JP7045090B2 - マイクロ波プラズマ支援堆積のためのモジュール式反応器 - Google Patents
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- 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
- 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
- C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- 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
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- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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-
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Description
-周波数が300MHz~3000MHz、好ましくは900MHz~1000MHz、又は300MHz~500MHzであるマイクロ波を生成するように構成されたマイクロ波生成器と、
-反応器のエンクロージャの円筒状内壁によって少なくとも一部が形成された共振空洞と、
-前記共振空洞内にガスを供給することができるガス流入システムと、
-前記共振空洞から前記ガスを除去することができるガス出力モジュールと、
-プラズマの形成を可能とするために、好ましくは初めはTM011モードで、前記マイクロ波を前記マイクロ波生成器から前記共振空洞に伝送することができる波結合モジュールと、
-前記共振空洞内にある成長支持体と
を備え、前記モジュール式反応器は、少なくとも2つの調整要素、好ましくは少なくとも3つの調整要素を備えることを特徴とし、該調整要素は、
-前記共振空洞の形状及び/又は容積を変更するために、第1のエンクロージャ部分と第2のエンクロージャ部分の間に配置されるように構成されたクラウン、並びに前記クラウンと前記エンクロージャの前記第1のエンクロージャ及び前記第2のエンクロージャ部分のそれぞれとの間に配置されて、前記エンクロージャの壁部の真空気密性及び電気的導通を可能にする密閉システムと、
-1/4波長板と接触し、かつ少なくとも1つの流体冷却システムを含む、垂直方向並進移動及び回転が可能な基板ホルダモジュールと、
-前記共振空洞の形状及び容積を変更するために垂直方向に並進移動することができ、かつ前記ガスを通過させることができる貫通孔を含むトレイと、
-ガス分配モジュールと、ここで該ガス分配モジュールは、
○内側表面、外側表面、及びガス流を導くことができる前記内側表面と前記外側表面の間の流路を形成する複数のガス分配ノズルを備えた着脱式ガス分配プレート、並びに
○冷却システムに接続され、前記着脱式ガス分配プレートを収容するようにされた支持装置
を含み、
-1つ以上の熱抵抗ガス入力部及び1つ以上の熱抵抗ガス出力部を備えた着脱式熱抵抗ガス注入装置を含む基板冷却制御モジュールと、
から選択される。
-本発明の合成ダイヤモンドを製造するための前記マイクロ波プラズマ支援モジュール式堆積反応器は、上記で列挙された前記調整要素から選択された少なくとも4つの調整要素を備える。これにより、本発明の反応器のモジュール性が更に向上する。
-本発明の合成ダイヤモンドを製造するための前記マイクロ波プラズマ支援モジュール式堆積反応器は、前記共振空洞の形状及び容積を変更するために垂直方向に並進移動することができ、かつ前記ガスを通過させることができる貫通孔を含むトレイを備える。これはユーザにとって、共振空洞の寸法を迅速に変更することができるという利点を有する。しかしながら、共振空洞の寸法及び形状を変更することは、プラズマの形状の変化、従ってダイヤモンド膜の局所的成長条件の変化をもたらす。本発明によるトレイは、成長前だけでなく成長中にも移動させることができるという利点を有する。これによりユーザは、プラズマの形状、特性及び位置が基板の成長表面の位置及び合成ステップに適合されるように、それらを変化させることができる。
