JP2004244298A

JP2004244298A - 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

Info

Publication number: JP2004244298A
Application number: JP2003148426A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Yokota; 嘉宏横田; Koji Kobashi; 宏司小橋; Takeshi Tachibana; 武史橘
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】マイクロ波を使用してダイヤモンドを気相合成する際に、多種類の基板に対応することが可能で、プラズマ分布を一定に保つことができるダイヤモンド気相合成用基板ホルダ及びそこの基板ホルダが最も効果を発揮するダイヤモンド気相合成方法を提供する。
【解決手段】ホルダ本体２１の上面に基板１４を配置するための凹状の基板収納部２５が形成され、基板収納部２５の中央部には反応ガスを排気するための孔であるオリフィス２２が設けられ、オリフィス２２からは放射線状に８本の溝２３が設けられ、基板収納部２５の底面には、同心円状に配置された環状溝２６ａ乃至ｄが設けられ、更に、基板ホルダ１５の上面における基板収納部１８の外側部分には、横断面が曲面である部材１９が設けられているダイヤモンド気相合成用基板ホルダとする。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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に関し、特に、マイクロ波プラズマ発生装置を使用する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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤモンドを気相合成する方法としては、マイクロ波ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相蒸着）法（例えば、特許文献１及び２参照）、高周波プラズマＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、直流プラズマＣＶＤ法、プラズマジェット法、燃焼法及び熱ＣＶＤ法等が知られている。これらの気相合成法を使用すると、膜状のダイヤモンドが得られる。
【０００３】
前述のマイクロ波ＣＶＤ法においては、従来、２４５０ＭＨｚの周波数を使用し、最大出力が１．５ｋＷ（ダイヤモンド気相合成時の投入電力は４００Ｗ程度）の小型装置が使用されている。この小型装置は、マイクロ波を導波管により反応容器に導入し、メタン及び水素等の反応ガスをガス圧が約３０Ｔｏｒｒの条件下でプラズマ化して、シリコンウエハ等の基板上にダイヤモンドを析出させるものであり、ダイヤモンドの成長速度が１時間あたり約０．１乃至０．５μｍ、実用的な合成面積は５０ｍｍ以下である。近時、周波数が９１５ＭＨｚで、最大出力が１０乃至１００ｋＷのマイクロ波を使用し、反応ガス圧が８０乃至２００Ｔｏｒｒである大型の装置（以下、大型装置という）が市販されるようになった。この装置では、ダイヤモンドの成長速度が１時間あたり約０．３乃至１０μｍであり、実用的な合成面積は１５０ｍｍ以上が得られる。
【０００４】
ダイヤモンドの気相合成における基板の最適温度は約８００乃至１０００℃とされているが、前述の小型装置を使用した場合、マイクロ波を投入することにより発生する反応ガスのプラズマにより加熱され、基板の温度は適温に維持される。一方、前述の大型装置では、投入するマイクロ波電力が大きいため、発生するプラズマの温度が高く、基板の温度が最適温度以上に上昇してしまう。このため、基板の冷却が必要となり、通常、基板を冷却する構造が設けられた基板ホルダが使用されている。一般に、基板を加熱することは容易であるが、基板を冷却し、更にその温度を制御することは技術的及び装置的に極めて困難であり、未だ十分な制御方法が確立されていないのが現状である。
【０００５】
図２０（ａ）は基板温度制御を図った従来の基板ホルダの断面図であり、図２０（ｂ）はその平面図である。図２０（ａ）に示すように、従来の基板ホルダ１８のホルダ本体２の上面には、基板１を配置するための凹状の基板収納部４が形成されており、基板収納部４の中央部には直径約１ｍｍのオリフィス（管）３が設けられている。従来の基板ホルダ１８は、真空ポンプを使用し、オリフィス３から反応ガスを排気し、反応室のガス圧及び基板１と基板ホルダ２との間に残留する反応ガスとの差圧（ΔＰ）を維持する。例えば、ΔＰがほぼ０の場合と、ΔＰが−２Ｔｏｒｒの場合とでは、後者の方が残留ガスによる熱伝導が小さくなり、基板の温度は上昇する。そこで、従来の基板ホルダでは、図２０（ｂ）に示すように、前記差圧（ΔＰ）の効果を基板全体に行き渡らせるため、オリフィス３から放射線状に４本の細い溝６が設けられている。
【０００６】
また、基板を効率的に冷却するため、通常、基板ホルダは熱伝導性の良い金属により構成されている。特に、基板ホルダの構成部品のうち基板に接する部分は、プラズマに曝されて８００℃以上の高温になる可能性があるため、モリブデン又はタングステン等の高融点金属が使用される。そして、その下層は、銅等の高熱伝導性金属が使用され、この部分が水等の冷媒に接する。このような金属により構成された基板ホルダは、反応容器中におけるマイクロ波共振器の構成部品でもある。このため、その形状を変えることによりマイクロ波電界の分布をある程度変化させることが可能である。通常、基板ホルダは、基板が配置される位置にできるだけ均一なプラズマが発生するように設計されている。このように、均一なプラズマを発生させることにより、品質が均一なダイヤモンドを合成又は成膜することができる。
【０００７】
通常、基板にはシリコンウエハ又はモリブデン板等が使用されるが、その形状及び大きさは１種類に決まっているわけではない。よって、前述の基板ホルダの最適設計においても、各々の形状及び大きさの基板に対応した基板ホルダを用意する必要がある。仮に、基板形状に合わない基板ホルダを使用してもダイヤモンドの合成又は成膜は可能であるが、反応容器中におけるプラズマ分布が最適にならないため、基板上に合成又は成膜されたダイヤモンドの品質及び膜厚が均一になりにくい。例えば、円盤状のシリコン基板上にダイヤモンドを成膜する場合、同心円状に限らず、品質又は膜厚にむらを生じることがある。
【０００８】
