JP2002506786A - ホット・フィラメントｄｃプラズマを用いたダイヤモンドの核形成および堆積のための装置および方法 - Google Patents

ホット・フィラメントｄｃプラズマを用いたダイヤモンドの核形成および堆積のための装置および方法

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Abstract

(57)【要約】 ホット・フィラメントＤＣプラズマ蒸着によりダイヤモンドの核形成および成長を行うための方法および装置である。この装置は、反応ガス中の水素を解離させるための抵抗加熱されるフィラメントアレイを使用している。両面ダイヤモンド成長において、基板−ホット・フィラメント−グリッド−ホット・フィラメント−基板の構成または基板−ホット・フィラメント−ホット・フィラメント−基板の構成が用いられる。後者の構成の場合、２つの独立したフィラメントアレイがホット・フィラメントおよびグリッドの双方として作用し、ＡＣまたはＤＣプラズマがこれらフィラメントアレイ間に維持される。この構成および他の電極構成において、グリッド電極がホット・フィラメントに対して正にバイアスされプラズマが維持される。このグリッドおよびホット・フィラメントを横切るプラズマ電位勾配によりプラズマからイオンが前記フィラメントに向けて引出される。堆積速度を更に促進させるため、フィラメントアレイが基板ホルダーに対して負にバイアスされ、それにより基板とフィラメントアレイとの間でＤＣプラズマが維持される。核形成の間、基板ホルダー近隣のフィラメントが基板に対して正にバイアスされ、それにより更に多くのイオンが基板に向けて加速される。その結果、基板に向けての成長先駆物質の流れが向上し、基板上に高密度のダイヤモンド核形成が生じ、スクラッチまたはダイヤモンド種付けなどの前処理を必要としない。この核形成法は成長プロセスを簡素化し、Ｓｉ（１００）のような単結晶基板上にダイヤモンド核をヘテロエピタキシャル成長させるのに便利で経済的な手段を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の技術的分野） 本発明は、ダイヤモンドフィルムの化学蒸着（ＣＶＤ）、特にホット・フィラ
メントＤＣプラズマによるダイヤモンドフィルムの核形成および堆積のための方
法および装置に関する。
【０００２】 （発明の背景） ホット・フィラメント化学蒸着（ＨＦＣＶＤ）は種々の基板に多結晶質ダイヤ
モンドを堆積するために研究者により広く使用されている。ダイヤモンドのＨＦ
ＣＶＤのために一般的に使用されている技術および反応器の構成が、Ｊ．Ｍａｔ
ｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ １７， ３１０６（１９８２），“メタン−水
素ガスからダイヤモンド粒子の成長”，Ｍａｔｕｓｕｍｏｔｏらによる文献に詳
述されている。この文献による開示以降、多くの研究者によりＨＦＣＶＤによる
技術を改良することが試みられている。このような展開はＣ．Ｅ．Ｓｐｅａｒに
よる評論記事“将来のダイヤモンドセラミック コーティング”，Ｊ．Ａｍ．Ｃ
ｅｒａｍ．Ｓｏｃ．７２（２），１７１（１９８９）に記載されている。この反
応器は一般に、抵抗加熱されたフィラメントおよび加熱又は冷却された基板ステ
ージを具備してなり、これらはポンプおよび圧力モニター装置を備えた反応器チ
ャンバー内に収納されている。このフィラメントは高融点耐火金属から作られ、
これは通常、水素と炭化水素との混合物を含む供給ガス中の水素および他の分子
を解離させるために使用される。水素原子およびその他の解離生成物を後に供給
ガスと反応させ、ダイヤモンド形成の元となる先駆物質を生じさせる。この先駆
物質はついで、多結晶質ダイヤモンド形成のため、基板に向けて拡散され、凝縮
される。このフィラメントと基板との間隔は通常、０．５ないし５ｃｍの範囲で
ある。この小さな距離により、十分な量の成長先駆物質が基板に向けて拡散され
、その後、より安定な分子に再結合される。
【０００３】 他のダイヤモンドフィルムの成長方法、例えばマイクロ波プラズマＣＶＤ（Ｍ
ＷＣＶＤ）、高周波ＣＶＤ、プラズマジェットＣＶＤなどと比較して、このダイ
ヤモンドフィルムのＨＦＣＶＤ法の主な利点は、設備費を安価にすることができ
ること、大面積の基板の製造に容易にスケールアップすることができることであ
る。ＨＦＣＶＤ法を用いたダイヤモンドの成長速度は通常、５μｍ／時間を超え
ず、一般には約１μｍ／時間であり（例えば、ＰＣＴ特許出願国際公開ＷＯ９１
／１４７９８，Ｇａｒｇら，発明の名称、“ホット・フィラメント化学蒸着反応
器の改良”を参照のこと）、経済的に実行可能な厚いフィルムの製造に十分なも
のとは言えない。他の公知のダイヤモンド成長方法と同様に、このＨＦＣＶＤ法
の主な欠点は、基板表面のスクラッチング（傷つけ：scratching）またはダイヤ
モンド種つけ（seeding）がダイヤモンドの核形成開始のために必要となること である。このような前処理は基板表面に高い割合での欠陥を誘起させることにな
り、従って、一般にダイヤモンドのヘテロエピタキシャル成長を得る可能性を排
除することになる。また、この前処理はＣＶＤダイヤモンド製造コストを増大さ
せる。
【０００４】 核形成を向上させる方法が、Ｙｕｇｏらによる論文、“プラズマ化学蒸着にお
ける電界によるダイヤモンド核の発生”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ ５８（１０），１０３６−１０３８（１９９１）に開示されてお
り、これには従来のダイヤモンドＣＶＤ成長プロセスの前にシリコン鏡面上にダ
イヤモンド核を事前に堆積させることが提案されている。Ｙｕｇｏらは、更にダ
イヤモンド核成長には、水素中での高いメタン含量が必要であり、５％未満では
ダイヤモンド核成長は生ぜず、メタン含量が１０％を超えた時にのみ核の高い密
度が得られると報告している。Ｙｕｇｏらは更に、ＣＶＤプラズマに対する基板
のバイアスはスパッタリングを回避するため２００ボルト未満とすること、及び
一般的にはこのバイアスを７０ボルトであることを報告している。また、上記前
処理のための総持続時間は２ないし１５分間に限定されている。
【０００５】 更に最近では、Ｓｔｏｎｅｒら（国際特許第９３／１３２４２，発明の名称、
“ダイヤモンドの化学蒸着のための核形成の向上”、参照）及びＪｉａｎｇら（
“シリコン基板（００１）面上のエピタキシャルダイヤモンド薄膜”，Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ６２（２６），３４３８−３４４０
（１９９３）、参照）は、シリコン上へのダイヤモンドフィルムのＭＷＣＶＤの
間にＣＶＤプラズマに対し基板に負のバイアスを印加することによりダイヤモン
ドの核形成が向上することを、別々に開示している。更に重要なことは、これら
双方のグループは、スクラッチング／ダイヤモンド種つけ前処理の省略の結果、
シリコン基板表面の結晶性が保持され、同時に核形成の向上が図られ、Ｓｉ（１
００）面上へのダイヤモンド（１００）核のヘテロエピタキシャル形成が可能に
なったことを報告している。Ｊｉａｎｇらによる方法によれば、ＣＨ4 ／Ｈ2 を
用いたダイヤモンドのＭＷＣＶＤの一般的手法において、基板はマイクロ波プラ
ズマに関して−１００ないし−３００Ｖのバイアスが印加されている。他方、Ｓ
ｔｏｎｅｒらによる方法によれば、核形成向上のために必要な基板への負のバイ
アスは２５０Ｖ以上とすべきとしている。改良されたＨＦＣＶＤ−ＤＣプラズマ
法および装置におけるダイヤモンドの核形成およびダイヤモンドのヘテロエピタ
キシャル核形成では、ＭＷＣＶＤ法によるよりも装置への投資が少なくて済み、
これが後述のように本発明の１つの利点である。
【０００６】 従来のＨＦＣＶＤをＤＣプラズマＣＶＤと結合させることにより改良すること
がＪＰ１７３３６６（１９８６）、ＪＰ７５２８２（１９８７）、ヨーロッパ特
許公開０２５４３１２Ａ１にてＡ．ＩｋｅｇａｙａおよびＴ．Ｍａｓａａｋｉに
より先に提案されている。この方法によれば、ホット・フィラメント・アレイが
熱電子（イオン）エミッターとして使用され、グリッド電極がホット・フィラメ
ント・アレイと基板との間に挿入されている。このフィラメント・アレイおよび
基板は双方とも、２つのＤＣプラズマ領域を形成するためにグリッド電極に対し
負にバイアスされている。なお、この２つのＤＣプラズマ領域の内の１つはフィ
ラメント・アレイとグリッド電極との間に形成され、他の１つはグリッド電極と
基板との間に形成される。これら２つのプラズマ領域において、グリッド−フィ
ラメント領域におけるプラズマ密度は、ホット・フィラメントからの熱電子（イ
オン）の放出のためグリッド−基板領域間のプラズマ密度よりもかなり大きい。
グリッド−フィラメント領域において、イオンはフィラメントに向けて、すなわ
ち、基板から離れて抽出される。ガス相の衝突を介して、この抽出物がフィラメ
ント近傍に発生した反応物をも基板に向ってでなく基板から離れて移動させる。
Ｉｋｅｇａｙａらは、水素中１％メタンガス、ホット・フィラメント／グリッド
間の電力密度４０Ｗ／ｃｍ2 、グリッド電極／基板間の電力密度２０Ｗ／ｃｍ2
、ホット・フィラメント温度約２，０００℃、基板温度９８０−１，０１０℃お
よび圧力９０ｔｏｒｒの条件下で、炭化タングステン基板上に２μｍ／時間の成
長速度を達成したことを報告している。更に、Ｈ2中２％（ＣＨ3）2 ＣＮ混合ガ
ス、ホット・フィラメント／グリッド間の電力密度６０Ｗ／ｃｍ2 、グリッド電
