JPH05239655A - マイクロ波プラズマｃｖｄ法によるダイヤモンド膜合成装置 - Google Patents
マイクロ波プラズマｃｖｄ法によるダイヤモンド膜合成装置Info
- Publication number
- JPH05239655A JPH05239655A JP32299791A JP32299791A JPH05239655A JP H05239655 A JPH05239655 A JP H05239655A JP 32299791 A JP32299791 A JP 32299791A JP 32299791 A JP32299791 A JP 32299791A JP H05239655 A JPH05239655 A JP H05239655A
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- diamond film
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 合成されるダイヤモンド膜の均一化と合成領
域の拡大を図る。 【構成】 ダイヤモンド膜を合成する基板が内部に置か
れた反応室にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導
入窓の中心を、この反応室の中心と偏心させて設け、基
板の置かれた基板台を回転させる構造とする。
域の拡大を図る。 【構成】 ダイヤモンド膜を合成する基板が内部に置か
れた反応室にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導
入窓の中心を、この反応室の中心と偏心させて設け、基
板の置かれた基板台を回転させる構造とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法を利用して基板上にダイヤモンド膜を合成する装
置に関し、特にダイヤモンド膜の合成領域の拡大を図っ
た気相合成装置に関する。
ＶＤ法を利用して基板上にダイヤモンド膜を合成する装
置に関し、特にダイヤモンド膜の合成領域の拡大を図っ
た気相合成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板上にダイヤモンド膜を気相合成する
方法として、熱フィラメント、直流及びマイクロ波等を
利用してプラズマ処理するＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相析出）法
が知られている。この中でマイクロ波を利用する利点と
して、（ａ）他の方法よりもプラズマが長時間安定で、
析出したダイヤモンドの結晶性が良いこと、（ｂ）プラ
ズマ化できる混合ガス圧力の範囲が広いこと、（ｃ）放
電を起こすための電極が反応室内にないため、基板表面
の汚染が少ないことなどが挙げられる。また、大面積基
板上にもダイヤモンド膜が合成可能である。
方法として、熱フィラメント、直流及びマイクロ波等を
利用してプラズマ処理するＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相析出）法
が知られている。この中でマイクロ波を利用する利点と
して、（ａ）他の方法よりもプラズマが長時間安定で、
析出したダイヤモンドの結晶性が良いこと、（ｂ）プラ
ズマ化できる混合ガス圧力の範囲が広いこと、（ｃ）放
電を起こすための電極が反応室内にないため、基板表面
の汚染が少ないことなどが挙げられる。また、大面積基
板上にもダイヤモンド膜が合成可能である。
【０００３】図２はかかる大面積基板上へのダイヤモン
ド膜合成を可能にした従来のダイヤモンド膜合成装置の
一例の概念図である。同図において、図示されないマイ
クロ波発振器からのマイクロ波電力は、導波管端部をテ
ーパー状に拡大してなるマイクロ波ホーン１を経由して
反応室３に導かれる。マイクロ波ホーン１と反応室３の
間には、マイクロ波を損失少なく透過させうる、例えば
石英等の材質により作られたマイクロ波導入窓２が配設
され、Ｏリング８により反応室３の気密性が保たれてい
る。該反応室３にはガス供給口４より炭化水素ガスと水
素ガスの混合ガスが供給され、排気口５より排気される
ガス流量を制御することにより反応室３内の圧力を一定
に維持している。供給された混合ガスはマイクロ波電力
によりプラズマ化され、基板台６の上に載置された基板
７の上にダイヤモンド膜を形成する。
ド膜合成を可能にした従来のダイヤモンド膜合成装置の
一例の概念図である。同図において、図示されないマイ
クロ波発振器からのマイクロ波電力は、導波管端部をテ
ーパー状に拡大してなるマイクロ波ホーン１を経由して
反応室３に導かれる。マイクロ波ホーン１と反応室３の
間には、マイクロ波を損失少なく透過させうる、例えば
石英等の材質により作られたマイクロ波導入窓２が配設
され、Ｏリング８により反応室３の気密性が保たれてい
る。該反応室３にはガス供給口４より炭化水素ガスと水
素ガスの混合ガスが供給され、排気口５より排気される
ガス流量を制御することにより反応室３内の圧力を一定
に維持している。供給された混合ガスはマイクロ波電力
によりプラズマ化され、基板台６の上に載置された基板
