JP4195198B2 - 多結晶ダイヤモンドをプラズマ技術的に堆積させるための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は多結晶ダイヤモンドを大面積のプレート状の基板上にプラズマ技術的に堆積させるための装置であって、真空室と、基板を導入かつ導出するためのロックゲートと、前記真空室を通して基板を搬送するための、前記真空室内に配置された装置とが設けられている形式のものに関する。
【０００２】
プラズマを発生させるための公知の装置（ＤＥ１９５０３２０５）は、制限された運転領域（プロセス領域、ガス圧、マイクロ波出力）において、表面処理および被覆技術のためにプラズマを発生させることができる。この公知の装置は主として真空プロセス室に組み込まれた円筒状のガラス管と、このガラス管内に位置する金属製の導電管とから成っていて、このガラス管の内室には気圧が生ぜしめられる。マイクロ波出力は両側で２つの供給部と、内側導体と外側導体とから成る２つの金属的な同軸管路とによって真空プロセス室の壁部を通って導入される。真空プロセス室内に同軸管路の外側導体が不在であることは、十分な点火条件（ガス圧）においてマイクロ波出力によって点火されて保持されるプラズマ放電によって補償される。この場合マイクロ波出力を金属製の同軸管路からガラス管を介して真空プロセス室に発生させることができる。このプラズマは円筒状のガス管を外側から取り囲み、内側導体と一緒に、非常に高い緩衝被覆体を有する同軸管路を形成する。規定されたマイクロ波出力が両側から供給される際、真空プロセス室のガス圧を、見た目で装置に沿って、真空プロセス室内において同軸管路の外側導体が不在である場所でプラズマが均等に生ぜしめられるように調整することができる。
【０００３】
プラズマを真空室内に発生させる装置がすでに提供されている（ＤＥ１９７２２２７２．２）。この装置では、棒状の導体が絶縁性材料から成る管の内で真空室を通ってガイドされていて、絶縁管の内径が導体の直径よりも大きく構成されており、絶縁管の両側の端部が真空室の壁部に保持されており、この壁部の外面に対してシールされており、導体の両端部が、電磁的な変換フィールドを発生させるための第１の源にそれぞれ接続されており、両壁貫通部の各領域において、中央部分に向かう方向で少なくとも１つの部材が、導電性材料から成る管状部材から間隔をおいて取り囲まれており、しかも両管状部材が絶縁管に対して同心的に配置されており、絶縁管と各管状部材とから成る各円環円筒状の中間室が、電磁的な交換フィールドを発生させる第２の源に接続されている。
【０００４】
ダイヤモンドをダイヤモンド基板上に成長させることはすでに久しく知られている（「Vakuumbeschichtung 5、Anwendung Teil II」（Prof.Dr. Kienel 著、VDI-Verlag GmbH、Duesseldorf 在、１９９３年））。さらに成長プロセス時における原子状水素の重要性が見いだされた。さらに公知であるダイヤモンド層を熱線材方法（熱フィラメント法）によりあらゆる形式のプラズマＣＶＤ法（マイクロ波、ＲＦ、ＤＣ、アーク放電、プラズマビーム）によってＣ_２Ｈ_２／Ｏ_２炎から析出される。
【０００５】
さらに圧力およびプロセスガスの組合せのような必要なパラメータのような熱フィラメント源による、ダイヤモンド層を堆積させるための方法は、「Properties and Growth of Diamond」（Gordon Davies 著、Kings College、London、UK在、出版社INSPEC、the Institution of Electrical Engineers、１９９４年）と「Current and Prospective Fields of Application for Diamond Thin Films」（Michael Liehr 著、１９９５年４月、Department of Physics、Heriot-Watt University、Edinburgh在）とに開示されている。