極／基板間の電力密度４０Ｗ／ｃｍ2 の条件下で、１２．５μｍ／時間の成長速
度も報告されている。Ｉｋｅｇａｙａらは、更に、グリッド電極／基板間のDCプ
ラズマ電力密度が２００Ｗ／ｃｍ2 を超えた時、基板のスパッターエッチングを
生じさせることを報告している。Ｉｋｅｇａｙａらは、この問題が、グリッドに
対する基板の負のバイアス印加が、イオンを基板へと引き寄せるために生じると
報告している。高いＤＣプラズマ電力密度は高い衝撃エネルギーおよび高い電流
密度を生じさせ、その誘起された高エネルギー粒子衝撃が致命的スパッターエッ
チングを生じさせる。
【０００７】 このスパッタリングの問題を回避するための理論的アプローチは、基板をグリ
ッドに接続させるか、あるいは単にグリッドをなくすことである。ＤＣプラズマ
は、基板に対しフィラメントを負にバイアスさせることにより、依然として維持
させることができる。事実、ＪＰ１７６７６２およびＰＣＴ特許国際公開ＷＯ９
２／０１８２８に、Ａ．ＩｋｅｇａｙａおよびＮ．Ｆｕｊｉｍｏｒｉによりこの
ような構成が示されている。しかし、これらの双方の構成の欠点は、核形成およ
び成長の間に、基板に向けてのイオンの抽出が生じないことである。
【０００８】 従って、ダイヤモンドの核形成および成長の改善のため、エネルギー粒子の衝
撃を制御する経済的アプローチを提供するような上記ＨＦＣＶＤ法および装置の
改良の必要性が依然として残されている。
【０００９】 （発明の概要） 本発明は、スクラッチングまたはダイヤモンド種つけを必要とすることなく、
基板上に高密度でダイヤモンドを核形成させることができ、ダイヤモンド被膜を
高成長速度で効率的に成長させうる方法および装置を開示するものである。本発
明の方法および装置の構成は、上記のホット・フィラメントＤＣプラズマ装置お
よび方法の制限が考慮に入れられている。
【００１０】 すなわち、本発明は、ホット・フィラメント放電によりダイヤモンドフィルム
を成長させる方法であって、蒸着チャンバー内の基板ホルダーに蒸着面を有する
基板を配置させることと、上記基板の蒸着面から離してグリッド電極を設けるこ
とと、該グリッド電極と該基板蒸着面との間にフィラメントアレイ電極を介在さ
せることを具備してなる。この方法は、水素と炭素含有ガスとを含む混合ガスを
上記蒸着チャンバー内に流入させる工程と、上記フィラメントアレイ電極を約１
８００℃ないし２６００℃の範囲の温度に抵抗加熱すると共に上記基板を約６０
０℃ないし１１００℃の範囲の温度に抵抗加熱する工程とを具備してなる。この
方法は、更に上記基板ホルダーに対して上記フィラメントアレイ電極に正電圧で
バイアスを印加することにより上記基板を核形成させる工程と、上記フィラメン
トアレイ電極に対して上記グリッド電極に正電圧でバイアスを印加する工程とを
具備してなる。その後、上記フィラメントアレイ電極の電圧との関連で上記グリ
ッド電極に正電圧でバイアスを印加することにより上記基板蒸着面にダイヤモン
ドフィルムを成長させる。
【００１１】 上記基板の核形成工程の間、該基板に接地電位でバイアスを印加し、上記フィ
ラメントアレイ電極を上記基板ホルダーに対して約２０ないし約３００ボルトの
範囲の電位にバイアスさせてもよい。また、上記グリッド電極は上記フィラメン
トアレイ電極に対して約２０ないし約３００ボルトの範囲の電圧にバイアスさせ
てもよい。
【００１２】 上記核形成工程の後、ダイヤモンドフィルムの成長工程の間、上記基板ホルダ
ーおよび上記フィラメントアレイ電極を接地電位でバイアスさせ、上記グリッド
電極を上記フィラメントアレイ電極に対して約２０ないし３００ボルトの範囲の
電圧にバイアスさせてもよい。
【００１３】 その他、上記核形成工程の後、ダイヤモンドフィルムの成長工程の間、上記基
板ホルダーを接地電位でバイアスさせ、上記フィラメントアレイ電極に上記基板
ホルダーに対して負電圧でバイアスを印加させ、このとき、この負電圧を上記基
板ホルダーに対し約−２０ないし約−３００ボルトの範囲としてもよい。
【００１４】 本発明の他の態様として、ダイヤモンドフィルムを合成するためのホット・フ
ィラメントＤＣプラズマ放電装置が提供される。この装置は、反応ガスを流入さ
せるガス導入口を有する蒸着チャンバーと；基板を保持するための表面を有する
導電性基板ホルダーと；該基板ホルダーを加熱、冷却させるための手段とを具備
してなる。この装置は、更に該基板表面から離間するグリッド電極と；該グリッ
ド電極と該基板ホルダー表面との間に介在するフィラメントアレイ電極と、該フ
ィラメントアレイ電極を抵抗加熱するための手段とを含む。この装置は、更に該
グリッド電極、該フィラメントアレイ電極および該基板ホルダーにバイアスを印
加するための手段とを含み、これによりホット・フィラメントＤＣプラズマ放電
を生じさせる。このバイアス印加手段は、該グリッド電極および該フィラメント
アレイ電極におけるバイアス電位を、上記基板ホルダーとの関連および相互との
関連で調節する手段を含む。
【００１５】 本発明の更に他の態様として、ダイヤモンドフィルムを合成するためのホット
・フィラメントＤＣプラズマ放電装置が提供され、この装置は、反応ガスを流入
させるガス導入口を有する蒸着チャンバーと；合成されるべきダイヤモンドフィ
ルムを堆積させるための表面を有する基板をそれぞれ保持するようにした互いに
離間する第１の導電性基板ホルダーおよび第２の導電性基板ホルダーと；該第１
および第２の基板ホルダーを加熱、冷却させるための手段とを具備してなる。本
発明の装置は、更に該第１および第２の基板ホルダーの間に介在させたグリッド
電極と；該第１の基板ホルダーと該グリッド電極との間に介在する第１のフィラ
メントアレイ電極と、該第２の基板ホルダーと該グリッド電極との間に介在する
第２のフィラメントアレイ電極とを含む。この装置は、更に該第１のフィラメン
トアレイ電極および該第２のフィラメントアレイ電極を抵抗加熱するための手段
とを含む。この装置は、更に該グリッド電極、該第１のフィラメントアレイ電極
および該第２のフィラメントアレイ電極、並びに該第１および第２の基板ホルダ
ーをバイアスさせるための電力供給手段を具備し、これによりホット・フィラメ
ントＤＣプラズマ放電を生じさせると共に、該グリッド電極並びに該第１および
第２のフィラメントアレイ電極におけるバイアス電位を、それぞれ上記第１およ
び第２の基板ホルダーとの関連で調節する手段を含む。
【００１６】 本発明の更に他の態様として、ダイヤモンドフィルムを合成するためのホット
・フィラメントプラズマ放電装置が提供され、この装置は、反応ガスを流入させ
るガス導入口を有する蒸着チャンバーと；合成されるべきダイヤモンドフィルム
を堆積させるための表面を有する基板をそれぞれ保持するようにした互いに離間
する第１の導電性基板ホルダーおよび第２の導電性基板ホルダーと；該第１およ
び第２の基板ホルダーを加熱、冷却させるための手段とを具備してなる。この装
置は、更に該第１の基板ホルダーから離間する第１のフィラメントアレイ電極と
、該第１のフィラメントアレイ電極と該第２の基板ホルダーとの間に介在する第
２のフィラメントアレイ電極と、該第１のフィラメントアレイ電極および該第２
のフィラメントアレイ電極を抵抗加熱するための手段とを含む。この装置は、更
に該第１および該第２のフィラメントアレイ電極、並びに該第１および第２の基
板ホルダーをバイアスさせるための手段を具備し、これによりホット・フィラメ
ントプラズマ放電を生じさせると共に、該第１および第２のフィラメントアレイ
電極におけるバイアス電位を、それぞれ上記第１および第２の基板ホルダーとの
関連で調節する手段を含む。
【００１７】 より具体的に述べると、本発明において、ホット・フィラメントはグリッド電
極と基板との間に介在される。このグリッドの面はフィラメントの面と平行にさ
せる。このグリッドは平行なワイヤー、ロッド、メッシュ（網）あるいは多孔板
であってもよい。このグリッドは冷却または加熱させることができる。このグリ
ッド（ワイヤーまたはロッド）の素子（element)の方向はフィラメントの方向に
対し、垂直、平行または任意の角度をなすようにすることができる。ホット・フ
ィラメントと基板との間隔は好ましくは２ｃｍ未満とし、ホット・フィラメント
とグリッドとの間隔は好ましくは５ｃｍ未満とする。ホット・フィラメントとグ
リッドとの間隔がゼロに設定する場合は、このホット・フィラメントとグリッド
とは同一平面にあることになる。このシステムの通常の操作において、この成長
基板ホルダーは好ましくは接地電位にバイアスされる。上記フィラメントを抵抗
加熱するための電力密度は約２０−５００Ｗ／ｃｍ2 である。ダイヤモンドの核
形成の間、上記フィラメントは上記基板ホルダーに対して２０−３００ボルトに
正にバイアスされ、上記グリッド電極は上記フィラメントアレイに対して２０−
３００ボルトの範囲で正にバイアスされる。そのようなことから、ＤＣプラズマ
は上記グリッドとフィラメントとの間に維持することができる。このプラズマ中
のイオンは粒子衝撃援助による核形成のため、基板に向けて抽出される。この核
形成プロセスの所要時間は一般に１０分未満である。ダイヤモンド核形成の間に
おいて、プラズマはフィラメントとグリッドとの間に維持されると共に、ホット
・フィラメントカソードからの熱電子（イオン）の放出がなされ、プラズマ密度
の向上が図られる。本発明の特異な基板−ホット・フィラメント−グリッド構造
により、ホット・フィラメントカソードよりも、より大きい負電位に上記基板を
維持させることが可能となり、それにより上記基板に向けての効果的なイオン抽