ダイヤモンド膜の応用製品においては、品質又は膜厚のむらは、できるだけ少ない方が望ましい。例えば、シリコン基板を除去して赤外線等の窓に応用する場合、粒径が不均一であると透過率にむらが生じる。また、ダイヤモンド膜上にダイオード又はトランジスタを形成する場合、フォトリソグラフィ等の工程を高精度に行うため、ダイヤモンド膜の表面が平坦でなければならない。このとき、合成したダイヤモンド膜の膜厚が不均一であると、研磨によりその表面が平坦化されるが、膜厚が均一であれば研磨工程を簡略化できることは自明である。
【０００９】
【特許文献１】
特公昭５９−２７７５４号公報（第１−３頁、第１−２図）
【特許文献２】
特公昭６１−３３２０号公報（第１−３頁、第１図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来の基板ホルダには、以下に示す問題点がある。図２１は従来の基板ホルダを使用して作製したダイヤモンド膜の膜厚分布を示す図である。従来の基板ホルダの第１の問題点は、図２０（ａ）に示すように、基板収納部４が基板１の厚さより浅いため、基板ホルダ２の縁部より基板１の上面の方が高くなり、ダイヤモンドを気相合成する際に発生するプラズマが基板１の縁部に集中して、基板縁部では極めて高速でダイヤモンドが成長することである。この結果、例えば、直径６インチのシリコン基板上に、平均２００μｍのダイヤモンド膜を合成した場合、図２１に示すように、基板縁部及びプラズマ中心に近い基板中央部で膜厚が厚くなるといった不均一な膜厚分布が生じる。このような膜厚が不均一なダイヤモンド膜は、通常、研磨により表面を平坦化して使用されるが、膜厚が厚い部分と薄い部分との差が大きいものは、そのコストが増大する。そのため、ダイヤモンド膜製造においては、プラズマの集中を防ぎ、更に基板の中心部及び周辺部の温度を制御して、膜厚の均一化を図ることが求められている。
【００１１】
また、第２の問題点は、溝６の周辺と他の領域とで、ダイヤモンド膜の膜質が異なることである。図２２は従来の基板を使用してダイヤモンド膜を気相合成した場合の基板の温度分布を示す図である。同一基板上で膜質が不均一になるのは、図２２に示すように、基板１と基板ホルダ２とが接しないオリフィス３及び溝６の部分の基板温度が、他の部分より高くなっているためである。
【００１２】
更に、従来、ダイヤモンド膜の品質及び膜厚を均一化するためには、例えば、円盤状のモリブデン製ブロックに基板形状に整合する凹部を設けることにより、基板表面とモリブデン製ブロックの表面の高さを揃えて、容器内の共振器形状を一定に保つ方法が適用されているが、この方法は、種々の形状及び大きさの基板毎に、それらに適合する凹部が形成された基板ホルダを用意しなければならない。基板に標準規格品であるシリコンウエハを使用するのであれば、用意する基板ホルダも少数で済むが、そうでない場合、規格外品及び種々の形状の基板に対して１種類の基板ホルダを使用することができると、基板ホルダを作製するための手間及び費用、並びにホルダ交換の手間を省くことができるため、非常に便利である。
【００１３】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、マイクロ波を使用してダイヤモンドを気相合成する際に、多種類の基板に対応することが可能で、プラズマ分布を一定に保つことができるダイヤモンド気相合成用基板ホルダ及びそこの基板ホルダが最も効果を発揮するダイヤモンド気相合成方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明に係るダイヤモンド気相合成用基板ホルダは、ホルダ本体と、このホルダ本体の上面に形成された基板を配置するための凸状の基板収納部と、を有し、前記基板収納部は前記基板の厚さより深いことを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、基板上面より基板ホルダ上面を高くすることにより、基板縁部にプラズマが集中することを防ぎ、基板表面に均一にダイヤモンドを合成することができる。
【００１６】
前記基板収納部の底面には、ガスを排気するための孔と、前記孔から前記基板の縁部に向けて延びる溝とが設けられていてもよい。この孔及び溝により前記基板の温度を調整することができる。
【００１７】
また、前記ホルダ本体の上面における前記基板収納部の外側部分には、横断面が曲面である部材を設けることができる。これにより、基板縁部周辺に角部がなくなり、基板縁部にプラズマが集中することを防ぐことができる。
【００１８】
更に、前記孔は前記基板収納部の底面中央に設けられ、前記溝は前記孔から放射線状に延び、更に、前記基板収納部の底面には同心円状に配置された複数個の環状の溝が設けられており、前記環状の溝間の間隔は外周部になるに従い狭くしてもよい。前記環状の溝の幅は、例えば、０．１乃至３．０ｍｍである。
【００１９】
更にまた、前記孔及び前記基板収納部は、複数個設けることができる。この基板収納部の直径は、例えば、５ｃｍ以上である。
【００２０】
更にまた、前記基板収納部の底面には、ガスを排気するための孔及び複数個の突起が形成されている場合、前記基板は前記突起の上面で接触し、前記突起上面により構成される面の深さは前記基板の厚さより深いことが好ましい。これにより、基板中央部の冷却効率を向上させることができる。
【００２１】
前記基板収納部の深さと前記基板の厚さとの差は、０．５乃至２０ｍｍであることが好ましい。これにより、マイクロ波が基板に集中することを緩和し、且つ合成速度を低下させずに、基板上に均一にダイヤモンドを合成することができる。
【００２２】
前記ホルダ本体における外径と内径との差は、５乃至５０ｍｍであることが好ましく、また、反応容器内部に配置される場合、前記ホルダ本体の外径が前記反応容器の内径の（１／１０）乃至（１／３）であることが好ましい。これにより、基板上のプラズマの状態が適性化され、均一なダイヤモンドを合成することができる。
【００２３】
また、前記基板収納部には、前記基板より直径が大きい１個以上の内枠を設けることができる。前記内枠は、例えば、厚さが０．２乃至５ｍｍであり、高さがホルダ本体の上面と同等又は基板上面より高くホルダ本体の上面より低くする。これにより、基板の基板の大きさが基板収納部より小さい場合においても、前記基板に対応したプラズマを発生させることができる。
【００２４】
また、このダイヤモンド気相合成用基板ホルダは、マイクロ波を使用し、反応室への投入電力が１０ｋＷ以上で、反応ガス圧が８０乃至２００Ｔｏｒｒであるマイクロ波プラズマ化学気相蒸着において使用することができる。
【００２５】