-前記トレイは、冷却システムに接続されて前記トレイを冷却することができる少なくとも1つの冷却路を含む。これにより、作動中にトレイが超高温に曝され得ることによるトレイの変形を制限又は避けることもできる。
-本発明の合成ダイヤモンドを製造するための前記マイクロ波プラズマ支援モジュール式堆積反応器は、1/4波長板及び場合によっては電気絶縁体と接触し、かつ少なくとも1つの流体冷却システムを含む、垂直方向並進移動及び回転が可能な基板ホルダモジュールを備える。この基板ホルダにより、成長表面全体に亘って成長の均質性を改善しかつ実施の間にプラズマに対する基板の配置を変更することを可能にしながら、共振空洞の外側でのマイクロ波の伝播を制限することができる。また基板ホルダにより、成長支持体をエンクロージャの残りの部分から電気的に絶縁することもできる。これは、基板ホルダモジュール、エンクロージャ、及び/又は可動トレイを電気的に絶縁することによって可能である。したがって、好ましくは、基板ホルダモジュールは、エンクロージャ及び/又はトレイから電気的に絶縁される。
-前記基板ホルダは、前記共振空洞の容積に対して、5%~30%、好ましくは7%~13%の容積比を有する。
-本発明の合成ダイヤモンドを製造するための前記マイクロ波プラズマ支援モジュール式堆積反応器は、前記共振空洞の形状及び容積を変更するために、第1のエンクロージャ部分と第2のエンクロージャ部分の間に配置されるように構成された少なくとも1つのクラウンと、該クラウンと前記第1のエンクロージャ及び前記第2のエンクロージャ部分のそれぞれとの間に配置されて、前記エンクロージャの壁部の真空気密性及び電気的導通を可能にする密閉システムとを含む。このクラウンにより、例えば誘電体波導入窓と基板支持体の間の距離を増大させることによって、共振空洞の幾何学的形状を変更することができる。従ってこのモジュール要素により、ガス温度の径方向分布と、プラズマでの及びその結果としてプラズマ/表面界面での原子H密度を最適化することができる。有利には、前記モジュール式反応器は2つのクラウンを含む。クラウンの高さは、1cm~20cmとすることができる。
-1つ以上の前記クラウンは、誘電性材料、ガス注入システムを含み、又は前記共振空洞の内径より小さな内径の金属からなる。
-本発明の合成ダイヤモンドを製造するための前記マイクロ波プラズマ支援モジュール式堆積反応器は、ガス分配モジュールを備え、そのガス分配モジュールは、
○内側表面、外側表面、及びガス流を導くことができる前記内側表面と前記外側表面の間の流路を形成する複数のガス分配ノズルを備えた着脱式ガス分配プレートと、
○冷却システムに接続され、前記着脱式ガス分配プレートを収容するようにされた支持装置と
を備える。このガス分配モジュールは、良好なガス流特性を提供するという利点を有する。このモジュールは、着脱式であることにより、1つ以上の基板の位置、基板の個数、及び予想される反応時間に応じて適合されることができるため、本発明において、特に成長条件の調整において有用である。更に、従来のガス分配ノズルは、詰まってしまう欠点を有している。上述のような分配モジュールの存在により、そのモジュールに接続された部品一式全てを交換する必要がなく、着脱式ガス分配プレートを迅速に低コストで交換することができる。
-前記支持装置は、前記着脱式ガス分配プレートを冷却することができるサーマルブリッジを構成できるように、前記支持装置内に流体を循環させることができる流路を備える。
-前記着脱式ガス分配プレートは、ガス分配ノズルを備えない少なくとも1つの端部を含み、この端部は熱伝導を向上させるために、前記着脱式ガス分配プレートの下側表面の10%以上の表面で前記支持装置と接触するようにされる。これにより、前記分配プレートの温度の制御、従って幾何学的形状の制御を改善することができる。
-前記ガス分配モジュールは、前記着脱式ガス分配プレート及び前記支持装置の上方に配置された、熱ドレーン部材を含み、該熱ドレーンは、例えば前記着脱式ガス分配プレートの上側表面の30%超において前記着脱式ガス分配プレートと接触する熱取得表面と、前記着脱式ガス分配プレートの上側表面の20%超において前記支持装置と接触する熱分配表面とを有する。これにより、ガス分配モジュールの温度の制御を改善することができる。