出が誘起され、ダイヤモンド核形成の向上を図ることができる。
【００１８】 ダイヤモンド成長の間において、基板ホルダーは接地電位にバイアスさせても
よい。また、上記フィラメントアレイはこの基板ホルダーとの関連で全くバイア
スされていなくとも、あるいは負にバイアスされていてもよい。上記フィラメン
トアレイに対する負バイアス電圧は通常、−２０ないし−３００Ｖである。上記
グリッドはこのフィラメントアレイに対して２０ないし３００Ｖに正にバイアス
される。一般的なプラズマエネルギー密度は約１−３００Ｗ／ｃｍ2 である。上
記フィラメントがバイアスを印加されていない時は、ＤＣプラズマは主に上記グ
リッドとフィラメントとの間に維持される。このフィラメント近傍の大きいカソ
ード電圧降下により、プラズマから幾らかのイオンがフィラメントに向けて引き
出される。処理圧力における衝突に関する平均自由行程が小さいため（５０Ｔｏ
ｒｒおよび１５００Ｋで約０．０１ｍｍ）、基板方向に向けてのこのようなイオ
ンの抽出は、イオンエネルギーの衝突カスケードにおける中性体のための運動エ
ネルギーへの分配を生じさせる。これらの加速された中性体は代わって基板に向
けての最終平均速度を持つことになり、その平均エネルギーはシステム中の平均
熱エネルギーよりも高く、従って、ダイヤモンド成長に向けての反応可能性を向
上させる。しかし、この平均エネルギーは数電子ボルトよりもかなり小さく、基
板に対し有意なスパッタリング作用を誘起させるには十分でない。この基板に向
けての中性体の動きにより、先駆物質の到達速度が高められ、その到達速度は単
なる拡散により誘起されるものより大きく、それによりダイヤモンドの成長速度
が高められる。
【００１９】 上記フィラメントアレイが、基板ホルダーに対して負電位にバイアスされるこ
とにより、ＤＣプラズマもこのフィラメントアレイと基板との間に維持させるこ
とができる。しかし、この操作モードにおける高いＤＣ電力入力は、ダイヤモン
ド成長ウインドウの外側の基板の表面温度を上昇させる可能性があり、これは他
の従来のホット・フィラメントＤＣプラズマ技術に共通する制限である。従って
、本発明における通常の操作においては、グリッドとフィラメントとの間のプラ
ズマ電力入力はフィラメントと基板との間のものよりも高くなっている。
【００２０】 （発明の詳細な説明） （従来技術） 従来のダイヤモンド成長プロセスで使用されている典型的なＨＦＣＶＤ反応器
の模式図を図１に示す。ここで、反応器１０はチャンバー１２を具備し、その内
部に抵抗加熱されたフィラメント１４と、基板１７が設置される加熱または冷却
された基板ホルダー１６とが収納されている。また、その内部にはポンプおよび
圧力モニター装置も収納されている（図示しない）。反応ガス混合物がガス拡散
ユニット１８を介して上記チャンバー内に供給されるようになっている。このフ
ィラメント１４は高融点耐火金属、例えばタングステンまたはタンタルから作ら
れており１８００ないし２３００℃に加熱され、通常、水素および炭化水素の混
合物を含む反応ガス混合物中の水素および他の分子を解離させるようになってい
る。水素原子および他の解離された生成物は後に反応ガス混合物と反応させ、ダ
イヤモンド形成の元となる先駆物質を生じる。この先駆物質はついで、多結晶質
ダイヤモンド形成のため、基板１７に向けて拡散され、凝縮される。このフィラ
メントと基板との間隔は通常、０．５ないし５ｃｍの範囲である。この基板の温
度は一般に７００ないし１０００℃の範囲に維持される。蒸着速度および反応効
率は、フィラメント近傍の反応体発生速度、基板への反応体拡散速度および基板
上のダイヤモンド形成可能性の組合わせにより決定される。
【００２１】 図２は、直流（ＤＣ）プラズマＣＶＤをプロセスに結合させてなる従来のＨＦ
ＣＶＤの幾つかの改良を示すもので、これはＪＰ１７３３６６（１９８６）、Ｊ
Ｐ７５２８２（１９８７）、ヨーロッパ特許公開０２５４３１２Ａ１にてＡ．Ｉ
ｋｅｇａｙａおよびＴ．Ｍａｓａａｋｉにより提案されている。図２を参照する
と、この方法によれば、ホット・フィラメント２０が熱電子（イオン）エミッタ
ーとして使用され、グリッド電極２２がホット・フィラメント２０と基板２４と
の間に挿入されている。このフィラメント２０および基板２４は双方とも、フィ
ラメント２０とグリッド２２との間、およびグリッド２２と基板２４との間にＤ
Ｃプラズマを形成するため電力供給部２６を用いて、グリッド電極２２に対し負
にバイアスされている。
【００２２】 （本発明） 図３は、本発明に従ってダイヤモンドの核形成および成長のための方法を履行
するための装置４０を模式的に示している。反応ガス混合物はガスシャワーユニ
ット４４を介して蒸着チャンバー４２中に導入される。ダイヤモンドフィルムが
蒸着される基板４６が基板ホルダー４８上に載置され、この基板ホルダー４８は
導管５０を介して導入される熱交換流体により加熱ないし冷却することができる
。この基板ホルダー４８には熱電対５２が備えられ、基板ホルダーの温度を感知
し得るようになっており、また、この基板ホルダー４８に熱交換流体の温度を制
御する基板温度コントローラ５４を接続させてもよい。
【００２３】 フィラメントアレイ５８は導電性ロッド６０上に設けられ、基板ホルダー４８
上に離間されている。グリッド電極６４は導電性ロッド６６上に設けられ、フィ
ラメントアレイ５８上に離間されている。これにより一連のグリッド−フィラメ
ント−基板アッセンブリーが提供される。フィラメントアレイ５８は好ましくは
基板４６の頂部から２ｃｍ未満の間隔をあけて設けられる。グリッド電極６４は
好ましくはフィラメントアレイ５８から５ｃｍ未満の間隔をあけて設けられる。
図３にはグリッド電極６４がワイヤーグリッドとして示されているが、操作温度
に耐えることのできるワイヤーメッシュ、金属ロッドまたは多孔金属板から構成
されてもよい。
【００２４】 フィラメントアレイ５８は複数の導電性金属フィラメントであって、フィラメ
ントがＴａおよびＷなどの高融点金属からなるものから作られている。フィラメ
ントアレイ５８は、反応ガス中の水素を解離するための好ましい温度範囲、すな
わち２，０００℃以上の抵抗加熱に対し耐熱性を有する。グリッド電極６４およ
びフィラメントアレイ５８は、チャンバー４２内にて実質的に平行状態で示され
ている。
【００２５】 ＤＣ電力供給部７２および７４が用いられ、基板の核形成およびダイヤモンド
被膜成長の間のＤＣバイアス条件を満たし得るようになっている。より具体的に
は、電力供給部７４はフィラメントアレイ５８と基板４６との間のバイアスの条
件を維持するのに用いられ、電力供給部７２はグリッド電極６４とフィラメント
アレイ５８との間のバイアスの条件を維持するのに用いられる。ダイヤモンドフ
ィルムが堆積される基板は、一般的には導電性のもので、従って基板は基板ホル
ダーと同一の電位にバイアスされる。ダイヤモンド堆積の間において、フィラメ
ントアレイ５８は、好ましくはＡＣ電力供給部である電力供給部７８を用いて１
，８００ないし２，６００℃の温度範囲に維持される。電力密度は約２０−５０
０Ｗ／ｃｍ2 とする。ダイヤモンド成長の間におけるプラズマ電力密度は約１−
３００Ｗ／ｃｍ2 とする。グリッド電極６４はダイヤモンドフィルムの堆積の間
、加熱されていても、あるいは冷却されていてもよい。このグリッド電極６４は
抵抗加熱および／またはプラズマエネルギーにより加熱してもよい。グリッド電
極６４は中空ロッドとしてもよく、電極ロッドの中央を介して熱交換流体を流通
させることにより冷却させてもよい。
【００２６】 フィラメントアレイ５８およびグリッド電極６４の温度は、光学的高温計（図
示しない）によりモニターされるようになっており、この光学的高温計は堆積チ
ャンバー４２の外側に位置させ、窓７０を介して真空チャンバー内のフィラメン
トアレイ５８に焦点を合わせるようになっている。ガス流および圧力は、従来の
流量計およびコントローラ、更に真空ポンプ並びにゲージ（図示しない）により
制御されるようになっている。
【００２７】 反応ガス混合物は、水素、炭化水素を含む少なくとも１種の炭素源、酸素およ
び／または窒素を含む炭化水素、ハロゲンを含む炭化水素、カーボン蒸気、ＣＯ
、ＣＯ2 および他の任意のガス（Ｏ2 、Ｆ2 、Ｈ2Ｏなど）を含む。反応ガス圧 は１０ないし５００Ｔｏｒｒの間に設定される。電力密度は約２０−５００Ｗ／
ｃｍ2 とする。ダイヤモンド成長の間におけるプラズマ電力密度は約１−３００
Ｗ／ｃｍ2 とする。
【００２８】 図３を参照して説明すると、このシステムの通常の操作において、成長基板４
６は核形成およびダイヤモンド成長の双方の行程において接地電位に維持される
。フィラメントアレイ５８を抵抗加熱するための電力密度は約２０−５００Ｗ／
ｃｍ2 である。ダイヤモンドフィルムの核形成工程の間、フィラメントアレイ５
８は基板に対して正にバイアスされる。この時の好ましいバイアスは基板に対し
正２０−３００ボルトである。基板を接地電位に維持することは好ましいことで
あるが、フィラメントアレイ５８が基板ホルダーよりも高い正電位にある限り、
基板を接地電位近傍に維持させることもできる。グリッド電極６４はフィラメン
トアレイ５８に対して正にバイアスされていること、好ましくはフィラメントア
レイ５８に対して２０−３００ボルトの範囲でバイアスささせる。これにより、
核形成の間、グリッド電極６４はフィラメントアレイ５８よりも高い正の電圧に
維持されることになる。従って、ダイヤモンドの核形成の間、プラズマがフィラ
メントアレイ５８とグリッド電極６４との間で維持され、フィラメントアレイ５
