42.根据权利要求36至41中任一项所述的方法，其中，所述导电等离子体稳定环具有范围为在使用时在所述等离子体腔中的可见等离子体的轴向深度的1%至100%、10%至75%、20%至50%、或30%至50%的轴向深度。
43.根据权利要求36至42中任一项所述的方法，其中，在所述等离子体腔内的操作压力等于或大于：对于范围为从2300MHz至2600MHz的微波频率的200、220、240、260、280、300、或320Torr；对于范围为从800MHz至1000MHz的微波频率的120、140、160、180、200、或220Torr；或者对于范围为从400MHz至500MHz的微波频率的60、70、80、100、或120Torr。
44.根据权利要求36至43中任一项所述的方法，其中，传送给所述基底的功率密度等于或大于生长表面的0.05、0.1、0.5、1、1.5、2.0、2.5、2.75、3.0、3.2、或3.5W/mm2。
45.根据权利要求36至44中任一项所述的方法，其中，所述微波在与所述等离子体腔的与所述基底和所述导电等离子体稳定环设置的端部相对的端部处耦合到所述等离子体腔内。
46.根据权利要求36至45中任一项所述的方法，其中，所述工艺气体在所述等离子体腔的与所述基底和所述导电等离子体稳定环设置的端部相对的端部处进给到所述等离子体腔内，所述工艺气体朝向所述基底的所述生长表面注入。
47.根据权利要求36至46中任一项所述的方法，其中，所述微波等离子体反应器反转，从而所述等离子体腔的支承所述基底的基部形成所述等离子体腔相对于地面的上壁。
CN201180068069.2A 2010-12-23 2011-12-14 用于制造合成金刚石材料的微波等离子体反应器 Active CN103392218B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1021853.5 2010-12-23
GBGB1021853.5A GB201021853D0 (en) 2010-12-23 2010-12-23 A microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material
US201161439247P 2011-02-03 2011-02-03
US61/439,247 2011-02-03
PCT/EP2011/072821 WO2012084657A1 (en) 2010-12-23 2011-12-14 A microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103392218A true CN103392218A (zh) 2013-11-13
CN103392218B CN103392218B (zh) 2016-05-11

Family

ID=43598902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180068069.2A Active CN103392218B (zh) 2010-12-23 2011-12-14 用于制造合成金刚石材料的微波等离子体反应器

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9410242B2 (zh)
EP (1) EP2656371B1 (zh)
JP (1) JP5525111B2 (zh)
KR (1) KR101507257B1 (zh)
CN (1) CN103392218B (zh)
GB (2) GB201021853D0 (zh)
SG (1) SG191225A1 (zh)
WO (1) WO2012084657A1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103911596A (zh) * 2014-02-27 2014-07-09 武汉工程大学 一种制备金刚石膜的装置及使用该装置制备金刚石膜的方法
CN106661732A (zh) * 2014-06-16 2017-05-10 六号元素技术有限公司 用于制造合成金刚石材料的微波等离子体反应器
CN106929828A (zh) * 2017-05-12 2017-07-07 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种用于微波等离子体化学气相沉积法制备金刚石膜的基片台
CN109477213A (zh) * 2016-07-28 2019-03-15 尼奥科特股份公司 制备合成材料的环状薄膜的方法及实施该方法的装置
CN110565160B (zh) * 2018-06-05 2021-11-09 广东众元半导体科技有限公司 一种微波等离子体化学气相沉积装置
CN116926500A (zh) * 2023-07-20 2023-10-24 北方工业大学 一种沉积尺寸可调的环形金刚石化学气相沉积装置

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10689753B1 (en) * 2009-04-21 2020-06-23 Goodrich Corporation System having a cooling element for densifying a substrate
GB201121640D0 (en) * 2011-12-16 2012-01-25 Element Six Ltd Large area optical synthetic polycrystalline diamond window
GB201222395D0 (en) * 2012-12-12 2013-01-23 Element Six Ltd Microwave plasma CVD synthetic diamond growth on non-planar and/or non-refractory substrates
WO2015151148A1 (ja) * 2014-03-31 2015-10-08 Ｓｐｐテクノロジーズ株式会社 高周波電力システム及びこれを備えたプラズマ処理装置
KR102118405B1 (ko) * 2014-03-31 2020-06-03 에스피피 테크놀로지스 컴퍼니 리미티드 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법
GB201514998D0 (en) 2015-08-24 2015-10-07 Element Six Technologies Ltd Microwave generators and manufacure of synthetic diamond material
GB201516814D0 (en) 2015-09-23 2015-11-04 Element Six Technologies Ltd Method of fabricating a plurality of single crystal CVD synthetic diamonds