【０００６】
最後に装置は大面積のプレート状の基板上に多結晶ダイヤモンドをプラズマ技術的に析出させるための装置が提供されている（ＤＥ１９６３１４０７）。この装置は真空室と、基板を導入かつ導出させるためのロックゲートと、少なくとも１つの、有利には２つの処理ステーションを介して基板を搬送するための、前記真空室に配置された装置と、基板平面の上方に設けられた、第１のグループを形成する熱フィラメント源と、第２のグループを形成するマイクロ波プラズマ源と、バイアス電圧を発生させるための、基板平面の下方に配置された無線周波数で供給される電極と、真空室内に開口したガス供給管とが設けられており、この場合ライン状源として形成された熱フィラメント装置が基板搬送方向に対して直交する方向に延在しており、第１の被覆ゾーンを形成し、しかも熱フィラメント源に対して平行にかつ間隔をおいてマイクロ波プラズマ源が並設されていて、一緒に第２の被覆ゾーンを形成する。
【０００７】
本発明の課題は大きく扁平な基板面を超硬質な炭素層で均等な厚さと品質に積層することである。
【０００８】
この課題を解決するために本発明では、互いに平行で共通の同一平面において基板の上方に配置された、基板搬送方向に対して直交する方向に延びるライン状の多数のマイクロ波プラズマ源と、前記プロセス室に開口するガス供給管およびガス排出管とが設けられており、各ライン状源に、該ライン状源の長さにわたって分配されて配置された複数のガス供給管およびガス排出管それぞれが対応配置されており、ガス供給管の出口開口は各ライン状源のすぐ上方に位置しており、ガス排出管の開口は２つのライン状源の間の領域において、複数のライン状源の中心軸線を通って延びる平面上に配置されているようにした。
【０００９】
別の特徴および利点は従属請求項に記載され、特徴付けられている。
【００１０】
本発明は種々異なる実施形態が可能である。そのうちの１つを、図１において概略的な長手方向断面図としてかつ図２において横断面図として示した装置の図面に基づき詳説する。
【００１１】
被覆装置は主として一方がプロセス室１を形成する２つの直列結合された真空室１，２と、室壁に設けられたギャップロックゲート６ａ，６ｂと、搬送装置４ａ，４ｂと、走行可能な基板３と、互いに接続された網目状の多数のガス供給管１１，１１′，…；１１ａ，１１ｂ，…と、これに対応した数の網目状に接続されたガス排出管１３，１３′，…；１３ａ，１３ｂ，…と、マイクロ波発信機８ａ，８ｂからそれぞれ給電されるライン状のマイクロ波プラズマ源９，９′，…と、各マイクロ波プラズマ源９，９′，…に対応配置されたフィラメント７，７′，…とから構成されている。
【００１２】
（平坦な）基板５は冷却可能な基板支持体３上でギャップロックゲート６ａ，６ｂを通って搬送装置４ａ，４ｂを用いて真空室２を介在しプロセス室１に収容される。前駆物質ガスがガス供給管１１，１１′，…；１０，１０′，…；１１ａ，１１ｂ，…を介して被覆プロセスに供給される。この被覆プロセスのために必要なエネルギは、マイクロ波発信機８ａ，８ｂによって給電される、互いに平行に配置された複数のライン状マイクロ波プラズマ源９，９′，９′′と、共直進的に配置された複数のフィラメント７，７′，…とを介して供給される。しかもマイクロ波プラズマ源９，９′，…とフィラメント７，７′，…とは、互い違いに、有利には等距離をおいて配置されている。典型的な形式では基板表面に対するフィラメント７，７′，…の間隔はマイクロ波プラズマ源９，９′，…と基板５との間隔よりも小さくなるように寸法設定されている。これらのフィラメント７，７′，…には、直流電圧電位で電流が流される。この直流電圧電位と電流とから得られる電力は、フィラメントの温度が２０００〜３０００℃であるように選択される。このために必要な電流の電圧はフィラメント７，７′，…のジオメトリ（長さと直径）と、フィラメント材料とに依存する。被覆プロセス中、基板５を基板支持体３によって周期的に（破線で示した二重矢印の方向で）移動させることができ、これにより被覆プロセスの均一性を最適化することができる。