８からの熱電子（イオン）放出がプラズマ密度を高めることになる。ＤＣプラズ
マにおけるイオンは、粒子衝撃援助核形成のために基板４６に向けて抽出される
。本明細書に開示されている方法による核形成プロセスはその所要時間が１０分
未満であると好都合である。本発明の特異な構成により、加熱されているフィラ
メントアレイ５８よりも大きい負の電位で基板４６を維持させることが可能とな
る。これにより、基板４６に向かうイオン抽出が生じ、ダイヤモンド核形成を向
上させることができる。
【００２９】 ダイヤモンド成長工程の間、フィラメントアレイ５８は基板ホルダー４８に電
気的に接続させてもよいし、あるいは基板ホルダー４８に対して負にバイアスさ
せてもよい。この場合の好ましいバイアスは−２０ないし−３００ボルトの範囲
である。グリッド電極６４はフィラメントアレイ５８に対して正にバイアスさせ
る。この場合の好ましいバイアスは、フィラメントアレイ５８が接地されている
か否かに関係なく２０ないし３００ボルトの範囲である。典型的なプラズマエネ
ルギー密度は約１−３００Ｗ／ｃｍ2 である。フィラメントアレイ５８が基板ホ
ルダー４８に対してバイアスされていないとき（従って、双方が同一の電位にあ
る）、ＤＣプラズマはグリッド電極６４とフィラメントアレイ５８との間で維持
される。このフィラメント５８の近傍の大きいカソード電圧降下により、プラズ
マから幾らかのイオンがフィラメントに向けて引き出される。処理圧力における
衝突のための平均自由行程が小さいため（５０Ｔｏｒｒおよび１５００Ｋで約０
．０１ｍｍ）、基板４６方向に向けてのこのようなイオンの抽出は、イオンエネ
ルギーの衝突カスケードにおける中性体のための運動エネルギーへの分配を生じ
させる。これらの加速された中性体は代わって基板４６に向けての最終平均速度
を持つことになり、その平均エネルギーはシステム中の平均熱エネルギーよりも
高く、従って、反応可能性を向上させる。しかし、この平均エネルギーは数電子
ボルトよりもかなり小さく、基板４６に対し有意なスパッタリング作用を誘起さ
せるには十分でない。この基板４６に向けての中性体の動きにより、成長先駆物
質の到達速度が高められ、その到達速度は単なる拡散により誘起されるものより
大きく、それによりダイヤモンドの成長速度が高められる。
【００３０】 上記フィラメントアレイ５８が、基板ホルダー４８に対して負電位にバイアス
される別のケースにおいても、ＤＣプラズマはこのフィラメントアレイ５８と基
板４６との間に維持させることができる。しかし、この操作モードにおける高い
ＤＣ電力入力は、ダイヤモンド成長ウインドウの外側の基板の表面温度を上昇さ
せる可能性があり、これは他の従来のホット・フィラメントＤＣプラズマ技術に
共通する制限である。従って、本発明における通常の操作においては、グリッド
電極６４とフィラメントアレイ５８との間のプラズマ電力入力はフィラメントア
レイと基板４６との間のものよりも高くなっている。
【００３１】 図４には、対向する基板ホルダー４８に固着された２つの基板４６´上にダイ
ヤモンド被膜を堆積するための、基板−ホット・フィラメント−グリッド−ホッ
ト・フィラメント−基板構造が９０で示されている。このアレイ９０は真空チャ
ンバー４２中に図示のように垂直に組立てられてもよいし、あるいは組立て体全
体をこの真空チャンバー４２内にて水平位置に対し９０度回転させてもよい。こ
の２つのホット・フィラメントアレイ９２および９４は、独立したＤＣまたはＡ
Ｃ電力供給により、あるいは共有のＤＣまたはＡＣ電力供給により加熱させても
よい（図示しない）。これら２つのホット・フィラメントアレイ９２および９４
には、それぞれ接地に関してこのフィラメントアレイをバイアスさせるためのＤ
Ｃ電力供給部が設けられている（図示しない）。グリッド電極９６が２つのホッ
ト・フィラメントアレイ９２および９４間に配置されていて、ＤＣ電力供給部（
図示しない）を用いてバイアスが印加され、これらホット・フィラメントアレイ
９２および９４に対し正の電位でバイアスされ、好ましくは２０ないし３００ボ
ルトの範囲でバイアスされている。上記核形成工程の間、これらホット・フィラ
メントアレイ９２および９４は関係する近傍の基板４６´に対して正電位にバイ
アスされる。この核形成工程に続くダイヤモンド成長の間、これらホット・フィ
ラメントアレイ９２および９４は、図３の装置に対して記載した上記プロセス同
様に、関係する基板４６´に対して全くバイアスされていなくともよいし、ある
いは負にバイアスされていてもよい。その操作における範囲は、図３の装置に関
して説明したものと同じである。
【００３２】 図５は本発明によるダイヤモンド被膜を成長させるための他の構造１００を示
している。２つのフィラメントアレイ１０２および１０４が、独立したＤＣまた
はＡＣ電力供給により抵抗加熱される（図示しない）。このホット・フィラメン
トアレイ１０２および１０４の双方のグループが、グリッド電極の機能を推進さ
せる。従って、操作において、この２つのフィラメントアレイは、ＡＣまたはＤ
Ｃ電力供給により、好ましくはＡＣ電力供給（図示しない）により適当にバイア
スが印加され、この２つのフィラメントアレイ間におけるプラズマ放電が維持さ
れる。
【００３３】 以下の実施例は本発明を更に説明するものであって、本発明を制限することを
意図するものではない。
【００３４】 実施例１ （石英鏡面への核形成） 石英鏡面に対するダイヤモンド核形成を、図３に示す装置を用い、フィラメン
トアレイ５８を８９ボルトにバイアスをかけ、約２１６０℃の温度に加熱し、グ
リッド６４を２００ボルトにバイアスをかけることにより行なった。反応ガス混
合物はメタン／Ｈ2 の混合物であり、各流量は全圧３０Ｔｏｒｒで、メタンにつ
いては６．５標準立方センチ／分（ｓｃｃｍ）、水素については３００ｓｃｃｍ
であった。核形成プロセスは約１０分に維持された。フィラメントアレイ５８に
対するバイアスをついで切り、グリッド電極６４に対するバイアスをダイヤモン
ド成長のために１２０ボルトに調節した。その結果、密着し均一に切子面が発達
したダイヤモンドフィルムが得られた。同一の成長条件下で、しかし核形成工程
なしでは、不均一な厚みのダイヤモンドのパッチのみが石英鏡面に形成された。
その後の実験により、核形成時間は２−５分にすることができることが判明した
。
【００３５】 実施例２ （シリコンへのダイヤモンドのヘテロエピタキシー成長）（図６参照） シリコン基板をＨＦ溶液で予め洗浄し、図３の方法および装置を用い、フィラ
メント温度約２２００℃、グリッドバイアス２１９ボルト、フィラメントバイア
ス１３０ボルトの条件で核形成させることによりシリコン基板（１００）上にダ
イヤモンド配向結晶を成長させた。反応ガス混合物はメタン／Ｈ2 の混合物であ
り、各流量は全圧５０Ｔｏｒｒで、メタンについては６ｓｃｃｍ、水素について
は３００ｓｃｃｍであった。核形成時間は約１０分であった。ダイヤモンド成長
のため、フィラメントアレイがついで、ゼロにバイアスされた。このプロセスに
おいて、グリッドに対するバイアスを１１２ボルトに変化させた。図６ａには、
Ｓｉ（１００）に整合した（１００）面を有し、Ｓｉ［１１０］方位に整合した
ダイヤモンド結晶方位［１１０］を有するダイヤモンド（１００）立方晶系結晶
が明瞭に示されている。ダイヤモンドを高核形成密度で成長させたところ、図６
ｂに示すように、ダイヤモンドが密着したフィルム、すなわち、ダイヤモンド（
１００）／／Ｓｉ（１００）およびダイヤモンド［１１０］／／Ｓｉ［１１０］
が形成された。
【００３６】 実施例３ （ダイヤモンドフィルムの急速蒸着） 図３の装置を用い、ダイヤモンド被膜を１６０時間成長させ、厚み２．５ｍｍ
、直径２インチのダイヤモンドフィルムを得た。このダイヤモンド成長のための
圧力は３０Ｔｏｒｒで、グリッド電極上のバイアス圧力はフィラメントアレイに
対して４５ボルトであった。フィラメント電力密度は約１７０Ｗ／ｃｍ2 であり
、プラズマ電力密度は４０Ｗ／ｃｍ2 であった。成長速度は１６μｍ／時間であ
った。サンプルをラマンおよびＸ線光電子分光分析したところ、純粋なダイヤモ
ンドが認められ、不純物は認められなかった（データは示していない）。
【００３７】 実施例４ （ダイヤモンドフィルムの更に急速な蒸着） 図３の装置を用い、ダイヤモンド被膜を４４時間成長させ、厚み０．９３ｍｍ
、直径２インチのダイヤモンドフィルムを基板に成長させた。このダイヤモンド
成長のための圧力は３０Ｔｏｒｒで、グリッド電極のバイアス圧力はフィラメン
トアレイに対して５０ボルトであった。成長速度は２１μｍ／時間であった。サ
ンプルをラーマンおよびＸ線光電子分光分析したところ、純粋なダイヤモンドが
認められ、不純物は認められなかった（データは示していない）。フィラメント
電力密度は約１７０Ｗ／ｃｍ2 であり、プラズマ電力密度は５０Ｗ／ｃｍ2 であ
った。
【００３８】 本発明の方法は、ＥＰ０２５４５６０に開示されているダイヤモンドフィルム
成長プロセスと比較して有利である。なぜならば、ホット・フィラメントが有効
な電子エミッターであり、従ってＤＣプラズマ構造においてカソードとして最も
有効に使用し得るという事実から、後者の方法ではイオン抽出援助ダイヤモンド
核形成工程を行うことができないからである。ＥＰ０２５４５６０においては、
基板がアノードとして有効に使用されるのみであり、プラズマ中のイオンはアノ
ードでなくカソードに引き寄せられる。
【００３９】 本発明の方法は、ＥＰ０２５４３１２に開示されているダイヤモンドフィルム
成長プロセスと比較して有利である。なぜならば、ＥＰ０２５４３１２において