GB201522502D0 (en) 2015-12-21 2016-02-03 Element Six Technologies Ltd Thick Optical quality synethetic polycrystalline Diamond Material with low bulk absorption and low microfeature density
US10280511B2 (en) 2016-03-07 2019-05-07 Ii-Vi Incorporated Method of manufacture of free standing microwave plasma CVD polycrystalline diamond films with major dimensions on the order of one wavelength of the utilized microwave
ES2882037T3 (es) 2016-09-06 2021-12-01 Nano Coatings S L Sistema y método de fabricación de diamante mediante deposición química en fase vapor asistida por plasma alimentado por energía de microondas iniciado con láser
FR3060024B1 (fr) * 2016-12-09 2019-05-31 Diam Concept Reacteur modulaire pour le depot assiste par plasma microonde
KR102432857B1 (ko) * 2017-09-01 2022-08-16 삼성전자주식회사 플라즈마 처리 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
CN108624870B (zh) * 2018-07-05 2023-07-28 成都纽曼和瑞微波技术有限公司 一种可调谐圆抛腔式高功率微波等离子体化学气相沉积装置
CA3173037A1 (en) * 2020-02-24 2021-09-02 M7D Corporation Plasma shaping for diamond growth
CN112695382B (zh) * 2020-12-14 2022-03-15 哈尔滨工业大学 基于网格化结构电极提高金刚石异质外延形核均匀性的方法
CN113417007A (zh) * 2021-06-23 2021-09-21 秦皇岛本征晶体科技有限公司 一种基于气流系统结构控制金刚石沉积速率的方法
US20230392255A1 (en) * 2022-06-06 2023-12-07 Plasmability, LLC. Multiple Chamber System for Plasma Chemical Vapor Deposition of Diamond and Related Materials

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0447031A1 (en) * 1990-03-05 1991-09-18 Board Of Governors Of Wayne State University Composite susceptor
US5370912A (en) * 1988-10-31 1994-12-06 Norton Company Diamond film deposition with a microwave plasma
EP0758688A1 (en) * 1995-08-11 1997-02-19 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Apparatuses for deposition or etching
TW583343B (en) * 2000-03-24 2004-04-11 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus and dielectric plate adapted to be provided between a process chamber of a plasma processing apparatus and slot electrode guiding a microwave used for a plasma process
CN1563480A (zh) * 2004-04-22 2005-01-12 大连理工大学 金刚石碳锥沉积方法
US20060266279A1 (en) * 2005-05-26 2006-11-30 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Method of producing single crystal
JP3907444B2 (ja) * 2001-11-01 2007-04-18 キヤノン株式会社 プラズマ処理装置及び構造体の製造方法
CN2937155Y (zh) * 2006-07-20 2007-08-22 浙江大学 用于铝材表面沉积类金刚石膜的装置

Family Cites Families (105)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62162366A (ja) 1981-09-17 1987-07-18 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 炭素被膜を有する複合体
JPS61251158A (ja) 1985-04-30 1986-11-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 放熱基板
JPS62235393A (ja) 1986-04-07 1987-10-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 高硬度固体潤滑膜およびその形成方法
JPS62167886A (ja) 1986-11-19 1987-07-24 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 炭素被膜を有する複合体
KR900008505B1 (ko) 1987-02-24 1990-11-24 세미콘덕터 에너지 라보라터리 캄파니 리미티드 탄소 석출을 위한 마이크로파 강화 cvd 방법
US5273790A (en) 1987-03-30 1993-12-28 Crystallume Method for consolidating diamond particles to form high thermal conductivity article
JPS6424094A (en) 1987-07-21 1989-01-26 Nat Inst Res Inorganic Mat Synthesizing apparatus for diamond
JPH01297141A (ja) 1988-05-25 1989-11-30 Canon Inc マイクロ波プラズマ処理装置