-本発明の合成ダイヤモンドを製造するための前記マイクロ波プラズマ支援モジュール式堆積反応器は、着脱式熱抵抗ガス注入装置を含む基板冷却制御モジュールを備え、前記着脱式熱抵抗ガス注入装置は、1つ以上の熱抵抗ガス入力部と、1つ以上の熱抵抗ガス出力部とを備える。この装置により、異なるガス混合物の導入、流量の変更、及び/又はガス流の厚さの変更が可能となる。これにより、冷却を成長表面において細かく制御することができる。これは、2回の成長の間で容易に交換されて期待される成長に適合されることができ、従って成長条件の調整において特に有用である。このような冷却モジュールに接続された部品一式全てを交換する必要なしに、この部品を交換することができることも、このモジュールの利点である。この基板冷却制御モジュールにより、成長中に成長表面の温度を制御することもできる。最後に、着脱式熱抵抗ガス注入装置の使用の利点は、出力部寸法又は出力部密度などの複数の変数を容易に変更することができることである。
-前記基板冷却制御モジュールは位置決め手段を備え、前記成長支持体はその下側表面に、前記位置決め手段を収容するように構成された凹部を含む。
-前記基板冷却制御モジュールは、垂直方向に並進移動することができる位置決め手段を含む。
-前記波結合手段は、前記第1のエンクロージャ部分の上側部分にあり、かつ前記第2のエンクロージャ部分の底部から少なくとも25cm、好ましくは前記第2のエンクロージャ部分の底部から少なくとも35cmの位置にある。
-本発明の前記モジュール式反応器の前記成長支持体上に1つ以上の基板を配置するステップと、
-前記モジュール式反応器を作動させるステップと、
-ダイヤモンド膜を成長させるステップと
を含み、前記モジュール式反応器を作動させるステップは、
○前記共振空洞内で0.2hPa~500hPaの圧力を生成するステップと、
○例えば伝送モードTM011において1kW~100kWの電力で、マイクロ波を導入するステップと、
○例えば少なくとも500cm3/分の総流量で、ガスを注入するステップと、
○1つ以上の成長表面の温度を制御するために、前記エンクロージャ、ガス注入システム及び基板ホルダの冷却システムと、基板冷却制御システムとを作動させるステップと
を含む。多結晶膜成長の場合、前記方法は、前記ダイヤモンド膜の厚さを成長させるステップの前に、結晶を融合させるステップを含んでもよい。
-周波数が300MHz~3000MHzのマイクロ波を生成するように構成されたマイクロ波生成器70と、
-モジュール式反応器1のエンクロージャ400の円筒状内壁420によって少なくとも一部が形成された、好ましくは円筒状の、冷却された共振空洞41と、
-共振空洞41内にガスを供給することができるガス流入システム10と、
-共振空洞41から上記ガスを除去することができるガス出力モジュール60と、
-プラズマの形成を可能とするために、マイクロ波をマイクロ波生成器から共振空洞41内に伝送することができる波結合モジュール80と、
-共振空洞41内にある成長支持体51と
を備える。
-共振空洞41の形状及び/又は容積を変更するために、第1のエンクロージャ部分430と第2のエンクロージャ部分440の間に配置されるように構成されたクラウン450、並びにクラウン450と第1のエンクロージャ部分430及び第2のエンクロージャ部分440のそれぞれとの間に配置されて、エンクロージャの壁部の真空気密性及び電気的導通を可能にする密閉システム460と、
-1/4波長板501と接触し、かつ少なくとも1つの流体冷却システム520を含む、垂直方向並進移動及び回転が可能な基板ホルダモジュール500と、
-共振空洞41の形状及び容積を変更するために垂直方向に並進移動することができ、かつガスを通過させることができる貫通孔911を含むトレイ900と、
-ガス分配モジュール100と、ここでガス分配モジュール100は、
○内側表面111、外側表面112、及びガス流を導く表面111、112の間の流路を形成する複数のガス分配ノズル113を備えた着脱式ガス分配プレート110、並びに
○着脱式ガス分配プレート110を収容するようにされた支持装置120
を含み、
-1つ以上の熱抵抗ガス入力部333及び1つ以上の熱抵抗ガス出力部331を備えた着脱式熱抵抗ガス注入装置330を含む基板冷却制御モジュール300と、
から選択される。
-1/4波長板501と接触し、かつ少なくとも1つの流体冷却システム520を含む、垂直方向並進移動及び回転が可能な基板ホルダモジュール500、