７の上にダイヤモンド膜を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術によれ
ば、上記基板７、例えば直径５″（１２５ｍｍ）のＳｉ
基板に結晶性の良いダイヤモンド膜を形成できる。しか
しながら、その膜厚は必ずしも基板全面に亘って均一と
はいい難い、またさらに、大面積の基板にダイヤ膜を形
成することは困難であった。
ば、上記基板７、例えば直径５″（１２５ｍｍ）のＳｉ
基板に結晶性の良いダイヤモンド膜を形成できる。しか
しながら、その膜厚は必ずしも基板全面に亘って均一と
はいい難い、またさらに、大面積の基板にダイヤ膜を形
成することは困難であった。
【０００５】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
その目的は上記問題点を解消し、大面積基板上に均一な
膜厚を有するダイヤモンド膜を合成させるマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド膜合成装置を提供す
ることにある。
その目的は上記問題点を解消し、大面積基板上に均一な
膜厚を有するダイヤモンド膜を合成させるマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド膜合成装置を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
れば、内部に基板の置かれた反応室に、炭化水素と水素
の混合ガス、または必要に応じてこれに他の添加ガスを
加えた混合ガスを供給すると共に、上記反応室から該混
合ガスを排気しながら任意のガス圧力に設定し、かつ上
記反応室内にマイクロ波を導入し、上記混合ガスを励起
してプラズマを発生させ、上記基板上にダイヤモンド膜
を合成する装置において、上記反応室にマイクロ波を導
入するためのマイクロ波導入窓の中心を上記反応室の中
心と偏心させて設け、基板の置かれた基板台を回転させ
る構造とすることにより解決される。
れば、内部に基板の置かれた反応室に、炭化水素と水素
の混合ガス、または必要に応じてこれに他の添加ガスを
加えた混合ガスを供給すると共に、上記反応室から該混
合ガスを排気しながら任意のガス圧力に設定し、かつ上
記反応室内にマイクロ波を導入し、上記混合ガスを励起
してプラズマを発生させ、上記基板上にダイヤモンド膜
を合成する装置において、上記反応室にマイクロ波を導
入するためのマイクロ波導入窓の中心を上記反応室の中
心と偏心させて設け、基板の置かれた基板台を回転させ
る構造とすることにより解決される。
【０００７】
【作 用】本発明によれば、上記のように構成されたダ
イヤモンド膜合成装置において、図１のようにマイクロ
波導入窓１２は、反応室１３に対し中心からずらして取
り付けられている。この構成においてプラズマ２０は、
マイクロ波ホーン１１より導入されたマイクロ波によ
り、マイクロ波窓１２の直下で励起され、生成される。
一方基板１７は、反応室１３の中心とその中心が一致す
るように置かれている。従ってプラズマ２０は基板１７
の中心とずれた部分の上に位置し、ダイヤモンド膜は基
板の中心より片寄った位置を中心にして形成される。そ
こで、基板支持台１６を回転機構１９により回転させる
ことにより、ダイヤモンド膜の形成は平均化され、従来
よりさらに大面積の基板により均一なダイヤモンド膜が
形成可能となる。
イヤモンド膜合成装置において、図１のようにマイクロ
波導入窓１２は、反応室１３に対し中心からずらして取
り付けられている。この構成においてプラズマ２０は、
マイクロ波ホーン１１より導入されたマイクロ波によ
り、マイクロ波窓１２の直下で励起され、生成される。
一方基板１７は、反応室１３の中心とその中心が一致す
るように置かれている。従ってプラズマ２０は基板１７
の中心とずれた部分の上に位置し、ダイヤモンド膜は基
板の中心より片寄った位置を中心にして形成される。そ
こで、基板支持台１６を回転機構１９により回転させる
ことにより、ダイヤモンド膜の形成は平均化され、従来
よりさらに大面積の基板により均一なダイヤモンド膜が
形成可能となる。
【０００８】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例
を例示的に詳しく説明する。
を例示的に詳しく説明する。
【０００９】図１は本発明の一実施例を示すマイクロ波
プラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド膜合成装置の主要
断面の概念図である。同図において、図示されないマイ
クロ波発振器で発生したマイクロ波は、末端がテーパー
状に拡大して成るマイクロ波ホーン１１を経て、マイク
ロ波導入窓１２を通って反応室１３に導かれる。マイク
ロ波導入窓１２と反応室１３との間にはＯリング１８が
あって、気密性が保持される。該反応室１３にはガス供
給口１４よりメタンガス（ＣＨ4 ）と水素ガス（Ｈ2 ）
の混合ガス（ＣＨ4 ／Ｈ2 ＝２％）、また必要に応じて
これに他の添加ガス（Ｏ2 ，Ｈ2 Ｏ，ＣＯ，ＣＯ2 他）
を微量加えた混合ガスが供給される。なお、ダイヤモン
ド合成に寄与できるガスであれば、他の炭素化合物を原