グリッド電極はフィラメントと基板との間に配置され、ＤＣプラズマの維持のた
め常にフィラメントに対し正のバイアスがかけられるからである。グリッドとフ
ィラメントとの間のプラズマからカソードホット・フィラメントに向けてのイオ
ン抽出は、基板から離れたイオン−中性体衝突カスケードにおける中性体の最終
流れを誘起することになる。そのようなことから、ホット・フィラメントで、及
び、その近傍で発生した多くの成長反応体並びにプラズマ中で発生したものが有
効に利用されることなく、無駄になってしまう。基板がグリッドに対し負にバイ
アスされた場合、プラズマからの幾らかのイオンは基板に向けて抽出することが
できるが、これらのイオンはフィラメントとグリッドとの間のＤＣプラズマのア
ノード（グリッド）から抽出されたものであり、従って、その抽出は本発明の技
術と比較して効率的でない。
【００４０】 基板をカソードとし、グリッドをアノードとして使用することにより、ＤＣプ
ラズマを実際に維持させることができるが、５０Ｔｏｒｒの一般的ダイヤモンド
成長圧力において、１ｃｍの距離で離間する２つの平行電極からのＤＣグロー放
電は、基板に対する同一のイオン流密度について、図３に説明する構造のものよ
りかなり大きいＤＣ電圧を必要とすることになる。なぜならば、２つの低温電極
間のＤＣプラズマの維持が、カソードのイオン衝撃の結果としての二次電子放出
に依存しており、より高いカソード電圧がより高い電子放出を与えるからである
。これに対し、ホット・フィラメントをカソードとしたＤＣプラズマの維持は、
カソード電圧に直接は関係しない熱電子（イオン）により助長される。更に、ホ
ット・フィラメントＣＶＤシステムにおいて、フィラメントと被膜されるべき基
板の頂部との間の距離は約０．５ないし１ｃｍである。従って、均一な堆積のた
めのこの狭い空間へのグリッドの挿入は技術的に困難である。フィラメント−基
板間の間隔の増大はホット・フィラメントダイヤモンドＣＶＤの効率を減少させ
ることになる。
【００４１】 ＷＯ９２／０１８２８に開示されているダイヤモンド成長プロセスには、２つ
の成長基板間に位置する抵抗加熱されるフィラメントのフィラメントラック（ra
ck）が示され、フィラメントと基板との間でＤＣ放電が点火されるようになって
いる。このような配置はＥＰ２５４５６０に記載されている技術と非常によく似
ている。このようなアプローチと本発明の技術との主な相違は、このアプローチ
では柔軟性に欠け、イオン抽出および粒子衝撃誘起ダイヤモンド核形成および成
長を達成することができないことである。更に、ＥＰ２５４５６０およびＷＯ９
２／０１８２８に開示されている双方の技術では、ＤＣプラズマ電流が基板から
直接引出されるようになっている。ここで問題は、ダイヤモンド成長温度範囲を
超えることができない基板温度によって最大電力密度が制限されるということで
ある。本発明の技術においては、ＤＣプラズマをフィラメント−基板領域の外で
維持させることができ、基板表面に直接与えられる全エネルギー密度は異常なほ
ど高くなく、しかも活性化させた反応体を生産することができ、基板に向けて移
動させることができる。
【００４２】 結論として、本発明の新規なダイヤモンド成長法は核形成密度および成長速度
を向上させることを可能とする。これは特定の電極構造（基板−ホット・フィラ
メント−グリッド）を備えたダイヤモンドのホット・フィラメントＣＶＤにＤＣ
プラズマを付加したことによるもので、これにより効率的なイオン抽出と基板へ
向けての成長先駆物質の移動がダイヤモンド核形成および成長の間に可能となる
。これはフィラメント−グリッド−基板構造および基板−フィラメント−基板構
造のものと対比して優れるものである。更に、本発明の方法は、過剰な基板の加
熱を最小にするためＤＣプラズマを基板表面から離れて維持させるかなりの柔軟
性を与えるものである。
【００４３】 以上、本発明を好ましい具体例を参照して説明したが、当然、本発明はこれら
の実施例に限定されるものでなく、本発明の範囲は以下に記載する請求の範囲お
よびその均等物に及ぶものである。
【図面の簡単な説明】
本発明によるホット・フィラメントＤＣプラズマ法を用いてダイヤモンド被膜
を成長させる方法および装置を、単なる例示を目的として、添付図面を参照して
以下に説明する。
【図１】図１は従来の典型的なＨＦＣＶＤ反応器の構造を模式的に示す図であ
る；
【図２】図２は従来の典型的なフィラメント−グリッド−基板構造を有するホ
ット・フィラメントＤＣプラズマＣＶＤ反応器を模式的に示す図である；
【図３】図３は本発明の装置を模式的に示す図である；
【図４】図４は本発明において、多重基板上にダイヤモンド被膜を堆積させる
ための装置を模式的に示す図である；
【図５】図５は、ダイヤモンド被膜を堆積させるための装置の他の例を模式的
に示す図である；
【図６】図６ａは本発明において、低核形成密度モードで、Ｓｉ上にヘテロエ
ピタキシャル成長させたダイヤモンド（ダイヤモンド（１００）／／Ｓｉ（１０
０）,ダイヤモンド［１１０］／／Ｓｉ［１１０］）の顕微鏡写真図である； 図６ｂは本発明において、高核形成モードで、Ｓｉ上にヘテロエピタキシャル
成長させたダイヤモンド（ダイヤモンド（１００）／／Ｓｉ（１００）,ダイヤ モンド［１１０］／／Ｓｉ［１１０］）の顕微鏡写真図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BA03 DB21 EA02 EA05 EE05 EJ01 TC03 TC06 TE03 TE05 UA01 4K030 AA04 AA09 AA10 AA14 AA17 BA28 BB03 DA02 FA10 HA07 HA13 JA03 JA09 JA10 KA19 KA20 KA24 KA25 LA21 【要約の続き】 成の間、基板ホルダー近隣のフィラメントが基板に対し て正にバイアスされ、それにより更に多くのイオンが基 板に向けて加速される。その結果、基板に向けての成長 先駆物質の流れが向上し、基板上に高密度のダイヤモン ド核形成が生じ、スクラッチまたはダイヤモンド種付け などの前処理を必要としない。この核形成法は成長プロ セスを簡素化し、Ｓｉ（１００）のような単結晶基板上 にダイヤモンド核をヘテロエピタキシャル成長させるの に便利で経済的な手段を提供する。

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）蒸着チャンバー内の基板ホルダーに蒸着面を有する基
    板を配置させ、前記基板の蒸着面から離してグリッド電極を設け、前記グリッド
    電極と前記基板蒸着面との間にフィラメントアレイ電極を介在させ； （ｂ）水素と炭素含有ガスとを含む混合ガスを前記蒸着チャンバー内に流入さ
    せ、フィラメントアレイ電極を約１８００℃ないし２６００℃の範囲の温度に抵
    抗加熱すると共に前記基板を約６００℃ないし１１００℃の範囲の温度に抵抗加
    熱し； （ｃ）基板ホルダーに対してフィラメントアレイ電極に正電圧でバイアスを印
    加することにより基板を核形成させ、フィラメントアレイ電極の電圧に対してグ
    リッド電極に正電圧でバイアスを印加し； （ｄ）フィラメントアレイ電極の電圧に対して上記グリッド電極に正電圧でバ
    イアスを印加して蒸着基板上にダイヤモンドフィルムを成長させる； ことを含むホット・フィラメント放電によりダイヤモンドフィルムを成長させる
    方法。
  2. 【請求項２】 核形成工程の間、基板に接地電位でバイアスを印加し、フィラメ
    ントアレイ電極を接地電位に対して約２０ないし約３００ボルトの範囲の電位に
    バイアスさせ、グリッド電極をフィラメントアレイ電極に対して約２０ないし約
    ３００ボルトの範囲の電圧にバイアスさせることを特徴とする請求の範囲１記載
    の方法。
  3. 【請求項３】 核形成工程の後、ダイヤモンドフィルムの成長工程の間、基板ホ
    ルダーおよびフィラメントアレイ電極を接地電位でバイアスさせ、グリッド電極
    をフィラメントアレイ電極に対して約２０ないし約３００ボルトの範囲の電圧に
    バイアスさせることを特徴とする請求の範囲１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 核形成工程の後、ダイヤモンドフィルムの成長工程の間、基板ホ
    ルダーを接地電位でバイアスさせ、フィラメントアレイ電極に基板ホルダーに対
    して負電圧でバイアスを印加させ、前記負電圧を上記基板ホルダーに対し約−２
    ０ないし約−３００ボルトの範囲とすることを特徴とする請求の範囲１、２また
    は３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記炭素含有ガスが、炭化水素、酸素および／または窒素を含む
    炭化水素、ハロゲンを含む炭化水素、カーボン蒸気、ＣＯ、並びにＣＯ2 からな
    る群から選択されるものである請求の範囲１、２、３または４記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ガス混合物が更にＯ2 、Ｆ2 、Ｈ2Ｏ、不活性ガスおよびこ れらの混合物のいずれかを含む請求の範囲１、２、３、４または５記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記ガス混合物が約１０ないし５００Ｔｏｒｒの間の圧力に維持