更に、反応室への投入電力が５０ｋＷ以上で、周波数が９１５ＭＨｚであるマイクロ波を使用し、反応ガス圧が８０乃至１５０Ｔｏｒｒであるマイクロ波プラズマ化学気相蒸着において使用してもよい。
【００２６】
本願第２発明に係るダイヤモンド気相合成方法は、前述のダイヤモンド気相合成用基板ホルダを使用し、反応ガス圧が８０乃至２００Ｔｏｒｒである反応容器内に、電力が１０ｋＷ以上のマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、ダイヤモンドを合成することを特徴とする。前記マイクロ波は、例えば、９１５±１０ＭＨｚである。
【００２７】
本発明においては、前述の基板ホルダを使用することにより、基板温度及び基板のプラズマを均一化することができるため、膜厚及び膜質が均一なダイヤモンドを気相合成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るダイヤモンド気相合成用基板ホルダについて、添付の図面を参照して具体的に説明する。
【００２９】
第１実施形態
図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る基板ホルダを示す断面図であり、図１（ｂ）はその平面図である。本発明の第１実施形態の基板ホルダ１５は、図１（ａ）に示すように、ホルダ本体１０の上面に基板９を配置するための凹状の基板収納部１３が形成されており、基板収納部１３の中央部には反応ガスを排気するための孔である直径約１ｍｍのオリフィス（管）１１が設けられている。また、オリフィス１１からは放射線状に４本の溝１２が設けられている。そして、基板収納部１３の深さは基板９の厚さより深く、従って、基板９を基板収納部１３に収納すると、その上面はホルダ本体１０の上面よりも下になる。
【００３０】
本実施形態の基板収納部１３は、直径が５ｃｍ以上であることが好ましい。小径の基板を使用すると、プラズマの集中又は基板の温度分布等の問題は起こりにくいが、生産コストを考慮すると、直径が５ｃｍ以上の基板を使用することが望ましい。従って、基板収納部１３の直径も５ｃｍ以上であることが好ましい。また、基板９の厚さと基板収納部１３の深さの差（基板９の上面とホルダ本体１０の上端との差）は、０．５乃至２０ｍｍであることが好ましい。基板９の上面とホルダ本体１０の上端との差は、合成したダイヤモンド膜の均一性に影響を及ぼす。その差が０．５ｍｍより少ない場合は基板周辺の膜厚が厚くなり、２０ｍｍより多い場合は基板中央部のみに成膜され、膜厚が不均一となる。
【００３１】
このように構成された本実施形態の基板ホルダ１５においては、基板収納部１３に基板９を収納し、例えば、９１５±１０ＭＨｚのマイクロ波を使用し、反応室への投入電力が５０ｋＷ以上のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置に挿入して、反応ガス圧が８０乃至１５０Ｔｏｒｒで、ダイヤモンド膜を気相合成する。本実施形態の基板ホルダ１５は、基板収納部１３を基板９の厚さより深くし、基板９の上面よりホルダ本体１０の上端が高くなるようにしたため、前記気相合成中に基板９の縁部へのプラズマの集中がなく、基板縁部の厚膜化を防ぐことができる。また、オリフィス１１から反応ガスを排気し、反応室のガス圧と基板９とホルダ本体１０との間に残留する反応ガスのガス圧との差圧（ΔＰ）を一定に保持し、更に、オリフィス１１から基板の縁部方向設けられた溝１２により、基板内での差圧（ΔＰ）を均一化し、基板９の全面において基板温度を一定に保つことができる。
【００３２】
第２実施形態
図２（ａ）は本発明の第２実施形態に係る基板ホルダを示す断面図であり、図２（ｂ）はその平面図である。本発明の第２実施形態の基板ホルダ１６は、前記第１実施形態のホルダ本体１０の上面における基板収納部１３の外側部分に、横断面が曲面である部材１４を設けたものである。
【００３３】
このように構成された本実施形態の基板ホルダ１６においては、前記第１実施形態同様に、基板収納部１３に基板９を収納し、例えば、９１５±１０ＭＨｚのマイクロ波を使用し、反応室への投入電力が５０ｋＷ以上のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置に挿入して、反応ガス圧が８０乃至１５０Ｔｏｒｒで、ダイヤモンド膜を気相合成する。本実施形態の基板ホルダ１６は、ホルダ本体１０の上面の基板９縁部周辺に横断面が曲面である部材１４を設けることにより、基板９の縁部及びホルダ本体１０にプラズマが集中すること防ぐことができる。マイクロ波によるプラズマの集中は角部に生じやすいため、ホルダ本体１０に取り付ける部材上面は曲面で構成されていることが好ましい。本実施形態では、部材１４を基板９の上まで配置しているが、そのような構造に限定するものではなく、部材１４はホルダ本体１０の上面部に配置されていれば、同様の効果が得られる。また、基板９の上面とホルダ本体１０の上端との差は、第１実施形態と同様の理由から、０．５乃至２０ｍｍであることが好ましい。
【００３４】
第３実施形態
図３（ａ）は本発明の第３実施形態に係る基板ホルダを示す断面図であり、図３（ｂ）はその基板収納部を示す平面図である。本発明の第３実施形態の基板ホルダ１７は、図３（ａ）に示すように、ホルダ本体２１の上面に基板２０を配置するための凹状の基板収納部２５が形成されており、基板収納部２５の中央部には反応ガスを排気するための孔である直径約１ｍｍのオリフィス（管）２２が設けられている。基板収納部２５の底面には、オリフィス２２から放射線状に基板２０の縁部まで延びている８本の溝２３及び、オリフィス２２を中心にして同心円状に配置された環状溝２６ａ乃至ｄの２種類の溝が設けられている。また、ホルダ本体２１の上面における基板収納部１８の外側部分には、横断面が曲面である部材２４が設けられている。
【００３５】
このように構成された本実施形態の基板ホルダ１７においては、前記第１及び第２実施形態同様に、基板収納部２５に基板２０を収納し、例えば、９１５±１０ＭＨｚのマイクロ波を使用し、反応室への投入電力が５０ｋＷ以上のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置に挿入して、反応ガス圧が８０乃至１５０Ｔｏｒｒで、ダイヤモンド膜を気相合成する。本実施形態の基板ホルダ１７は、基板収納部２５の底面に、オリフィス２２から放射線状に延びる溝２３に加え、環状溝２６ａ乃至ｄを設けることにより、基板２０とホルダ本体２１との間に残留する反応ガスのガス圧を基板２０の全面において均一化することができる。また、基板ホルダ１７では、個々の環状溝を形成する間隔が、中心部から外周部に向かうに従い狭くなっている。環状溝間の間隔、所謂基板２０とホルダ本体２１とが接触する面積を、基板温度が上昇しやすい基板中央部分では広くすることにより基板２０の冷却効率を上げ、基板温度が上昇しにくい基板縁部では狭くして基板２０が冷却されすぎるのを防ぐ。これらの効果により、基板ホルダ１７は、基板２０の温度分布をなくなり、その全面において基板温度が均一化されるため、膜厚及び膜質が均一なダイヤモンド膜を気相合成することができる。