料ガスとして利用できるのはもちろんである。反応室１
３内のガスは図示されない真空ポンプにより排気口１５
より排気される。また、反応室１３内の圧力は、ダイヤ
モンドの析出に適した圧力に維持されるよう、別に設け
られた圧力制御装置によってコントロールされる。反応
室１３内には基板台１６が設置されており、該基板台１
６上には基板１７の面がマイクロ波進行方向に対し直角
方向、すなわち図１において水平方向になるよう載置さ
れている。
プラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド膜合成装置の主要
断面の概念図である。同図において、図示されないマイ
クロ波発振器で発生したマイクロ波は、末端がテーパー
状に拡大して成るマイクロ波ホーン１１を経て、マイク
ロ波導入窓１２を通って反応室１３に導かれる。マイク
ロ波導入窓１２と反応室１３との間にはＯリング１８が
あって、気密性が保持される。該反応室１３にはガス供
給口１４よりメタンガス（ＣＨ4 ）と水素ガス（Ｈ2 ）
の混合ガス（ＣＨ4 ／Ｈ2 ＝２％）、また必要に応じて
これに他の添加ガス（Ｏ2 ，Ｈ2 Ｏ，ＣＯ，ＣＯ2 他）
を微量加えた混合ガスが供給される。なお、ダイヤモン
ド合成に寄与できるガスであれば、他の炭素化合物を原
料ガスとして利用できるのはもちろんである。反応室１
３内のガスは図示されない真空ポンプにより排気口１５
より排気される。また、反応室１３内の圧力は、ダイヤ
モンドの析出に適した圧力に維持されるよう、別に設け
られた圧力制御装置によってコントロールされる。反応
室１３内には基板台１６が設置されており、該基板台１
６上には基板１７の面がマイクロ波進行方向に対し直角
方向、すなわち図１において水平方向になるよう載置さ
れている。
【００１０】反応室１３の大きさは内径２８ｃｍ、マイ
クロ波窓１２の大きさは径１８ｃｍであり、マイクロ波
窓１２は反応室の中心よりずらして設けられている。直
径約２４ｃｍの基板台１６の上には直径約２０ｃｍの基
板をのせることが可能である。原料ガスを供給し、マイ
クロ波電力を導入することにより、プラズマ２０はマイ
クロ波導入窓１２の直下であって基板１７の上に該基板
１７の中心よりずれた位置に生成する。従ってダイヤモ
ンド膜は、基板１７の中心よりずれた位置を中心に拡が
って形成される。そこで、基板台１６を回転機構１９に
より回転させることにより、基板１７の円周方向に沿っ
てダイヤモンド膜が形成される。
クロ波窓１２の大きさは径１８ｃｍであり、マイクロ波
窓１２は反応室の中心よりずらして設けられている。直
径約２４ｃｍの基板台１６の上には直径約２０ｃｍの基
板をのせることが可能である。原料ガスを供給し、マイ
クロ波電力を導入することにより、プラズマ２０はマイ
クロ波導入窓１２の直下であって基板１７の上に該基板
１７の中心よりずれた位置に生成する。従ってダイヤモ
ンド膜は、基板１７の中心よりずれた位置を中心に拡が
って形成される。そこで、基板台１６を回転機構１９に
より回転させることにより、基板１７の円周方向に沿っ
てダイヤモンド膜が形成される。
【００１１】従来装置のようにプラズマの中心と基板の
中心が一致している場合、プラズマ強度の最も強い基板
中心が通常最も膜厚が厚くなる。しかし、本発明におい
ては、プラズマ強度の最も強い部分が基板１７の中心よ
り外周方向にずれ、周辺は従来よりプラズマの強い部分
に近づき、中心部はプラズマの最も強い部分からはずれ
るため、基板台回転機構１９により基板台１６を回転さ
せることにより、ダイヤモンド膜は従来より総体的に均
一に成膜される。
中心が一致している場合、プラズマ強度の最も強い基板
中心が通常最も膜厚が厚くなる。しかし、本発明におい
ては、プラズマ強度の最も強い部分が基板１７の中心よ
り外周方向にずれ、周辺は従来よりプラズマの強い部分
に近づき、中心部はプラズマの最も強い部分からはずれ
るため、基板台回転機構１９により基板台１６を回転さ
せることにより、ダイヤモンド膜は従来より総体的に均
一に成膜される。
【００１２】かくして、原料ガスとして前述のメタンガ
スと水素ガスの混合ガス（ＣＨ4 ／Ｈ2 ＝２％）を流量
４００ｃｃ／ｍｉｎで反応室１３に供給し、図示されな
いマイクロ波発振器より電力５ｋＷのマイクロ波を反応
室１３に導入したところ、マイクロ波導入窓の下に大形
のプラズマ２０が生成された。なお、ガス圧力は約５０
Ｔｏｒｒに設定した。基板１７には直径８″（２０ｃ
ｍ）のＳｉ基板を用い、該基板１７を図示されない加熱
手段により約８００℃に維持した。かかる条件のもとで
基板台１６を約１０回転／時の速さで回転させ、６時間
の成膜処理を行なったところ、膜厚の偏差±１０％で平
均膜厚３μｍのダイヤモンド膜が得られた。基板は全面
に亘りダイヤモンド合成に適した温度に加熱されている
ため、特に結晶性が悪化することなく、ラマン分光分析
等によってもグラファイト成分の少い良好な結晶のダイ
ヤモンド膜であることが確認された。なお、比較例とし
て図２の従来型装置を用い、基板７には直径６″（１５
ｃｍ）のＳｉ基板を使用し、合成条件は実施例と同じ条
件で成膜処理を行なった。合成速度、結晶性は実施例と