-共振空洞41の形状及び/又は容積を変更するために、第1のエンクロージャ部分430と第2のエンクロージャ部分440の間に配置されるように構成されたクラウン450、並びにクラウン450と第1のエンクロージャ部分430及び第2のエンクロージャ部分440のそれぞれとの間に配置されて、エンクロージャの壁部の真空気密性及び電気的導通を可能にする密閉システム460、
-以下を含むガス分配モジュール100、
○内側表面111、外側表面112、及びガス流を導く表面111、112の間の流路を形成する複数のガス分配ノズル113を備えた着脱式ガス分配プレート110、並びに
○着脱式ガス分配プレート110を収容するようにされた支持装置120
-1つ以上の熱抵抗ガス入力部333及び1つ以上の熱抵抗ガス出力部331を備えた着脱式熱抵抗ガス注入装置330を含む基板冷却制御モジュール300。
-共振空洞41の形状及び容積を変更するために垂直方向に並進移動することができ、かつガスを通過させることができる貫通孔911を含むトレイ900、
-共振空洞41の形状及び/又は容積を変更するために、第1のエンクロージャ部分430と第2のエンクロージャ部分440の間に配置されるように構成されたクラウン450、並びにクラウン450と第1のエンクロージャ部分430及び第2のエンクロージャ部分440のそれぞれとの間に配置されて、エンクロージャの真空及び電気的導通の両方の観点から密閉を可能にする密閉システム460、
-以下を含むガス分配モジュール100、
○内側表面111、外側表面112、及びガス流を導く表面111、112の間の流路を形成する複数のガス分配ノズル113を備えた着脱式ガス分配プレート110、並びに
○着脱式ガス分配プレート110を収容するようにされた支持装置120
-1つ以上の熱抵抗ガス入力部333及び1つ以上の熱抵抗ガス出力部331を備えた着脱式熱抵抗ガス注入装置330を含む基板冷却制御モジュール300。
-共振空洞41の形状及び容積を変更するために垂直方向に並進移動することができ、かつガスを通過させることができる貫通孔911を含むトレイ900、
-1/4波長板501と接触し、かつ少なくとも1つの流体冷却システム520を含む、垂直方向並進移動及び回転が可能な基板ホルダモジュール500、
-以下を含むガス分配モジュール100、
○内側表面111、外側表面112、及びガス流を導く表面111、112の間の流路を形成する複数のガス分配ノズル113を備えた着脱式ガス分配プレート110、並びに
○着脱式ガス分配プレート110を収容するようにされた支持装置120
-1つ以上の熱抵抗ガス入力部333及び1つ以上の熱抵抗ガス出力部331を備えた着脱式熱抵抗ガス注入装置330を含む基板冷却制御モジュール300。
-共振空洞41の形状及び容積を変更するために垂直方向に並進移動することができ、かつガスを通過させることができる貫通孔911を含むトレイ900、
-1/4波長板501と接触し、かつ少なくとも1つの流体冷却システム520を含む、垂直方向並進移動及び回転が可能な基板ホルダモジュール500、
-共振空洞41の形状及び/又は容積を変更するために、第1のエンクロージャ部分430と第2のエンクロージャ部分440の間に配置されるように構成されたクラウン450、並びにクラウン450と第1のエンクロージャ部分430及び第2のエンクロージャ部分440のそれぞれとの間に配置されて、エンクロージャの壁部の真空気密性及び電気的導通を可能にする密閉システム460、
-1つ以上の熱抵抗ガス入力部333及び1つ以上の熱抵抗ガス出力部331を備えた着脱式熱抵抗ガス注入装置330を含む基板冷却制御モジュール300。
-共振空洞41の形状及び容積を変更するために垂直方向に並進移動することができ、かつガスを通過させることができる貫通孔911を含むトレイ900、
-1/4波長板501と接触し、かつ少なくとも1つの流体冷却システム520を含む、垂直方向並進移動及び回転が可能な基板ホルダモジュール500、
-共振空洞41の形状及び/又は容積を変更するために、第1のエンクロージャ部分430と第2のエンクロージャ部分440の間に配置されるように構成されたクラウン450、並びにクラウン450と第1のエンクロージャ部分430及び第2のエンクロージャ部分440のそれぞれとの間に配置されて、エンクロージャの壁部の真空気密性及び電気的導通を可能にする密閉システム460、
-以下を含むガス分配モジュール100、
○内側表面111、外側表面112、及びガス流を導く表面111、112の間の流路を形成する複数のガス分配ノズル113を備えた着脱式ガス分配プレート110、並びに