【００３６】
基板ホルダ１７において、環状溝２６ａ乃至ｄの幅は、０．１乃至３．０ｍｍであることが好ましい。溝の幅が０．１ｍｍより狭いと、溝を設けた効果が得られず、基板が冷却されすぎてしまう。また、溝の幅が３．０ｍｍより広いと基板温度にむらが生じ、溝が設けられている部分だけ基板表面の温度が低くなってしまう。
【００３７】
前記第３実施形態の基板ホルダ１７では、溝２３の数を８本とし、その長さを基板縁部までとしたが、その数、長さ及び深さは特に限定するものではなく、例えば溝の数を１６本とし、長さを前記第３実施形態の半分程度とすることもできる。
【００３８】
本発明のダイヤモンド気相合成用基板ホルダにおいては、１つの基板収納部に複数個のオリフィスを設けることもできる。これにより、溝におけるΔＰをより均一化することができる。また、１つの基板ホルダ上に前記実施形態で示した構造を有する基板収納部を複数個設けることができ、それにより、複数個の基板を搭載することができ、製造効率を向上することができる。
【００３９】
第４実施形態
図４は本発明の第４実施形態に係る基板ホルダ１９を示す平面図である。本発明の第４実施形態の基板ホルダ１９は、図４に示すように、ホルダ本体３１の上面に基板を配置するための凹状の基板収納部３３が形成されており、基板収納部３３の中央部には反応ガスを排気するための孔である直径約１ｍｍのオリフィス（管）３２が設けられている。また、基板収納部３３の底面には複数個の突起３４が形成されており、基板は突起３４の上面で接する。そして、突起３４の上面により形成される面の深さは基板の厚さより深く、従って、基板を基板収納部３３に収納すると、その上面はホルダ本体３１の上端よりも下になる。
【００４０】
このように構成された本実施形態の基板ホルダ１９においては、前記第１乃至第３実施形態同様に、基板収納部３３に基板を収納し、例えば、９１５±１０ＭＨｚのマイクロ波を使用し、反応室への投入電力が５０ｋＷ以上のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置に挿入して、反応ガス圧が８０乃至１５０Ｔｏｒｒで、ダイヤモンド膜を気相合成する。本実施形態の基板ホルダ１９は、基板収納部３３の底面に複数個の突起３４を設け、突起３４の上面と基板が接するようにしたことにより、突起３４間の空隙が前記第１乃至第３実施形態における溝と同様の効果を有するため、基板温度をより均一化することができる。
【００４１】
また、本実施形態の基板ホルダ１９における基板と１個の突起３４の上面とが接触する面積は、基板の外周部になるに従い小さくなることが好ましい。そうすることにより、基板温度が上昇しやすい基板中央部の冷却効率を上げ、基板温度が上昇しにくい基板縁部が冷却されすぎるのを防ぐことができるため、基板全面でその温度を均一化することができる。更に、基板収納部底面に設けられた突起を、基板と突起とが面ではなく点で接触するような形状にすることもできる。基板と突起とが点で接している場合でも、基板の冷却効果は失われない。
【００４２】
第５実施形態
図５（ａ）は本発明の第５実施形態の基板ホルダ４０を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すＡ−Ａ線による平面図である。なお、図５（ａ）には、基板に接する部品のみ記載し、それ以外の部品及び基板は省略している。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の第５実施形態の基板ホルダ４０は、ホルダ本体４１の上面に基板４２が配置される凹状の基板収納部４３が形成されている。この基板収納部４３には、基板収納部４３と同軸状の環状溝４６が形成されており、この溝４６の内周部と外周部との中間点には、反応ガスを排気するための４個のオリフィス４５が設けられている。また、基板収納部４３の深さは基板４２の厚さより深く、従って、基板４２を基板収納部４３に収納すると、その上面はホルダ本体４１の上端よりも下になる。
【００４３】
このように、本実施形態の基板ホルダ４０は、基板４２の上面よりホルダ本体４１の上端が高いため、マイクロ波電界をホルダ本体４１の外縁（外縁枠４４）に集中させて、基板４２へマイクロ波電界が集中することを緩和することができる。これにより、基板ホルダ４０上のプラズマ分布が基板４２の形状に左右されず、種々の形状の基板に対しても均一なプラズマを得ることができる。従って、種々の形状の基板を使用しても、安定して均一なダイヤモンドを合成又は成膜することができる。
【００４４】
このとき、基板４２の厚さより基板収納部４３の深さが浅い（基板本体４１の上端の方が低い）と、外縁枠４４への電界集中の効果が小さくなる。一方、基板４２の厚さより基板収納部４３の深さが高すぎる（基板本体４１の上端の方が高すぎる）と、基板に接するプラズマの強度が弱くなりすぎるため、ダイヤモンドの合成速度が著しく低下する。そこで、本実施形態の基板ホルダ４０においては、基板４２の上面とホルダ本体４１の上端との差は、０．５乃至２０ｍｍの範囲にする。
【００４５】
更に、この基板ホルダ４０を前述の大型装置に使用する場合、ホルダ本体４１の外径はマイクロ波の共振器の一部を担うため、特に重要である。そこで、本発明者等は、種々の実験の結果、ホルダ本体４１の外径は、基板ホルダ４０を配置する反応容器の内径の（１／１０）乃至（１／３）が最適であることを見出した。ホルダ本体４１の外径が反応容器の内径の（１／１０）より小さいと電界集中の効果が小さくなり、プラズマが外側に広がってしまう。これにより、基板ホルダ４０の以外の場所に堆積するカーボン膜の量が増し、メタン等の原料ガスが基板４２上にダイヤモンドとして成膜される割合が減る。即ち、ダイヤモンド合成効率が悪くなる。一方、ホルダ本体４１の外径が反応容器の（１／３）より大きいと、基板４２近傍への電界集中が強くなり、ホルダ本体４１の外縁への電界集中効果が小さくなってしまう。このように、ホルダ本体４１の大きさ及び形状により、反応容器内のプラズマの分布形状を整えることができる。
【００４６】