US5261959A (en) 1988-05-26 1993-11-16 General Electric Company Diamond crystal growth apparatus
US5258206A (en) * 1989-01-13 1993-11-02 Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. Method and apparatus for producing diamond thin films
JPH02260470A (ja) 1989-03-30 1990-10-23 Sumitomo Electric Ind Ltd 発光素子
EP0402867B1 (en) 1989-06-15 1995-03-01 Sel Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Apparatus for microwave processing in a magnetic field
US5273731A (en) 1989-09-14 1993-12-28 General Electric Company Substantially transparent free standing diamond films
JPH03281594A (ja) 1990-03-29 1991-12-12 Hitachi Ltd 発光材料及び表示装置
JPH049471A (ja) * 1990-04-27 1992-01-14 Seiko Instr Inc ダイヤモンドの合成方法
US5264071A (en) 1990-06-13 1993-11-23 General Electric Company Free standing diamond sheet and method and apparatus for making same
EP0480581A1 (en) 1990-09-10 1992-04-15 Applied Science & Technology, Inc. Recirculating high velocity convective flow reactor system
EP0478283B1 (en) * 1990-09-26 1996-12-27 Hitachi, Ltd. Microwave plasma processing method and apparatus
EP0487292B1 (en) 1990-11-22 1996-02-14 Sumitomo Electric Industries, Limited Polycrystalline diamond tool and method for producing same
JPH04238896A (ja) 1991-01-10 1992-08-26 Nachi Fujikoshi Corp 気相法によるダイヤモンド板の製造方法
WO1992014861A1 (en) 1991-02-26 1992-09-03 Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. Microwave plasma cvd device, and method for synthesizing diamond by device thereof
US5432315A (en) * 1991-05-31 1995-07-11 Hitachi, Ltd. Plasma process apparatus including ground electrode with protection film
JPH0513342A (ja) 1991-06-20 1993-01-22 Kawasaki Steel Corp 半導体ダイヤモンド
CA2082711A1 (en) 1991-12-13 1993-06-14 Philip G. Kosky Cvd diamond growth on hydride-forming metal substrates
US5302803A (en) 1991-12-23 1994-04-12 Consortium For Surface Processing, Inc. Apparatus and method for uniform microwave plasma processing using TE1101 modes
US5311103A (en) 1992-06-01 1994-05-10 Board Of Trustees Operating Michigan State University Apparatus for the coating of material on a substrate using a microwave or UHF plasma
EP0582397A3 (en) 1992-08-05 1995-01-25 Crystallume CVD diamond material for radiation detector and method for manufacturing the same.
US5314652A (en) 1992-11-10 1994-05-24 Norton Company Method for making free-standing diamond film
US5501740A (en) 1993-06-04 1996-03-26 Applied Science And Technology, Inc. Microwave plasma reactor
SE9302222L (sv) 1993-06-28 1994-08-22 Ladislav Bardos Mikrovågsapparat för plasmaprocesser
US5397396A (en) 1993-12-27 1995-03-14 General Electric Company Apparatus for chemical vapor deposition of diamond including thermal spreader
US5587124A (en) 1994-07-05 1996-12-24 Meroth; John Method of making synthetic diamond film with reduced bowing
US5551983A (en) 1994-11-01 1996-09-03 Celestech, Inc. Method and apparatus for depositing a substance with temperature control
JP3653758B2 (ja) 1994-11-07 2005-06-02 住友電気工業株式会社 自立したダイヤモンドウェハーおよびその製造方法
US6533869B1 (en) 1995-02-15 2003-03-18 Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation Apparatus and method for making free standing diamond
JP3041844B2 (ja) * 1995-08-11 2000-05-15 住友電気工業株式会社 成膜又はエッチング装置