ほぼ同等であったが、均一性は膜厚の偏差が±２０％と
やや劣る結果であった。従って、本発明の方法が合成面
積と均一性の両方ですぐれていることが明らかである。
スと水素ガスの混合ガス（ＣＨ4 ／Ｈ2 ＝２％）を流量
４００ｃｃ／ｍｉｎで反応室１３に供給し、図示されな
いマイクロ波発振器より電力５ｋＷのマイクロ波を反応
室１３に導入したところ、マイクロ波導入窓の下に大形
のプラズマ２０が生成された。なお、ガス圧力は約５０
Ｔｏｒｒに設定した。基板１７には直径８″（２０ｃ
ｍ）のＳｉ基板を用い、該基板１７を図示されない加熱
手段により約８００℃に維持した。かかる条件のもとで
基板台１６を約１０回転／時の速さで回転させ、６時間
の成膜処理を行なったところ、膜厚の偏差±１０％で平
均膜厚３μｍのダイヤモンド膜が得られた。基板は全面
に亘りダイヤモンド合成に適した温度に加熱されている
ため、特に結晶性が悪化することなく、ラマン分光分析
等によってもグラファイト成分の少い良好な結晶のダイ
ヤモンド膜であることが確認された。なお、比較例とし
て図２の従来型装置を用い、基板７には直径６″（１５
ｃｍ）のＳｉ基板を使用し、合成条件は実施例と同じ条
件で成膜処理を行なった。合成速度、結晶性は実施例と
ほぼ同等であったが、均一性は膜厚の偏差が±２０％と
やや劣る結果であった。従って、本発明の方法が合成面
積と均一性の両方ですぐれていることが明らかである。
【００１３】なお、本発明の技術は上記実施例における
技術に限定されるものではなく、同様の機能を果す他の
態様の手段によってもよく、また本発明の技術は上記構
成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。
技術に限定されるものではなく、同様の機能を果す他の
態様の手段によってもよく、また本発明の技術は上記構
成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。
【００１４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のマイクロ波プラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド膜合
成装置によれば、マイクロ波導入窓を反応室の中心より
ずらして設け、基板台を回転する構造としたので、広い
領域、つまり大面積を有する基板に、膜厚が均一で結晶
性の良いダイヤモンド膜を合成できる。これにより、大
面積の単数または複数の基板を一括して成膜処理可能と
なり、生産性が向上する。
のマイクロ波プラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド膜合
成装置によれば、マイクロ波導入窓を反応室の中心より
ずらして設け、基板台を回転する構造としたので、広い
領域、つまり大面積を有する基板に、膜厚が均一で結晶
性の良いダイヤモンド膜を合成できる。これにより、大
面積の単数または複数の基板を一括して成膜処理可能と
なり、生産性が向上する。
【図１】本発明の一実施例を示すマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法によるダイヤモンド膜合成装置の主要部断面の概
念図である。
ＶＤ法によるダイヤモンド膜合成装置の主要部断面の概
念図である。
【図２】従来の同法によるダイヤモンド膜合成装置の概
念図である。
念図である。
１１ マイクロ波ホーン １２ マイクロ波導入窓 １３ 反応室 １４ ガス供給口 １５ 排気口 １６ 基板台 １７ 基板 １８ Ｏリング １９ 基板台回転機構 ２０ プラズマ
Claims (1)
- 【請求項１】 内部に基板の置かれた反応室に、炭化水
素と水素の混合ガス、または必要に応じてこれに他の添
加ガスを加えた混合ガスを供給すると共に、上記反応室
から該混合ガスを排気しながら任意のガス圧力に設定
し、かつ上記反応室内にマイクロ波を導入し、上記混合
ガスを励起してプラズマを発生させ、上記基板上にダイ
ヤモンド膜を合成する装置において、 上記反応室にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導
入窓の中心を上記反応室の中心と偏心させて設け、基板
の置かれた基板台を回転させる構造とすることを特徴と
するマイクロ波プラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド膜
合成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32299791A JPH05239655A (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | マイクロ波プラズマｃｖｄ法によるダイヤモンド膜合成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32299791A JPH05239655A (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | マイクロ波プラズマｃｖｄ法によるダイヤモンド膜合成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05239655A true JPH05239655A (ja) | 1993-09-17 |