更にまた、本実施形態の基板ホルダ４０におけるホルダ本体４１の内径と外径の差（外縁枠４４の厚さ）は５乃至５０ｍｍであることが好ましい。これにより、電界集中、即ち、プラズマが集中する程度を制御することができる。前述の外径枠４４の厚さを５ｍｍ以上にすると、過度のプラズマ集中を防ぐことができ、冷却効果を高めることができる。但し、外縁枠４４の厚さが５０ｍｍより厚くなると、電界集中効果が薄れ、プラズマが不必要に広がったり、円形又は楕円形ではなくいびつに変形したりする。また、外縁枠４４の断面形状は、プラズマに接する部分が滑らかな曲線であることが望ましく、逆Ｕ字型、角を滑らかに面取りした矩形若しくは台形、又はこれらの組み合わせ等が使用できるが、これらに限定するものではない。なお、本発明における外径枠４４の厚さとは、平均の厚さをいう。
【００４７】
図６は本実施形態の基板ホルダ４０の使用形態を示す断面図である。図６に示すように、基板ホルダ４０においては、基板収納部４３に基板４２が収納され、基板ホルダ下部４８と、この基板ホルダ下部４８の上に配置された基板ホルダ中部４７の上に配置される。図７（ａ）は基板ホルダ下部４８の一例を示す平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すＢ−Ｂ線による断面図である。また、図８（ａ）は基板ホルダ中部の一例を示す平面図であり、図８（ｂ）は図８（ｂ）に示すＣ−Ｃ線に示す断面図である。基板ホルダ４０は、例えば、モリブデン等の高融点金属からなり、基板ホルダ下部４８及び基板ホルダ中部４７は、例えば、銅等からなる既存のものを使用することができる。そして、これらを反応容器中に配置し、周波数が約９１５±１０ＭＨｚ、電力が１０ｋＷ以上のマイクロ波により発生させるプラズマを使用し、反応ガス圧が８０乃至２００Ｔｏｒｒの条件下で、ダイヤモンド膜を気相合成する。一般に、共振器を兼ねた反応容器及び基板ホルダの大きさがある程度限定されるため、共振器の大きさはマイクロ波の波長により決定される。このため、本実施形態の基板ホルダ４０を使用すると、その外径と同等の直径を有し、ほぼ回転楕円形又はそれに準じた形状のプラズマを発生させることができる。
【００４８】
第６実施形態
図９（ａ）は本発明の第６実施形態の基板ホルダ５０を示す平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）に示すＤ−Ｄ線に示す断面図である。図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の第６実施形態の基板ホルダ５０は、ホルダ本体５１の上面に基板５２が配置される凹状の基板収納部５３が形成されている。この基板収納部５３の深さは基板５２の厚さより深く、従って、基板５２を基板収納部５３に収納すると、その上面はホルダ本体５１の上端よりも下になる。また、基板収納部５３には、同心円状に内枠５４ａ、５４ｂ及び５４ｃが設けられている。この内枠５４ａ乃至５４ｃの高さは、最も内側に配置されている（最も直径が小さい）内枠５４ａが最も低く、外側に（半径が大きく）なるに従い高くなり、内枠５４ｃの上面はホルダ本体５１の上端と同等の高さになっている。但し、内枠５４ａの高さは基板５２の厚さよりも高くすることが好ましい。
【００４９】
前述の実施形態１乃至５の基板ホルダにおいては、基板収納部よりもかなり小さい基板を使用してもダイヤモンドの合成は可能であるが、本実施形態の基板ホルダ５０のように、基板収納部５３に基板５２より直径が大きい内枠を、適当な間隔で設けることより、より均一にダイヤモンドを合成することができる。なお、本実施形態の基板ホルダ５０においては、内枠を３個設けた場合について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、１枚以上であればよく、基板の大きさに応じて適宜選択することができる。また、その厚さは、前述した外縁枠５５と同様に、電界及びプラズマの制御性と過剰加熱を両立することが必要であるが、外縁枠５５より電界の集中は少ないため、より薄くすることができる。本発明者等は、種々の実験の結果、内枠の厚さは０．２乃至５ｍｍとすることが好ましいことを見出した。更に、内枠の高さは、基板ホルダ本体５１の上端と同じにするか、基板５２上面より高く、基板ホルダ本体５１の上端より低くすることにより、基板ホルダ本体５１上面においてほぼ均一になったプラズマを、基板収納部５３より小さい基板５２の近傍まで均一にすることができる。
【００５０】
更に、本実施形態の基板ホルダ５０においては、同心円状の内枠を設けた場合について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、横断面が八角形状等、基板の形状に応じて適宜選択することができる。図１０（ａ）は本実施形態の変形例の基板ホルダ６０を示す平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示すＥ−Ｅ線による断面図である。図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態の変形例の基板ホルダ６０は、ホルダ本体６１の上面に基板６２が配置される凹状の基板収納部６３が形成されている。この基板収納部６３の深さは基板６２の厚さより深く、従って、基板６２を基板収納部６３に収納すると、その上面はホルダ本体６１の上端よりも下になる。また、また、基板６２は横断面が正方形であり、基板収納部６３には、最も内側に横断面が八角形状の内枠６４ａが形成され、その外側に横断面が円形の内枠６４ｂ及び６４ｃが設けられている。この内枠６４ａ乃至６４ｃの高さは、最も内側に配置されている内枠６４ａが最も低く、外側になるに従い高くなり、内枠６４ｃの上面はホルダ本体６１の上端と同等の高さになっている。
【００５１】
なお、本発明のダイヤモンド気相合成用基板ホルダの構造は、使用する基板の形状、面積又は材質に制限されるものではない。
【００５２】
【実施例】
以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。
【００５３】
実施例１
先ず、本発明の実施例１として、図３に示したダイヤモンド気相合成用基板ホルダを使用し、マイクロ波ＣＶＤ法により、６インチシリコン基板上に厚さ４００μｍのダイヤモンド膜を気相合成した。表１にはその条件を示す。
【００５４】
【表１】

【００５５】
図１１は本実施例により得られたダイヤモンド膜の膜厚分布を示す図である。本実施例で作製した実施例１のダイヤモンド膜は、中央部の膜厚と縁部の膜厚との差は約５％であり、縁部の厚膜化及び不均一な温度分布は見られなかった。以上の結果より、本実施例では、従来の課題であった膜厚及び基板温度の均一化を実現することができた。
【００５６】
実施例２