KR970071945A (ko) 1996-02-20 1997-11-07 가나이 쯔도무 플라즈마처리방법 및 장치
KR100293033B1 (ko) 1996-03-28 2001-06-15 고지마 마타오 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법
US6106678A (en) 1996-03-29 2000-08-22 Lam Research Corporation Method of high density plasma CVD gap-filling
US5643365A (en) 1996-07-25 1997-07-01 Ceram Optec Industries Inc Method and device for plasma vapor chemical deposition of homogeneous films on large flat surfaces
GB9616043D0 (en) 1996-07-31 1996-09-11 De Beers Ind Diamond Diamond
JP3582287B2 (ja) * 1997-03-26 2004-10-27 株式会社日立製作所 エッチング装置
JP3281594B2 (ja) 1998-01-12 2002-05-13 マルマテクニカ株式会社 建設作業機用起振型油圧シリンダ装置
DE19802971C2 (de) 1998-01-27 1999-12-02 Fraunhofer Ges Forschung Plasmareaktor
WO1999049705A1 (fr) 1998-03-20 1999-09-30 Tokyo Electron Limited Dispositif de traitement plasmique
US6582513B1 (en) 1998-05-15 2003-06-24 Apollo Diamond, Inc. System and method for producing synthetic diamond
JP3507331B2 (ja) 1998-05-20 2004-03-15 松下電器産業株式会社 基板温度制御方法及び装置
DE19841777C1 (de) 1998-09-12 2000-01-05 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung zur plasmatechnischen Abscheidung von polykristallinem Diamant
US6414338B1 (en) 1998-11-30 2002-07-02 Sandia National Laboratories n-Type diamond and method for producing same
JP3542514B2 (ja) * 1999-01-19 2004-07-14 株式会社日立製作所 ドライエッチング装置
JP3496560B2 (ja) 1999-03-12 2004-02-16 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US6388632B1 (en) 1999-03-30 2002-05-14 Rohm Co., Ltd. Slot antenna used for plasma surface processing apparatus
TW516113B (en) 1999-04-14 2003-01-01 Hitachi Ltd Plasma processing device and plasma processing method
KR100352985B1 (ko) 1999-04-30 2002-09-18 한국과학기술연구원 균열이 없고 평탄한 다이아몬드막 합성 방법
US6565661B1 (en) 1999-06-04 2003-05-20 Simplus Systems Corporation High flow conductance and high thermal conductance showerhead system and method
US6528752B1 (en) 1999-06-18 2003-03-04 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP3590883B2 (ja) 1999-06-21 2004-11-17 独立行政法人 科学技術振興機構 紫外線発光デバイス及びその製造方法
FR2798552B1 (fr) 1999-09-13 2001-11-30 Centre Nat Rech Scient Dispositif assurant une division de puissance micro-onde predeterminee sur une pluralite de charges, notamment pour la production de plasma
TW480594B (en) 1999-11-30 2002-03-21 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus
GB0006318D0 (en) 2000-03-15 2000-05-03 De Beers Ind Diamond Radiation detector
JP2001267305A (ja) 2000-03-17 2001-09-28 Hitachi Ltd プラズマ処理装置
US6527909B2 (en) 2000-04-27 2003-03-04 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus
JP4598247B2 (ja) 2000-08-04 2010-12-15 東京エレクトロン株式会社 ラジアルアンテナ及びそれを用いたプラズマ装置
KR100375335B1 (ko) 2001-01-17 2003-03-06 한국과학기술연구원 다이아몬드막의 제조방법 및 장치
JP2002265296A (ja) 2001-03-09 2002-09-18 Kobe Steel Ltd ダイヤモンド薄膜及びその製造方法
US7171919B2 (en) 2001-03-27 2007-02-06 Small Business Corporation Diamond film depositing apparatus using microwaves and plasma
JP2003045810A (ja) 2001-07-31 2003-02-14 Canon Inc プラズマ処理装置
DE10138693A1 (de) 2001-08-07 2003-07-10 Schott Glas Vorrichtung zum Beschichten von Gegenständen
UA81614C2 (ru) 2001-11-07 2008-01-25 Карнеги Инститьюшн Ов Вашингтон Устройство для изготовления алмазов, узел удержания образца (варианты) и способ изготовления алмазов (варианты)