○着脱式ガス分配プレート110を収容するようにされた支持装置120。
-横磁場モード(TM0mn)、磁場の軸が空洞の軸に対して垂直であり、入射する磁場が入射平面に対して垂直である(電場は入射平面内にある)、及び
-横電場モード(TE0mn)、電場の軸が空洞の軸に対して垂直であり、入射する電場が入射平面に対して垂直である(磁場は入射平面内にある)。
-ガス入力ノズルの個数、
-上記ノズルの向き、及び
-上記ノズルの密度
を容易に、各成長の間において変更することができる。
Фi=Ф0+y*i
を満たし、ここで、
Фiは、番号iを付されたノズルの直径であり、
Ф0は、中央のノズルの直径であり、
iは、着脱式ガス分配プレートの半径でのノズルの番号であり、この番号付与は、着脱式ガス分配プレート110の中央から開始されてその端部に向かい、iは、900~1000MHzで作動するように構成されたモジュール式反応器1に関して、0と60の間で変化し、
yは、900~1000MHzで作動するように構成されたモジュール式反応器1に関して、0.05から0.3まで変化する。
-共振空洞41内に0.2hPa~500hPaの圧力を生成すること、
-マイクロ波を、好ましくは伝送モードTM011で、使用される生成器のタイプ(使用される周波数)に応じて1kW~100kW(又はそれ以上)の電力で導入すること、
-ガスを、例えば少なくとも500cm3/分の総流量で注入することであり、そのガスは例えば、メタン及び二水素、並びに酸素、窒素、ホウ素、リン及びアルゴンなどの添加物を含む、
-熱抵抗ガスシステムを備えたエンクロージャの冷却システム、並びに1つ以上の成長表面の温度を制御するための基板冷却制御システム、ガス注入システム、及び基板ホルダを作動させること。
915MHzの反応器に関して、これにより、例えば基板成長表面上において、少なくとも0.5W/mm2、好ましくは少なくとも2W/mm2、更に好ましくは少なくとも3W/mm2の表面電力密度を送達することができる。一般に、電力密度は、基板成長表面において5W/mm2未満である。このステップにより、基板成長表面の上方にプラズマを生成することができ、初期結晶成長を実現することができる。更に、基板温度は、冷却システムによって、ナノ結晶又は超ナノ結晶ダイヤモンドの成長の場合を除いて、例えば700℃~1400℃の温度に維持される。様々な成長条件に関する記述は、参考文献で見ることができる(Derjaguin B. V., Journal of Crystal growth 31 (1975) 44-48; C. Wildほか, Diamond and Related Materials, 2 (1993) 158-168; Gicquel Aほか Current Applied Physics, vol1 Issue 6, (2001) 479; Achard Jほか, Journal of Crystal Growth 284 (2005) 396-405; Butlerほか, J of physics-condensed Matter, vol 21, Issue 36 (2009); Silvaほか, phys. stat. sol. (a) 203, No. 12, (2006) 3049-3055; Widman C, Jほか Diamond & Related Materials 64 (2016) 1-7)。表面電力密度は、例えば圧力の変動によって急激に変動する場合があり、これにより、例えば1つ以上の基板の組成又は温度の急激な変化が確実なものとなる。
この手順は、単結晶ダイヤモンドの成長のためにも使用することができる。
反応器の様々なモジュール性を用いて、ダイヤモンド単結晶の厚さを成長させることもできる。
Claims (18)
- 合成ダイヤモンドを製造するためのマイクロ波プラズマ支援モジュール式堆積反応器(1)であって、該反応器は、
-周波数が300MHz~3000MHzであるマイクロ波を生成するように構成されたマイクロ波生成器(70)と、
-前記反応器のエンクロージャ(400)の円筒状内壁(420)によって少なくとも一部が形成された共振空洞(41)と、
-前記共振空洞(41)内にガスを供給することができるガス流入システム(10)と、
-前記共振空洞(41)から前記ガスを除去することができるガス出力モジュール(60)と、
-プラズマの形成を可能とするために、前記マイクロ波を前記マイクロ波生成器(70)から前記共振空洞(41)に伝送することができる波結合モジュール(80)と、