    されている請求の範囲１、２、３、４、５または６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記フィラメントアレイ電極が、交流および直流電源からなる群
    から選択される電源を用いて抵抗加熱されるものである請求の範囲１、２、３、
    ４、５、６または７記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記基板が工具である請求の範囲１、２、３、４、５、６、７ま
    たは８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 （ａ）反応ガスを流入させるガス導入口を有する蒸着チャンバ
    ーと； （ｂ）基板を保持するための表面を有すると共に、加熱、冷却手段を有する導
    電性基板ホルダーと； （ｃ）該基板表面から離間するグリッド電極と； （ｄ）前記グリッド電極と前記基板ホルダー表面との間に介在するフィラメン
    トアレイ電極及び前記フィラメントアレイ電極を抵抗加熱するための手段と； （ｅ）前記グリッド電極および前記フィラメントアレイ電極におけるバイアス
    電位を、前記基板ホルダーおよび相互との関連で調節する手段を含み、前記グリ
    ッド電極、前記フィラメントアレイ電極および前記基板ホルダーにバイアスを印
    加し、ホット・フィラメントＤＣプラズマ放電を生じさせる手段； を含むホット・フィラメントＤＣ放電プラズマを用いてダイヤモンドフィルムを
    成長させるための装置。
  11. 【請求項１１】 前記基板が前記基板ホルダー上に置かれている時、前記フィラ
    メントアレイ電極が、前記ダイヤモンドフィルムが合成される前記基板の表面か
    ら約２ｃｍ以下の間隔で離間して設けられ、更に前記フィラメントアレイ電極が
    前記グリッド電極から約５ｃｍ以下の間隔で離間して設けられている請求の範囲
    １０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記グリッド電極が、互いに離間するロッド、ワイヤーアレイ
    、ワイヤーメッシュおよび多孔金属板からなる群から選択されるものである請求
    の範囲１０または１１記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記グリッド電極を冷却または加熱するための冷却、加熱手段
    を具備する請求の範囲１０、１１または１２記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記フィラメントアレイ電極を抵抗加熱するための手段が交流
    および直流電源からなる群から選択されるものである請求の範囲１０、１２また
    は１３記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記基板ホルダーの加熱、及び冷却手段が、前記基板ホルダー
    に取りつけられ、かつ温度コントローラに接続された熱電対を含む請求の範囲１
    ０、１１、１２、１３または１４記載の装置。
  16. 【請求項１６】 （ａ）反応ガスを流入させるガス導入口を有する蒸着チャンバ
    ーと； （ｂ）合成されるべきダイヤモンドフィルムを堆積させるための表面を有する
    基板を保持するようにそれぞれ適合させた、離間する第１の導電性基板ホルダー
    および第２の導電性基板ホルダーであって、該第１および第２の基板ホルダーを
    加熱、冷却させるための手段を有し； （ｃ）前記第１および第２の基板ホルダーの間に介在させたグリッド電極と； （ｄ）前記第１の基板ホルダーと前記グリッド電極との間に介在する第１のフ
    ィラメントアレイ電極および前記第２の基板ホルダーと前記グリッド電極との間
    に介在する第２のフィラメントアレイ電極であって、前記第１および前記第２の
    フィラメントアレイ電極を抵抗加熱するための手段を有し； （ｅ）前記グリッド電極並びに前記第１および第２のフィラメントアレイ電極
    におけるバイアス電位を、前記第１および第２の基板ホルダーとの関連で調節す
    る手段を含み、前記グリッド電極、前記第１および前記第２のフィラメントアレ
    イ電極、並びに前記第１および第２の基板ホルダーにバイアスを印加させ、ホッ
    ト・フィラメントＤＣ放電プラズマを生じさせる手段； を含むダイヤモンド被膜を堆積させるための装置。
  17. 【請求項１７】 前記基板が前記基板ホルダー上に置かれている時、前記第１の
    フィラメントアレイ電極が、ダイヤモンドフィルムが合成される前記第１の基板
    の表面から約２ｃｍ以下の間隔で離間して設けられ、前記第１のフィラメントア
    レイ電極がグリッド電極から約５ｃｍ以下の間隔で離間して設けられ；前記第２
    のフィラメントアレイ電極が、ダイヤモンドフィルムが合成される前記第２の基
    板の表面から約２ｃｍ以下の間隔で離間して設けられ、前記第２のフィラメント
    アレイ電極がグリッド電極から約５ｃｍ以下の間隔で離間して設けられている請
    求の範囲１６記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記第１および第２のフィラメントアレイ電極を抵抗加熱する
    ための手段が交流および直流電源からなる群から選択されるものである請求の範
    囲１６または１７記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記第１および第２の基板の加熱、冷却手段が、前記基板ホル
    ダーに取りつけられ、かつ温度コントローラに接続された熱電対を含む請求の範
    囲１６、１７または１８記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記グリッド電極が、互いに離間するロッド、ワイヤーアレイ
    、ワイヤーメッシュおよび多孔金属板からなる群から選択されるものである請求
    の範囲１６、１７、１８または１９記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記グリッド電極を冷却及び加熱するための冷却及び加熱手段
    を含む請求の範囲１６、１７、１８、１９または２０記載の装置。
  22. 【請求項２２】 （ａ）反応ガスを流入させるガス導入口を有する蒸着チャンバ
    ーと； （ｂ）合成されるべきダイヤモンドフィルムを堆積させるための表面を有する
    基板を保持するようにそれぞれ適合させた、離間する第１の導電性基板ホルダー
    および第２の導電性基板ホルダーであって、該第１および第２の基板ホルダーを
    加熱、冷却させるための手段を有し； （ｃ）前記第１の基板ホルダーから離間する第１のフィラメントアレイ電極お
    よび前記第１のフィラメントアレイ電極と前記第２の基板ホルダーとの間に介在
    する第２のフィラメントアレイ電極、並びに前記第１のフィラメントアレイ電極
    および前記第２のフィラメントアレイ電極を抵抗加熱するための手段と； （ｄ）前記第１および第２のフィラメントアレイ電極におけるバイアス電位を
    、それぞれ前記第１および第２の基板ホルダーとの関連で調節する手段を含み、
    前記第１および第２のフィラメントアレイ電極、並びに前記第１および第２の基
    板ホルダーにバイアスを印加しホット・フィラメント放電プラズマを生じさせる
    ための手段； を含むダイヤモンド被膜を堆積させるため装置。
  23. 【請求項２３】 前記放電プラズマが、ＡＣまたはＤＣ放電プラズマのいずれか
    である請求の範囲２２記載の装置。
  24. 【請求項２４】 前記第１および第２の基板ホルダーが互いに対向して設けられ
    、前記第１のフィラメントアレイ電極が、前記第１の基板ホルダー上の基板の表
    面から約２ｃｍ以下の間隔で離間して設けられ、前記第２のフィラメントアレイ
    電極が、該第２の基板ホルダー上の基板の表面から約２ｃｍ以下の間隔で離間し
    て設けられ、前記第１および第２のフィラメントアレイ電極が互いに約５ｃｍ以
    下の間隔で離間して設けられている請求の範囲２２または２３記載の装置。
  25. 【請求項２５】 前記第１および第２のフィラメントアレイ電極を抵抗加熱する
    ための手段が交流および直流電源からなる群から選択されるものである請求の範
    囲２２、２３または２４記載の装置。
  26. 【請求項２６】 前記第１および第２の基板の加熱及び冷却手段が、該基板ホル
    ダーに取りつけられ、かつ温度コントローラに接続された熱電対を含む請求の範
    囲２２、２３、２４または２５記載の装置。
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WO (1) WO1999002753A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006278459A (ja) * 2005-03-28 2006-10-12 Ulvac Japan Ltd 薄膜形成方法及び電界支援型触媒化学気相成長用成膜装置
JP2010516602A (ja) * 2007-01-17 2010-05-20 コンシッリョ ナツィオナーレ デッレ リチェルケ 電子および／または光電子デバイスおよび関連する製造プロセス実現化に適した半導体基板
JP2013534275A (ja) * 2010-07-30 2013-09-02 ディアロテック 化学蒸着によって材料、特にダイヤモンドを合成する方法、及び該方法を適用するための装置