【００１３】
本発明において重要なのは、被覆しようとする基板面の上方に細目網状パターンで配置されたガス供給管１１，１１′，…が設けられている。この細目網状パターンで配置されたガス供給管１１，１１′には同様に細目網状パターンで配置されたガス排出管１３，１３′が重ねられている。しかも互いに平行なプラズマ源９，９′に対して直交する方向に延びるガス流入管もしくは接続管も、ガス供給もしくはガス排出のために設けられた、基板平面に対して垂直に延びる管状部材も設けられている。ガス供給管とガス排出管との管路網は、基板の全部分がほぼ均一のガス流とプラズマ界にさらされるように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 装置の概略的な長手方向断面図である。
【図２】 装置の概略的な横断面図である。
【符号の説明】
１，２ 真空室
３ 基板支持体
４ａ，４ｂ 搬送装置
５ 基板
６ａ，６ｂ ギャップロックゲート
７，７′ フィラメント
８ａ，８ｂ マイクロ波発信機
９，９′ マイクロ波プラズマ源
１０，１０′，１０ａ，１０ｂ，１１，１１′ ガス供給管
１３，１３′ ガス排出管

Claims (3)

1. 大面積のプレート状の基板（５）上に多結晶ダイヤモンドをプラズマ技術的に堆積させるための装置であって、プロセス室（１）と、基板（５）を導入・導出するためのロックゲート（６ａ）と、前記プロセス室（１）に配置された、プロセス室（１）を通して基板（５）を搬送するための装置（４ａ）と、互いに平行で共通の同一平面において基板（５）上方に配置された、基板搬送方向に対して直交する方向に延びるライン状の多数のマイクロ波プラズマ源（９，９′，…）と、前記プロセス室（１）に開口したガス供給管およびガス排出管（１０，１０′，…，１１，１１′，…，１２，１２′，…，１３，１３′，…，１３ａ，…）とが設けられており、各ライン状源（９，９′，…）に、該ライン状源（９，９′，…）の長さにわたって分配されて配置された複数のガス供給管およびガス排出管（１０，１０′，…，１１，１１′，…，１２，１２′，…，１３，１３′，…，１３ａ，…）それぞれが対応配置されており、ガス供給管（１１，１１′，…）の出口開口が各ライン状源（９，９′，…）のすぐ上方に位置しており、ガス排出管（１３，１３′，…）の開口が２つのライン状源（９，９′，…）の間の領域において、複数のライン状源（９，９′，…）の中心軸線を通って延びる平面上に配置されていることを特徴とする、多結晶ダイヤモンドをプラズマ技術的に堆積させるための装置。
2. 基板搬送する方向に延在する各ライン状源（９，９′，…）に、該ライン状源（９，９′，…）の長さにわたって分配されて配置された複数のガス供給管（１１，１１′，…）が対応配置されており、プロセス室（１）に開口した、ガス供給管（１１，１１′，…）の複数の出口開口が、ライン状源（９，９′，…）のすぐ上方にそれぞれ位置しており、所定数のガス供給管（１１，１１′，…）に相応した数のガス排出管が設けられており、該ガス排出管の開口は複数のライン状源の中心軸線から成る平面において２つのライン状源（９，９′，…）の間の空間に開口するように構成されている、請求項１記載の装置。
3. ライン状源（９，９′，…）の、隣接し合う各ライン状源（９，９′，…）に対する間隔と、ガス供給管（１１，１１′，…）の、隣接し合う各ガス供給管（１１，１１′，…）に対する間隔、並びにガス排出管（１３，１３′，…）の、隣接し合うガス排出管（１３，１３′，…）に対する間隔が、ほぼ同じになるように寸法設定されており、その結果プロセス室（１）に導入させられた基板（５）上で、ガス供給管とガス排出管とライン状源との均一な管路網が形成されるように構成されている、請求項１または２記載の装置。

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