次に、本発明の実施例２として、図５に示す第５実施形態の基板ホルダ４０を使用してダイヤモンド膜を気相合成した。本実施例においては、直径１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのシリコン基板を使用した。また、基板ホルダ４０は、材料にモリブデンを使用し、基板ホルダ本体４１の外径は１７０．０ｍｍ、基板収納部の外径は１５２．０ｍｍとし、内径と外径の差（外縁枠４４の厚さ）を１８．０ｍｍとし、基板収納部４３の深さは１５．０ｍｍとした。よって、基板ホルダ本４１の上端と基板４２上面との高さの差は５．０ｍｍであった。更に、環状溝４５の内径は５５．０ｍｍ、外周が１４０．０ｍｍであり、この環状溝４５における直径が１００．０ｍｍの円周上に形成されている４個のオリフィス４５の直径は１．６ｍｍであった。更にまた、本実施形態の基板ホルダ４０の底面には凹部が形成されており、その直径は１５４．０ｍｍ、深さは０．２５ｍｍであった。更にまた、外縁枠４４の先端はＲ５．０の曲面により形成し、外縁枠４４の上端から９．０ｍｍの間には傾斜を形成した。この基板ホルダ４０を図８及図９に示す基板ホルダ下部４８及び基板ホルダ中部４７の上に配置した。基板ホルダ下部４８の厚さは５．０ｍｍ、基板ホルダ中部４７の厚さは４．８ｍｍにした。なお、これら以外の仕様については、既存の基板ホルダと同様にした。
【００５７】
図１２は本実施例で使用したマイクロ波プラズマ気相合成装置を模式的に示す断面図である。図１２に示すように、本実施例においては、最大部の直径が約１ｍである反応容器７０を有するマイクロ波プラズマ気相合成装置を使用した。先ず、反応容器７０の中央付近に設けられ、銅製の冷却ステージ７１上に、前述の基板ホルダ４０及び基板４２を設置し、基板４２の上方に基板温度を測定する赤外放射式温度計７２を設置した。また、反応容器７０には、石英製のマイクロ波窓７３が設けられている。反応容器７０内にメタン２％、水素９８％からなる反応ガスを導入した。そして、反応容器内の圧力を８０乃至２００Ｔｏｒｒに保ち、周波数約９１５ＭＨｚ、電力が１０ｋＷ以上のマイクロ波によりプラズマを発生させ、冷却ステージ７１の内部に冷却水を循環させて基板４２を冷却しながらダイヤモンド合成を行った。
【００５８】
また、比較例１として、外縁枠がない基板ホルダを使用し、前述の実施例２と同じ装置及び条件でダイヤモンド合成を行った。更に、比較例２として、基板ホルダ本体の上端と基板上面の高さが同等である基板ホルダを使用し、同様にダイヤモンド合成を行った。
【００５９】
赤外放射式温度計７２により、実施例２、比較例１及び２における基板の温度を測定したところ、基板及び基板ホルダの形状に依存した分布が確認された。図１３（ａ）は比較例１におけるプラズマ分布を示す断面図であり、図１３（ｂ）は比較例２におけるプラズマ分布を示す断面図であり、図１３（ｃ）は実施例２におけるプラズマ分布を示す断面図である。また、図１４は比較例１、２及び実施例２の基板表面における温度分布を示すグラフ図である。図１３（ａ）に示すように、外縁枠がない基板ホルダ７５を使用した比較例１の場合、プラズマは基板ホルダ外へ広く広がっていた。また、基板４２の端部及び基板ホルダ本体の端部には電界が集中し、プラズマ発光が非常に強かった。図１４に示すように、基板温度分布もこれを反映しており、基板の端部は非常に高温になり、中間部は低いが、中心部は高くなっていた。
【００６０】
また、図１３（ｂ）及び図１４に示すように、基板ホルダ本体上端と基板上面とが同程度の高さである基板ホルダ７６を使用した比較例２の場合、プラズマ分布がやや小さくなり、温度は全体的にやや下がり、分布もやや均一化した。しかしながら、外縁枠と基板４２との間に僅かながら隙間があったため、基板の端部の角近傍に電界が集中し、基板端部における温度も高かった。
【００６１】
一方、図１３（ｃ）及び図１４に示すように、基板ホルダ４０を使用した実施例２の場合、プラズマ分布は小さく、温度分布も均一になった。また、基板の上面が基板ホルダ本体の上端より低いため、電界集中もほとんどなく、前述の比較例１及び２で見られた基板の端部における異常な温度上昇もなかった。
【００６２】
そして、所定の時間合成を行った後、基板４２を反応容器から取り出したところ、基板上にはダイヤモンド膜が成膜されていたが、その膜厚は図１１に示す基板温度分布にほぼ一致し、基板温度が高い箇所ではダイヤモンド膜の膜厚が厚くなっていた。また、結晶形態、欠陥密度等、ダイヤモンドの品質は、温度分布をほぼ反映したものであった。
【００６３】
実施例３
次に、本発明の実施例３として、基板収納部より大幅に小さい基板を使用し、図９に示す第６実施形態の基板ホルダ５０を使用してダイヤモンド膜を気相合成した。本実施例においては、直径５０ｍｍ、厚さ５ｍｍのシリコン基板を使用した。また、外径枠５５の厚さを１８ｍｍ、基板収納部５３の深さを１５．０ｍｍとし、基板収納部４３に３重の内枠５４ａ乃至５４ｄを設けた。夫々の内縁枠の高さは、内側なるに従い低くし、最も内側の内枠５４ａの上面は基板５２の上面より５．０ｍｍ高くし、その外側の内枠５４ｂは基板５２の上面より９．０ｍｍ高くし、最も外側の内枠５４ｃは基板ホルダ本体５１の上端と同じ高さに（基板５２より１０．０ｍｍ高く）した。その他の仕様は、前述の実施例２で使用した基板ホルダと同様にした。
【００６４】
また、比較例３として、外縁枠がない基板ホルダ７５を使用して、前述の実施例３と同じ装置及び条件でダイヤモンド合成を行った。更に、比較例４として、外縁枠はあるが内枠がない基板ホルダ７７を使用して、同様にダイヤモンド合成を行った。図１５（ａ）は比較例３におけるプラズマ分布を示す模式図であり、図１５（ｂ）は比較例４におけるプラズマ分布を示す模式図であり、図１５（ｃ）は実施例３におけるプラズマ分布を示す模式図である。また、図１６は比較例３、４及び実施例２の基板表面における温度分布を示すグラフ図である。
【００６５】
図１５（ａ）に示すように、外縁枠がない基板ホルダ７５を使用した比較例３の場合、プラズマは基板ホルダ外へ広く広がった。また、基板５２の端部及び基板ホルダ本体の端部には、電界が集中し、プラズマ発光が非常に強かった。図１６に示すように、基板温度分布もこれを反映しており、基板の端部は非常に高温になった。更に、基板が前述の実施例２で使用したものより小さいため、温度分布は内側にいくほど低くなった。図１５（ｂ）及び図１６に示すように、内枠がない基板ホルダ７７を使用した比較例４の場合、プラズマ分布はやや小さくなり、温度は全体的にやや下がり、分布もやや均一化した。しかしながら、基板５２の端部の角部近傍に電界が集中し、やや高温になった。一方、図１５（ｃ）及び図１６に示すように、内枠を設けた基板ホルダ５０を使用した実施例３の場合、プラズマ分布はやや小さく、温度分布も均一になった。また、基板５２の端部への電界集中もほとんどなく、異常な温度上昇もなくなった。