-前記共振空洞(41)内にある成長支持体(51)と
を備え、前記反応器は、少なくとも3つの調整要素を備えることを特徴とし、該調整要素は、
-前記共振空洞(41)の形状及び/又は容積を変更するために、第1のエンクロージャ部分(430)と第2のエンクロージャ部分(440)の間に配置されるように構成されたクラウン(450)、並びに前記クラウン(450)と前記第1のエンクロージャ部分(430)及び前記第2のエンクロージャ部分(440)のそれぞれとの間に配置されて、前記エンクロージャの壁部の真空気密性及び電気的導通を可能にする密閉システム(460)と、
-1/4波長板(501)と接触し、かつ少なくとも1つの流体冷却システム(520)を含む、垂直方向並進移動及び回転が可能な基板ホルダモジュール(500)と、
-前記共振空洞(41)の形状及び容積を変更するために垂直方向に並進移動することができ、かつ前記ガスを通過させることができる貫通孔(911)を含むトレイ(900)と、
-ガス分配モジュール(100)と、ここで該ガス分配モジュールは、
○内側表面(111)、外側表面(112)、及びガス流を導くことができる前記内側表面(111)及び前記外側表面(112)の間の流路を形成する複数のガス分配ノズル(113)を備えた着脱式ガス分配プレート(110)、並びに
○冷却システムに接続され、前記着脱式ガス分配プレート(110)を収容するようにされた支持装置(120)
を含み、
-1つ以上の熱抵抗ガス入力部(333)及び1つ以上の熱抵抗ガス出力部(331)を備えた着脱式熱抵抗ガス注入装置(330)を含む基板冷却制御モジュール(300)と、
から選択される、反応器。 - 前記反応器は、少なくとも4つの調整要素を備え、該調整要素は、
-前記共振空洞(41)の形状及び/又は容積を変更するために、第1のエンクロージャ部分(430)と第2のエンクロージャ部分(440)の間に配置されるように構成されたクラウン(450)、並びに前記クラウン(450)と前記第1のエンクロージャ部分(430)及び前記第2のエンクロージャ部分(440)のそれぞれとの間に配置されて、前記エンクロージャの壁部の真空気密性及び電気的導通を可能にする密閉システム(460)と、
-1/4波長板(501)と接触し、かつ少なくとも1つの流体冷却システム(520)を含む、垂直方向並進移動及び回転が可能な基板ホルダモジュール(500)と、
-前記共振空洞(41)の形状及び容積を変更するために垂直方向に並進移動することができ、かつ前記ガスを通過させることができる貫通孔(911)を含むトレイ(900)と、
-ガス分配モジュール(100)と、ここで該ガス分配モジュールは、
○内側表面(111)、外側表面、及びガス流を導くことができる前記内側表面(111)及び前記外側表面(112)の間の流路を形成する複数のガス分配ノズル(113)を備えた着脱式ガス分配プレート(110)、並びに
○冷却システムに接続され、前記着脱式ガス分配プレート(110)を収容するようにされた支持装置(120)
を含み、
-1つ以上の熱抵抗ガス入力部(333)及び1つ以上の熱抵抗ガス出力部(331)を備えた着脱式熱抵抗ガス注入装置(330)を含む基板冷却制御モジュール(300)と、
から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の反応器。 - 前記反応器は、前記共振空洞(41)の形状及び/又は容積を変更するために、第1のエンクロージャ部分(430)と第2のエンクロージャ部分(440)の間に配置されるように構成された少なくとも1つのクラウン(450)、並びに前記クラウン(450)と前記第1のエンクロージャ部分(430)及び前記第2のエンクロージャ部分(440)のそれぞれとの間に配置されて、前記エンクロージャの壁部の真空気密性及び電気的導通を可能にする密閉システム(460)を備えたことを特徴とする、請求項1又は2に記載の反応器。
- 2つのクラウン(450)を備えることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の反応器。
- 1つ以上の前記クラウン(450)の高さが1cm~20cmであることを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の反応器。