Family
ID=18149988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32299791A Pending JPH05239655A (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | マイクロ波プラズマｃｖｄ法によるダイヤモンド膜合成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05239655A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4845303A (en) * | 1987-10-17 | 1989-07-04 | Huels Aktiengesellschaft | Procedure for the production of beta-isophorone from alpha-isophorone |
| US5691010A (en) * | 1993-10-19 | 1997-11-25 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Arc discharge plasma CVD method for forming diamond-like carbon films |
| US5695832A (en) * | 1993-07-07 | 1997-12-09 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Method of forming a hard-carbon-film-coated substrate |
| US7485827B2 (en) | 2006-07-21 | 2009-02-03 | Alter S.R.L. | Plasma generator |
| CN101998946A (zh) * | 2008-04-11 | 2011-03-30 | 花王株式会社 | 2-烷基-2-环烯烃-1-酮的制造方法 |
| WO2016100115A1 (en) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | Ii-Vi Incorporated | Apparatus and method of manufacturing free standing cvd polycrystalline diamond films |
| CN115044970A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-09-13 | 上海征世科技股份有限公司 | 一种用于金刚石单晶生长的mpcvd装置及生长方法 |
| WO2023248626A1 (ja) * | 2022-06-24 | 2023-12-28 | 信越半導体株式会社 | ダイヤモンド層の成長方法及びマイクロ波プラズマｃｖｄ装置 |
-
1991
- 1991-12-06 JP JP32299791A patent/JPH05239655A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4845303A (en) * | 1987-10-17 | 1989-07-04 | Huels Aktiengesellschaft | Procedure for the production of beta-isophorone from alpha-isophorone |
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| GB2548280A (en) * | 2014-12-17 | 2017-09-13 | Ii Vi Inc | Apparatus and method of manufacturing free standing CVD polycrystalline diamond films |
| GB2548280B (en) * | 2014-12-17 | 2021-06-16 | Ii Vi Inc | Apparatus and method of manufacturing free standing CVD polycrystalline diamond films |
| CN115044970A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-09-13 | 上海征世科技股份有限公司 | 一种用于金刚石单晶生长的mpcvd装置及生长方法 |
| WO2023248626A1 (ja) * | 2022-06-24 | 2023-12-28 | 信越半導体株式会社 | ダイヤモンド層の成長方法及びマイクロ波プラズマｃｖｄ装置 |
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