【００６６】
そして、所定の時間合成を行った後、基板５２を反応容器から取り出したところ、基板上にはダイヤモンド膜が成膜されていたが、その膜厚は前述の基板温度分布にほぼ一致し、基板温度が高い箇所ではダイヤモンド膜の膜厚が厚くなっていた。また、結晶形態、欠陥密度等、ダイヤモンドの品質は、温度分布をほぼ反映したものであった。
【００６７】
実施例４
次に、本発明の実施例４として、基板収納部より大幅に小さく、厚さが薄く、横断面が円形状ではない基板を使用し、図１０に示す基板ホルダ６０を使用してダイヤモンド合成を行った。本実施例においては、縦横の長さが３５ｍｍ、厚さが０．５ｍｍの正方形状のシリコン基板を使用した。また、基板収納部６３の深さは、前述の実施例２及び３と同様に１５．０ｍｍとした。よって、基板ホルダ本体６１の上端と基板６２上面との高さの差は１４．５ｍｍであった。また、本実施例で使用した基板ホルダ６０にも、前述の実施例３で使用した基板ホルダ５０と同様に、基板収納部６３に３重の内枠６４ａ乃至６４ｃを設けた。そして、その最も内側に配置された内枠６４ａは、基板６２の形状に近い形状にした。これら以外の仕様は前述の実施例３で使用した基板ホルダと同様とした。
【００６８】
また、比較例５として、外縁枠がない基板ホルダ７５を使用し、前述の実施例４と同じ装置及び条件でダイヤモンド合成を行った。更に、比較例６として、外縁枠はあるが内枠がない基板ホルダ７７を使用し、同様にダイヤモンド合成を行った。図１７（ａ）は比較例５におけるプラズマ分布を示す模式図であり、図１７（ｂ）は比較例６におけるプラズマ分布を示す模式図であり、図１７（ｃ）は実施例４におけるプラズマ分布を示す模式図である。また、図１８（ａ）は比較例５の基板表面における温度分布を示す平面図であり、図１８（ｂ）は比較例６の基板表面における温度分布を示す平面図であり、図１８（ｃ）は実施例４の基板表面における温度分布を示す平面図である。更に、図１９はこれらの基板表面における温度分布を示すグラフ図である。
【００６９】
外縁枠がない基板ホルダ７５を使用した比較例５の場合、プラズマは基板ホルダ外へ広く広がっていた。また、基板６２の端部及び基板ホルダ７５の端部には、やや電界が集中し、プラズマの発光が強かった。基板温度分布もこれを反映しており、基板６２の端部は高温になった。基板収納部の内側の温度分布は、前述の比較例３と基本的には同様であるが、基板６２が薄いため、プラズマ中心から基板６２表面の距離があること、及び基板ホルダ７５からの冷却が効率よく行われたこと等により、全体的にはやや低くなった。また、内枠を設けなかった基板ホルダ７７を使用した比較例６の場合、プラズマ分布はやや小さくなり、温度は全体的にやや下がり、分布もやや均一化した。それでも基板６２の端部近傍の電界集中により、やや高温になった。一方、基板形状に対応した内枠を設けた基板ホルダ６０を使用した実施例４の場合、プラズマ分布はやや小さく、温度分布もかなり均一になった。また、基板６２の端部への電界集中もほとんどなく、異常な温度上昇もなくなった。この実施例４は、内枠を基板形状と円形の中間としたため、基板６２の角部への電界の偏りも少なくなり、均一なダイヤモンド成膜ができた。
【００７０】
そして、所定の時間合成を行った後、基板６２を反応容器から取り出したところ、基板上にはダイヤモンド膜が成膜されていたが、その膜厚は前述の基板温度分布にほぼ一致し、基板温度が高い箇所ではダイヤモンド膜の膜厚が厚くなっていた。また、結晶形態、欠陥密度等、ダイヤモンドの品質は、温度分布をほぼ反映したものであった。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、基板収納部を基板の厚さより深くすることにより、基板にマイクロ波電界が集中することが緩和されるため、基板の形状に左右されずに均一なプラズマが得られ、基板上に均一にダイヤモンドを合成することができる。また、本発明のダイヤモンド気相合成用基板ホルダを使用することにより、９１５±１０ＭＨｚのマイクロ波を使用し、反応室への投入電力が１０ｋＷ以上で、反応ガス圧が８０乃至２００Ｔｏｒｒであるマイクロ波プラズマ化学気相蒸着装置においても、膜厚及び膜質が均一なダイヤモンド膜を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態の基板ホルダを示す断面図であり、（ｂ）はその平面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第２実施形態の基板ホルダを示す断面図であり、（ｂ）はその平面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第３実施形態の基板ホルダを示す断面図であり、（ｂ）はその基板収納部の底面を示す平面図である。
【図４】本発明の第４実施形態の基板ホルダを示す平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第５実施形態の基板ホルダ４０を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線による断面図である。
【図６】本実施形態の基板ホルダ４０の使用形態を示す断面図である。
【図７】（ａ）は図６に示す基板ホルダ下部４８を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線による断面図である。
【図８】（ａ）は図６に示す基板ホルダ中部４７を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ線による断面図である。
【図９】（ａ）は本発明の第６実施形態の基板ホルダ５０を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＤ−Ｄ線による断面図である。
【図１０】（ａ）は本発明の第６実施形態における変形例の基板ホルダ６０を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＥ−Ｅ線による断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施例において作製されたダイヤモンド膜の膜厚分布を示すグラフ図である。
【図１２】本発明の第２の実施例で使用したダイヤモンド合成装置を模式的に示す断面図である。
【図１３】（ａ）は比較例１におけるプラズマ分布を示す断面図であり、（ｂ）は比較例２におけるプラズマ分布を示す断面図であり、（ｃ）は実施例２におけるプラズマ分布を示す断面図である。