JP2020524903A (ja) * 2017-06-22 2020-08-20 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 電極アセンブリを備えたプラズマチャンバ

Families Citing this family (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW455912B (en) 1999-01-22 2001-09-21 Sony Corp Method and apparatus for film deposition
DE19911746A1 (de) * 1999-03-16 2000-09-21 Basf Ag Diamantelektroden
US6582780B1 (en) * 1999-08-30 2003-06-24 Si Diamond Technology, Inc. Substrate support for use in a hot filament chemical vapor deposition chamber
US6432206B1 (en) * 1999-08-30 2002-08-13 Si Diamond Technology, Inc. Heating element for use in a hot filament chemical vapor deposition chamber
US6692574B1 (en) * 1999-08-30 2004-02-17 Si Diamond Technology, Inc. Gas dispersion apparatus for use in a hot filament chemical vapor deposition chamber
RU2194329C2 (ru) * 2000-02-25 2002-12-10 ООО "Высокие технологии" Способ получения адресуемого автоэмиссионного катода и дисплейной структуры на его основе
KR100458779B1 (ko) * 2000-03-27 2004-12-03 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 금속막의 제작방법 및 그 제작장치
US6638839B2 (en) * 2001-07-26 2003-10-28 The University Of Toledo Hot-filament chemical vapor deposition chamber and process with multiple gas inlets
KR20030028296A (ko) * 2001-09-28 2003-04-08 학교법인 한양학원 플라즈마 화학기상증착 장치 및 이를 이용한 탄소나노튜브제조방법
JP3840147B2 (ja) * 2002-06-21 2006-11-01 キヤノン株式会社 成膜装置、成膜方法およびそれを用いた電子放出素子、電子源、画像形成装置の製造方法
KR100466406B1 (ko) * 2002-07-08 2005-01-13 한국과학기술연구원 미세, 정밀, 건식 가공이 가능한 다이아몬드 막이 증착된절삭공구 및 이의 제조방법
EP1429224A1 (en) * 2002-12-10 2004-06-16 Texas Instruments Incorporated Firmware run-time authentication
AT412653B (de) * 2003-06-26 2005-05-25 Physikalisches Buero Steinmuel Verfahren zur anbringung eines identifizierungsmerkmals
AT500171B8 (de) * 2003-09-10 2007-02-15 Physikalisches Buero Steinmuel Verfahren zur herstellung eines diamantbeschichteten bauteils
EP1670018A4 (en) * 2003-09-30 2010-01-06 Sumitomo Electric Industries PROCESS FOR PRODUCING A DIAMOND ELECTRODE EMISSION ELECTRODE AND ELECTRON EMISSION ELEMENT
JP4736564B2 (ja) 2005-06-23 2011-07-27 東京エレクトロン株式会社 載置台装置の取付構造及び処理装置
CN1925696B (zh) * 2005-09-01 2010-10-13 中国砂轮企业股份有限公司 钻石振动膜
US7521341B2 (en) * 2005-11-09 2009-04-21 Industrial Technology Research Institute Method of direct deposition of polycrystalline silicon
EP1962873B1 (en) * 2005-12-14 2013-05-29 OxThera, Inc., Pharmaceutical compositions comprising oxalate-reducing bacteria
CN104013581A (zh) * 2005-12-16 2014-09-03 奥克斯赛拉公司 用于减少草酸和/或其盐的组合物和方法
US20080241413A1 (en) * 2007-03-26 2008-10-02 Ravi Kramadhati V Plasma tool for forming porous diamond films for semiconductor applications
KR100924287B1 (ko) * 2007-05-10 2009-10-30 한국과학기술연구원 양광주가 존재하지 않는 직류 전원 플라스마 증착 장치와,양광주를 배제한 상태에서의 물질 증착 방법 및 이에 의해제조된 다이아몬드 박막
US8251876B2 (en) 2008-04-22 2012-08-28 Hill-Rom Services, Inc. Breathing exercise apparatus
US20110070370A1 (en) * 2008-05-28 2011-03-24 Aixtron Ag Thermal gradient enhanced chemical vapour deposition (tge-cvd)
KR20110079831A (ko) * 2008-10-03 2011-07-08 비코 프로세스 이큅먼트, 아이엔씨. 기상 에피택시 시스템
KR20130007589A (ko) * 2010-02-26 2013-01-18 엘리언스 포 서스터너블 에너지, 엘엘씨 카바이드 필라멘트에 의한 열선 화학적 기상 증착법
US20110244128A1 (en) * 2010-03-31 2011-10-06 Tokyo Electron Limited Flow plate utilization in filament assisted chemical vapor deposition
US8895115B2 (en) * 2010-11-09 2014-11-25 Southwest Research Institute Method for producing an ionized vapor deposition coating
WO2012161561A1 (en) 2011-05-24 2012-11-29 Mimos Berhad Method and apparatus for depositing nanomaterials
CN102251231A (zh) * 2011-07-29 2011-11-23 广州市德百顺电气科技有限公司 一种纳米金刚石薄膜的制备方法
CN102290260B (zh) * 2011-07-29 2014-02-26 广州市德百顺电气科技有限公司 一种电触头及其制备方法
KR20140131549A (ko) 2012-02-29 2014-11-13 엘리먼트 씩스 테크놀로지스 유에스 코포레이션 다이아몬드상의 질화갈륨 웨이퍼 및 제조 장치 및 제조 방법
US9180271B2 (en) 2012-03-05 2015-11-10 Hill-Rom Services Pte. Ltd. Respiratory therapy device having standard and oscillatory PEP with nebulizer
KR101252669B1 (ko) * 2012-07-02 2013-04-09 한국과학기술연구원 다이아몬드 고속성장방법 및 장치
CN102719804B (zh) * 2012-07-02 2014-12-10 兰州大学 气体内循环型热丝cvd金刚石膜生长装置
JP5842761B2 (ja) * 2012-08-07 2016-01-13 信越化学工業株式会社 ダイヤモンドの製造方法及び直流プラズマｃｖｄ装置
CN103215561B (zh) * 2013-04-24 2015-11-18 中国科学院物理研究所 一种等离子体沉积及刻蚀系统