GB0130005D0 (en) 2001-12-14 2002-02-06 Diamanx Products Ltd Boron doped diamond
JP2003321296A (ja) 2002-04-25 2003-11-11 Shin Etsu Chem Co Ltd ダイヤモンド膜及びその製造方法
FR2848335B1 (fr) 2002-12-06 2005-10-07 Centre Nat Rech Scient Procede d'elaboration de diamant de type n a haute conductivite electrique
JP2004244298A (ja) * 2002-12-17 2004-09-02 Kobe Steel Ltd ダイヤモンド気相合成用基板ホルダ及びダイヤモンド気相合成方法
JP2004235434A (ja) 2003-01-30 2004-08-19 Rohm Co Ltd プラズマ処理装置
JP2005044822A (ja) * 2003-07-22 2005-02-17 Shibaura Mechatronics Corp プラズマ処理装置
US20050016445A1 (en) 2003-07-24 2005-01-27 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method for producing diamond film
KR100872260B1 (ko) * 2004-02-16 2008-12-05 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법
KR100595418B1 (ko) 2004-07-27 2006-07-03 (주)아이씨디 알루미늄 플라즈마 챔버 및 그 제조 방법
JP2006128075A (ja) 2004-10-01 2006-05-18 Seiko Epson Corp 高周波加熱装置、半導体製造装置および光源装置
JP4673111B2 (ja) 2005-03-31 2011-04-20 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
GB0508889D0 (en) 2005-04-29 2005-06-08 Element Six Ltd Diamond transistor and method of manufacture thereof
CN101198544A (zh) 2005-05-25 2008-06-11 卡尼吉华盛顿协会 快速生长速率的无色单晶cvd金刚石
JP5376750B2 (ja) 2005-11-18 2013-12-25 出光興産株式会社 半導体薄膜、及びその製造方法、並びに薄膜トランジスタ、アクティブマトリックス駆動表示パネル
JP5068458B2 (ja) 2006-01-18 2012-11-07 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
TW200806826A (en) 2006-02-07 2008-02-01 Han H Nee Materials and methods for the manufacture of large crystal diamonds
KR100980529B1 (ko) 2006-03-27 2010-09-06 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치
JP4683334B2 (ja) 2006-03-31 2011-05-18 株式会社島津製作所 表面波励起プラズマ処理装置
JP2007284773A (ja) 2006-04-20 2007-11-01 Sumitomo Electric Ind Ltd ダイヤモンドの合成方法
JP2007331955A (ja) 2006-06-12 2007-12-27 National Institute Of Advanced Industrial & Technology ダイヤモンド製造方法
CN101385129B (zh) 2006-07-28 2011-12-28 东京毅力科创株式会社 微波等离子体源和等离子体处理装置
FR2905312B1 (fr) 2006-08-30 2008-10-31 Vernet Sa Vanne thermostatique destinee a etre interposee entre un reservoir de carburant et un moteur thermique, et circuit de circulation de carburant correspondant
JP5503287B2 (ja) 2006-09-05 2014-05-28 エレメント シックス リミテッド 固体電極
EP2108062A2 (en) 2007-01-22 2009-10-14 Element Six Limited Diamond electronic devices including a surface and methods for their manufacture
JP5142074B2 (ja) 2007-01-29 2013-02-13 住友電気工業株式会社 マイクロ波プラズマｃｖｄ装置
US7776408B2 (en) * 2007-02-14 2010-08-17 Rajneesh Bhandari Method and apparatus for producing single crystalline diamonds
WO2008123605A1 (en) 2007-03-29 2008-10-16 Tokyo Electron Limited Plasma process apparatus
US20080303744A1 (en) 2007-06-11 2008-12-11 Tokyo Electron Limited Plasma processing system, antenna, and use of plasma processing system
US20100028556A1 (en) 2008-05-09 2010-02-04 Apollo Diamond Gemstone Corporation Chemical vapor deposition colored diamond
JP5261690B2 (ja) 2008-05-20 2013-08-14 貞雄 竹内 高強度ダイヤモンド膜工具
US8316797B2 (en) 2008-06-16 2012-11-27 Board of Trustees of Michigan State University Fraunhofer USA Microwave plasma reactors
KR101174277B1 (ko) 2008-07-09 2012-08-16 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치