【図１４】比較例１、２及び実施例２の基板表面における温度分布を示すグラフ図である。
【図１５】（ａ）は比較例３におけるプラズマ分布を示す模式図であり、（ｂ）は比較例４におけるプラズマ分布を示す模式図であり、（ｃ）は実施例３におけるプラズマ分布を示す模式図である。
【図１６】比較例３、４及び実施例３の基板表面における温度分布を示すグラフ図である。
【図１７】（ａ）は比較例５におけるプラズマ分布を示す模式図であり、（ｂ）は比較例６におけるプラズマ分布を示す模式図であり、（ｃ）は実施例４におけるプラズマ分布を示す模式図である。
【図１８】（ａ）は比較例５の基板表面における温度分布を示す平面図であり、（ｂ）は比較例６の基板表面における温度分布を示す平面図であり、（ｃ）は実施例４の基板表面における温度分布を示す平面図である。
【図１９】比較例５、６及び実施例４の基板表面における温度分布を示すグラフ図である。
【図２０】（ａ）は従来の基板ホルダの断面図であり、（ｂ）はその平面図である。
【図２１】従来の基板ホルダを使用して合成したダイヤモンド膜の膜厚分布を示す図である。
【図２２】従来の基板ホルダを使用した場合の基板の温度分布を示す平面図である。
【符号の説明】
１、９、２０、４２、５２、６２；基板
２、１０、２１、３１、４１、５１、６１；ホルダ本体
３、１１、２２、３２、４５；オリフィス
４、１３、２５、３３、４３、５３、６３；基板収納部
５；プラズマ集中部
６、１２、２３；溝
７；高温部
８；低温部
１４、２４；横断面が曲面である部材
１５、１６、１７、１８、１９、４０、５０、６０、７５、７６、７７：基板ホルダ
２６、４６；環状溝
３４；突起
４４、５５、６５；外縁枠
４７；基板ホルダ中部
４８；基板ホルダ下部
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、６４、６４ａ、６４ｂ、６４ｃ；内枠
７０；反応容器
７１；冷却ステージ
７２；赤外放射式温度計
７３；マイクロ波窓
７４；プラズマ

Claims

ホルダ本体と、このホルダ本体の上面に形成された基板を配置するための凸状の基板収納部と、を有し、前記基板収納部は前記基板の厚さより深いことを特徴とするダイヤモンド気相合成用基板ホルダ。
前記基板収納部の底面には、ガスを排気するための孔と、前記孔から前記基板の縁部に向けて延びる溝とが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド気相合成用基板ホルダ。
前記ホルダ本体の上面における前記基板収納部の外側部分に、横断面が曲面である部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイヤモンド気相合成用基板ホルダ。
前記孔は前記基板収納部の底面中央に設けられ、前記溝は前記孔から放射線状に延び、更に、前記基板収納部の底面には、同心円状に配置された複数個の環状の溝が設けられており、前記環状の溝間の間隔は外周部になるに従い狭くなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のダイヤモンド気相合成用基板ホルダ。
前記環状の溝の幅が０．１乃至３．０ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載のダイヤモンド気相合成用基板ホルダ。
前記基板収納部の直径が５ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のダイヤモンド気相合成用基板ホルダ。
前記孔は複数個設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のダイヤモンド気相合成用基板ホルダ。
前記基板収納部は複数個設けられていること特徴とする請求項１乃至７に記載のダイヤモンド気相合成用基板ホルダ。
前記基板収納部の底面には、ガスを排気するための孔及び複数個の突起が形成されており、前記基板は前記突起の上面で接触し、前記突起上面により構成される面の深さは前記基板の厚さより深いことを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド気相合成用基板ホルダ。
前記基板収納部の深さと前記基板の厚さとの差は、０．５乃至２０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のダイヤモンド気相合成用基板ホルダ。
前記ホルダ本体における外径と内径との差が、５乃至５０ｍｍであることを特徴とする請求項１０に記載のダイヤモンド気相合成用基板ホルダ。
反応容器内部に配置されるとき、前記ホルダ本体の外径が前記反応容器の内径の（１／１０）乃至（１／３）であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のダイヤモンド気相合成用基板ホルダ。
前記基板収納部には、前記基板より直径が大きい１個以上の内枠が設けられていることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のダイヤモンド気相合成用基板ホルダ。
前記内枠は、厚さが０．２乃至５ｍｍであり、高さがホルダ本体の上面と同等又は基板上面より高くホルダ本体の上面より低いことを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載のダイヤモンド気相合成用基板ホルダ。
マイクロ波を使用し、反応室への投入電力が１０ｋＷ以上で、反応ガス圧が８０乃至２００Ｔｏｒｒであるマイクロ波プラズマ化学気相蒸着において使用されることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のダイヤモンド気相合成用基板ホルダ。
反応室への投入電力が５０ｋＷ以上で、周波数が９１５ＭＨｚであるマイクロ波を使用し、反応ガス圧が８０乃至１５０Ｔｏｒｒであるマイクロ波プラズマ化学気相蒸着において使用されることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のダイヤモンド気相合成用基板ホルダ。
請求項１乃至１６に記載のダイヤモンド気相合成用基板ホルダを使用し、反応ガス圧が８０乃至２００Ｔｏｒｒである反応容器内に、電力が１０ｋＷ以上のマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、ダイヤモンドを合成することを特徴とするダイヤモンド気相合成方法。
前記マイクロ波が９１５±１０ＭＨｚであることを特徴とする請求項１７に記載のダイヤモンド気相合成方法。