DE102013112855A1 (de) 2013-11-21 2015-05-21 Aixtron Se Vorrichtung und Verfahren zum Fertigen von aus Kohlenstoff bestehenden Nanostrukturen
CN105506575A (zh) * 2015-12-08 2016-04-20 中国电子科技集团公司第十二研究所 一种低温纳米/超纳米金刚石薄膜的制造设备和方法
AT519217B1 (de) 2016-10-04 2018-08-15 Carboncompetence Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Aufbringen einer Kohlenstoffschicht
CN106756890B (zh) * 2016-11-24 2019-07-23 郑州航空工业管理学院 一种化学气相沉积用的反应装置
TWI800505B (zh) * 2017-04-24 2023-05-01 美商應用材料股份有限公司 對電漿反應器的電極施加功率
US20180308661A1 (en) * 2017-04-24 2018-10-25 Applied Materials, Inc. Plasma reactor with electrode filaments
US20180308667A1 (en) * 2017-04-24 2018-10-25 Kenneth S. Collins Plasma reactor with groups of electrodes
US11355321B2 (en) * 2017-06-22 2022-06-07 Applied Materials, Inc. Plasma reactor with electrode assembly for moving substrate
US10510515B2 (en) 2017-06-22 2019-12-17 Applied Materials, Inc. Processing tool with electrically switched electrode assembly
WO2019003151A1 (en) * 2017-06-28 2019-01-03 Icdat Ltd. SYSTEM AND METHOD FOR CHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF SYNTHETIC DIAMONDS
KR101966794B1 (ko) * 2017-07-12 2019-08-27 (주)선재하이테크 전자 집속 개선용 엑스선관
EP3669014A1 (de) * 2017-08-18 2020-06-24 Gühring KG Verfahren zum beschichten temperaturempfindlicher substrate mit polykristallinem diamant
CN108396308B (zh) * 2018-05-03 2023-06-09 广东鼎泰高科精工科技有限公司 一种具有多个热丝装置的cvd金刚石涂层设备
JP7061049B2 (ja) * 2018-09-10 2022-04-27 株式会社神戸製鋼所 熱フィラメントｃｖｄ装置
CN110306151A (zh) * 2019-07-22 2019-10-08 上海妙壳新材料科技有限公司 一种高速钢自润滑涂层前处理设备及其使用方法
WO2021173683A1 (en) * 2020-02-24 2021-09-02 J2 Materials, Llc Plasma shaping for diamond growth
CN113026001B8 (zh) * 2021-05-26 2021-09-14 上海征世科技股份有限公司 一种介稳态控制制备金刚石的方法
CN115466939A (zh) * 2022-10-10 2022-12-13 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种光调制化学气相沉积装置以及利用其调制薄膜生长温度的方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6065796A (ja) 1983-09-20 1985-04-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 硬質カ−ボン膜及びその製造方法
US4900628A (en) * 1986-07-23 1990-02-13 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Gaseous phase synthesized diamond and method for synthesizing same
JPH0649635B2 (ja) 1986-07-23 1994-06-29 住友電気工業株式会社 ダイヤモンドの合成方法
US4859490A (en) * 1986-07-23 1989-08-22 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for synthesizing diamond
JP2501589B2 (ja) 1986-07-23 1996-05-29 住友電気工業株式会社 気相合成ダイヤモンドおよびその合成方法
US5185179A (en) * 1988-10-11 1993-02-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Plasma processing method and products thereof
JPH0780718B2 (ja) * 1989-08-04 1995-08-30 トヨタ自動車株式会社 ダイヤモンドの合成方法および合成装置
JPH03103397A (ja) 1989-09-18 1991-04-30 Sumitomo Electric Ind Ltd 高強度ダイヤモンド
EP0521078B1 (en) * 1990-03-20 1996-05-22 Diamonex, Incorporated An improved hot filament chemical vapor deposition reactor
DE69127609T2 (de) * 1990-07-18 1998-01-22 Sumitomo Electric Industries Vorrichtung und verfahren zur herstellung von diamanten
US5058527A (en) * 1990-07-24 1991-10-22 Ricoh Company, Ltd. Thin film forming apparatus
US5145712A (en) * 1991-02-08 1992-09-08 Center For Innovative Technology Chemical deposition of diamond
US5397428A (en) * 1991-12-20 1995-03-14 The University Of North Carolina At Chapel Hill Nucleation enhancement for chemical vapor deposition of diamond
JPH05270982A (ja) 1992-03-27 1993-10-19 Idemitsu Petrochem Co Ltd ダイヤモンド膜の製造方法
US5698328A (en) 1994-04-06 1997-12-16 The Regents Of The University Of California Diamond thin film electron emitter
JP3861346B2 (ja) * 1996-12-04 2006-12-20 住友電気工業株式会社 ダイヤモンド合成方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006278459A (ja) * 2005-03-28 2006-10-12 Ulvac Japan Ltd 薄膜形成方法及び電界支援型触媒化学気相成長用成膜装置
JP4691377B2 (ja) * 2005-03-28 2011-06-01 株式会社アルバック 薄膜形成方法
JP2010516602A (ja) * 2007-01-17 2010-05-20 コンシッリョ ナツィオナーレ デッレ リチェルケ 電子および／または光電子デバイスおよび関連する製造プロセス実現化に適した半導体基板
JP2013534275A (ja) * 2010-07-30 2013-09-02 ディアロテック 化学蒸着によって材料、特にダイヤモンドを合成する方法、及び該方法を適用するための装置
JP2020524903A (ja) * 2017-06-22 2020-08-20 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 電極アセンブリを備えたプラズマチャンバ
JP7198228B2 (ja) 2017-06-22 2022-12-28 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 電極アセンブリを備えたプラズマチャンバ

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