- 1つ以上の前記クラウン(450)は、誘電性材料、ガス注入システムを含み、又は前記共振空洞(41)の内径より小さな内径の金属からなることを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の反応器。
- 1/4波長板(501)と接触し、かつ少なくとも1つの流体冷却システム(520)を含む、垂直方向並進移動及び回転が可能な基板ホルダモジュール(500)を備えることを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載の反応器。
- 前記基板ホルダモジュール(500)は、前記エンクロージャ(400)及び/又は前記トレイ(900)から電気的に絶縁されることを特徴とする、請求項1から7のいずれかに記載の反応器。
- 前記共振空洞(41)の形状及び容積を変更するために垂直方向に並進移動することができ、かつ前記ガスを通過させることができる貫通孔(911)を含むトレイ(900)を備えることを特徴とする、請求項1から8のいずれかに記載の反応器。
- 前記トレイ(900)は、冷却システム(940)に接続されて前記トレイ(900)を冷却することができる少なくとも1つの冷却路(930)を含むことを特徴とする、請求項1から9のいずれかに記載の反応器。
- -内側表面(111)、外側表面(112)、及びガス流を導くことができる前記内側表面(111)及び前記外側表面(112)の間の流路を形成する複数のガス分配ノズル(113)を備えた着脱式ガス分配プレート(110)と、
-冷却システムに接続され、前記着脱式ガス分配プレート(110)を収容するようにされた支持装置(120)と
を含むガス分配モジュール(100)を備えることを特徴とする、請求項1から10のいずれかに記載の反応器。 - 前記支持装置(120)は、前記支持装置(120)内にガス又は流体を循環させることができる流路(121)を備えることを特徴とする、請求項1から11のいずれかに記載の反応器。
- 前記着脱式ガス分配プレート(110)は、ガス分配ノズル(113)を備えない少なくとも1つの端部(116)を含み、該端部は熱伝導を向上させるために、前記着脱式ガス分配プレート(110)の表面の10%以上の表面で前記支持装置(120)と接触するようにされることを特徴とする、請求項1から12のいずれかに記載の反応器。
- 着脱式熱抵抗ガス注入装置(330)を含む基板冷却制御モジュール(300)を備え、前記着脱式熱抵抗ガス注入装置(330)は、1つ以上の熱抵抗ガス入力部(333)と、1つ以上の熱抵抗ガス出力部(331)とを備えることを特徴とする、請求項1から13のいずれかに記載の反応器。
- 前記基板冷却制御モジュール(300)は位置決め手段(320)を備え、前記成長支持体(51)はその下側表面に、前記位置決め手段(320)を収容するように構成された凹部を含むことを特徴とする、請求項1から14のいずれかに記載の反応器。
- 前記基板冷却制御モジュール(300)は、垂直方向に並進移動することができる位置決め手段(320)を含むことを特徴とする、請求項1から15のいずれかに記載の反応器。
- 前記波結合モジュール(80)は、前記第1のエンクロージャ部分(430)の上側部分にあり、かつ前記第2のエンクロージャ部分(440)の底部から少なくとも25cmの位置にあることを特徴とする、請求項1から16のいずれかに記載の反応器。
- 合成ダイヤモンドを製造するためのマイクロ波プラズマ支援モジュール式堆積反応器を用いたダイヤモンド合成方法であって、該方法は、
-請求項1から17のいずれかに記載の反応器(1)の前記成長支持体(51)上に1つ以上の基板を配置するステップ(810)と、
-前記反応器(1)を作動させるステップ(820)と、
-ダイヤモンド膜を成長させるステップ(840)と
を含み、前記反応器(1)を作動させるステップは、
○伝送モードTM011で作動する前記共振空洞(41)内で0.2hPa~500hPaの圧力を生成するステップと、
○1kW~100kWの電力で、マイクロ波を導入するステップと、
○少なくとも500cm3/分の総流量で、ガスを注入するステップと、
○1つ以上の成長表面の温度を制御するために、前記エンクロージャ、ガス注入システム及び基板ホルダの冷却システムと、基板冷却制御システムとを作動させるステップと
を含む、方法。
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