JP2010074154A (ja) 2008-08-22 2010-04-02 Tokyo Electron Ltd マイクロ波導入機構、マイクロ波プラズマ源およびマイクロ波プラズマ処理装置
JP2010159185A (ja) 2009-01-09 2010-07-22 Shin-Etsu Chemical Co Ltd 積層基板とその製造方法及びダイヤモンド膜とその製造方法
JP5222744B2 (ja) 2009-01-21 2013-06-26 国立大学法人東北大学 プラズマ処理装置
US8747963B2 (en) 2009-01-23 2014-06-10 Lockheed Martin Corporation Apparatus and method for diamond film growth

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5370912A (en) * 1988-10-31 1994-12-06 Norton Company Diamond film deposition with a microwave plasma
EP0447031A1 (en) * 1990-03-05 1991-09-18 Board Of Governors Of Wayne State University Composite susceptor
EP0758688A1 (en) * 1995-08-11 1997-02-19 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Apparatuses for deposition or etching
TW583343B (en) * 2000-03-24 2004-04-11 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus and dielectric plate adapted to be provided between a process chamber of a plasma processing apparatus and slot electrode guiding a microwave used for a plasma process
JP3907444B2 (ja) * 2001-11-01 2007-04-18 キヤノン株式会社 プラズマ処理装置及び構造体の製造方法
CN1563480A (zh) * 2004-04-22 2005-01-12 大连理工大学 金刚石碳锥沉积方法
US20060266279A1 (en) * 2005-05-26 2006-11-30 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Method of producing single crystal
CN2937155Y (zh) * 2006-07-20 2007-08-22 浙江大学 用于铝材表面沉积类金刚石膜的装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M.NAGATSU ET AL.: "Diagnostics of plasma ball formed in high pressure microwave plasma for diamond film synthesis", 《DIAMOND AND RELATED MATERIALS》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103911596A (zh) * 2014-02-27 2014-07-09 武汉工程大学 一种制备金刚石膜的装置及使用该装置制备金刚石膜的方法
CN103911596B (zh) * 2014-02-27 2016-07-06 武汉工程大学 一种制备金刚石膜的装置及使用该装置制备金刚石膜的方法
CN106661732A (zh) * 2014-06-16 2017-05-10 六号元素技术有限公司 用于制造合成金刚石材料的微波等离子体反应器
CN106661732B (zh) * 2014-06-16 2019-03-19 六号元素技术有限公司 用于制造合成金刚石材料的微波等离子体反应器以及制造合成金刚石材料的方法
CN109477213A (zh) * 2016-07-28 2019-03-15 尼奥科特股份公司 制备合成材料的环状薄膜的方法及实施该方法的装置
CN106929828A (zh) * 2017-05-12 2017-07-07 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种用于微波等离子体化学气相沉积法制备金刚石膜的基片台
CN110565160B (zh) * 2018-06-05 2021-11-09 广东众元半导体科技有限公司 一种微波等离子体化学气相沉积装置
CN116926500A (zh) * 2023-07-20 2023-10-24 北方工业大学 一种沉积尺寸可调的环形金刚石化学气相沉积装置
CN116926500B (zh) * 2023-07-20 2024-03-12 北方工业大学 一种沉积尺寸可调的环形金刚石化学气相沉积装置

Also Published As

Publication number Publication date
GB2486783A (en) 2012-06-27
US9410242B2 (en) 2016-08-09
US20140048016A1 (en) 2014-02-20
KR20130102639A (ko) 2013-09-17
WO2012084657A1 (en) 2012-06-28
EP2656371A1 (en) 2013-10-30
GB2486783B (en) 2014-02-12
KR101507257B1 (ko) 2015-03-30
GB201021853D0 (en) 2011-02-02
SG191225A1 (en) 2013-07-31
JP5525111B2 (ja) 2014-06-18
EP2656371B1 (en) 2019-08-07
JP2014506291A (ja) 2014-03-13
CN103392218B (zh) 2016-05-11
GB201121505D0 (en) 2012-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103392218A (zh) 用于制造合成金刚石材料的微波等离子体反应器
CN103339707B (zh) 用于制造合成金刚石材料的微波等离子体反应器
KR101454569B1 (ko) 합성 다이아몬드 물질을 제조하기 위한 마이크로파 플라즈마 반응기
RU2666135C2 (ru) Свч-плазменный реактор для изготовления синтетического алмазного материала
CN110268095B (zh) 用于微波等离子体辅助沉积的模块化反应器
CN113802107B (zh) 利用pecvd制备石墨烯的装置和方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant