JPH10508069A - 温度制御による物質付着の方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ダイヤモンドなどの物質をマンドレル（１１０）または基板（１７０）上に付着させ、付着面の温度が制御される、装置およびその使用法を対象とする。本発明の一態様によると、マンドレル内のいくつかの角基準位置でマンドレルの半径方向に冷却流体を通すことによって回転マンドレル（１１０）の表面の温度を制御すると同時に、たとえば炭化水素ガスと水素ガスなどを含むプラズマをマンドレルに向ける。その半径寸法と共に変化する厚さ方向の熱伝導率を有するスペーサ（１２０）をマンドレルに取付け、スペーサ（１２０）に基板（１７０）を取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】 温度制御による物質付着の方法および装置 発明の分野 本発明は、材料付着中の温度制御に関し、具体的には表面上に付着させる物質 の温度制御に係わる。本発明は、特に回転面上のプラズマ噴射によるダイヤモン ドの付着に適する。 発明の背景 噴射の形に形成されたプラズマを使用して半導体材料層などの物質を付着させ る技法はかなり以前から知られている。たとえば、米国特許第４４７１００３号 および第４４８７１６２号では、半導体およびその他の材料の付着にプラズマを 使用するアーク噴射プラズマ付着装置を開示している。アーク領域に珪素化合物 などの適切な化合物を注入することによってイオンと電子を発生させ、磁界を使 用してプラズマを加速させ、集束させることによって噴射（またはビーム）を形 成する。最近は、合成ダイヤモンドを付着させるためにこのタイプの装置が使用 されている。ダイヤモンドは、すぐれた物理特性と化学特性により、多くの機械 、熱、光学、および電子の応用分野で望ましく、プラズマ噴射付着によって合成 ダイヤモンドを付着可能であることは、特にプラズマ噴射技術をこの目的や他の 目的のために改良することができれば大いに有望になる。電気アークを使用して 炭化水素と水素のプ ラズマを発生させることができ、発生したプラズマを集束磁石と加速磁石を使用 して基板に向かって集束させ加速させ、それによって基板上に多結晶ダイヤモン ド膜を付着させる。たとえば、本出願と同じ譲渡人に譲渡された米国特許第５２ ０４１４４号を参照すると、基板上に合成ダイヤモンドを付着させるために使用 することができるプラズマ噴射付着の一種の例が記載されている。 様々な商業応用分野では、比較的大きなサイズのダイヤモンド膜にすることが 望ましい。プラズマ噴射付着技法には、特定の瞬間に基板上でアクティブになる 付着領域の実質的面積を制限する様々な要因がある。たとえば、アーク噴射プラ ズマ付着システムでアークを使用して加熱ガス混合物を発生させた場合、ビーム の直径がいくつかの要因によって制限される。実用分野では一般にプラズマ・ビ ームの断面が制限されるため、ダイヤモンド膜を付着させたい面積は付着ビーム よりも大きいと考えられる。このため、付着プロセス中にビームと対象基板を互 いを基準にして移動させることが望ましいことになる。これは、付着中に基板を 回転させることによって行われており、これによって基板全体の温度の均一化が 促進されるだけでなく、より大きな基板被覆面積が得られる（たとえば上記の米 国特許第５２０４１４４号を参照）。 上述のタイプのプラズマ噴射付着では、一般に、高温のプラズマが付着面を過 熱させるのを防ぐためと、所望の特定の製品特性にとって最適な付着温度にする ために、ダイヤモンドを付着させる基板（またはマンドレル）を冷却する必要が ある。冷却剤をマンドレル内で循環させて冷却を行うことができる。米国特許第 ５２０４１４４号に記載されている回転マンドレル・タイプの付着装置では、回 転ユニオンを使用して冷却流体を循環させることができる。図１に、回転ユニオ ン１１５と結合された回転マンドレル１１０をベルト駆動装置や歯車駆動装置（ 図示せず）などによって回転させ、マンドレルを介して冷却流体を矢印で示す方 向またはその反対方向に回転させることができる、従来技術のタイプの構成を図 示する。回転マンドレルの上に円板状スペーサ１５０と基板１７０が取り付けら れているのが図示されている。基板のこのタイプの冷却と回転は、全般的に均一 な方位角の、適切な温度を得るのに効果を及ぼすことができるが、ビームによる 加熱がビームの断面に応じて変化するなどの要因のため、円板型基板の付着面の 温度は半径方向で大幅に変動することがある。 本発明の目的の１つは、合成ダイヤモンドの付着に使用されるタイプのような プラズマ付着装置において、温度の均一性が得られるなどの改良が施された温度 制御である。本発明の他の目的は、合成ダイヤモンドなどの物質を回転マンドレ ルまたは基板に付着させる付着システムにおける温度制御を実現することである 。 発明の概要 本発明は、物質をマンドレルまたは基板上に付着させる、付着面の温度を制御 することが望ましいシステムで使用する 装置および技法を対象とする。多くの応用分野では、付着面全体における温度の 時間的空間的均一性を得ることが望ましいが、本発明は付着面での特定の温度パ ターンを得ることが望ましい状況にも適用可能である。この付着技法は、付着面 の加熱または冷却を必要とする場合があり、本発明の重要な応用分野である合成 ダイヤモンド膜の付着などほとんどのプラズマ付着応用分野では冷却が必要であ るかまたは望ましい。本発明はまた、付着中にマンドレル（その上に基板が取り 付けられている場合がある）を回転させるシステムでも特に有利である。上記で 参照した米国特許第５２０４１４４号では、付着面を比較的高速で回転させ、特 に付着プラズマ噴射の断面積が物質（たとえばダイヤモンド）を付着させる面よ りも小さい場合に、それによって付着面上の温度の均一性を得やすくするプラズ マ噴射付着システムが開示されている。しかし、前述のように、半径方向の温度 の均一性は改良の余地があり、本発明の機構はこの目的を達成する。 本発明の一態様によると、冷却されたマンドレル上で回転する基板などの基板 の表面の温度を特殊なタイプのスペーサを使用して制御する。本発明のこの態様 の一実施例では、物質を付着させる装置を提供する。この装置は、１つの軸上で 回転可能なマンドレルと、マンドレルに取り付けられたスペーサと、スペーサ上 に取り付けられた基板と、付着させる物質の成分を含むプラズマを基板に向ける 手段とを備え、スペーサは半径寸法に応じて変化する厚さ方向の熱伝導率を有す る。本発明のこの態様の好ましい実施例では、スペーサの厚 さ方向の熱伝導率は最小から最大まで少なくとも５パーセント変化する。 本発明の要約された特徴の利点は、付着面上の半径方向の温度プロファイルを よりよく制御することができることである。たとえば、基板の中心がその外側よ りも高温になる傾向がある状況で温度の均一性が望ましい場合には、中心に向か うほど熱伝導率が高くなるスペーサが（基板の中心付近で冷却されたマンドレル との熱交換のためのより高い熱伝導率経路を実現することによって）中心付近で より大きな熱交換を効果的に実現することができ、あるいはその反対の状況では その逆のことが言える。本発明のこの態様の好ましい実施例では、スペーサはそ の中に同心円状の溝を有する円板である。金属スペーサの場合、金属は一般に溝 の空き間隔よりも熱伝導率がはるかに高くなり、したがってたとえばスペーサの 中心付近の溝の容積を増やすことによって、その熱伝導率がスペーサの周縁部に 向かって高くなる。この例では、マンドレルがその表面全体で比較的均一な熱交 換を行う傾向があるとすれば、その結果、スペーサの（厚さ方向の）熱伝導率が 高くなる中心に向かうほど冷却度が大きくなる。スペーサの厚さ方向の熱伝導率 は、半径寸法に従って線形または非線形に変化することがある。本発明の他の特 徴によると、付着面の半径方向の熱流束特性を判断し、厚さ方向の熱伝導率がそ の判断された熱流束特性に従って（すなわちほとんどの状況ではそれに逆比例し て）変化するスペーサを設ける。 マンドレル（またはその上に基板が載っているマンドレル ）の回転はその付着面上で温度の均一性を得るのには有利であるが、回転するマ ンドレルとの間の信頼性の高い熱交換（典型的には冷却流体）を実現してそこか ら熱を除去するには実際上難点がある場合がある。本発明の他の態様はこの問題 に対処する。本発明のこの態様の実施例によれば、成長室を設けるステップと、 成長室内に回転マンドレルを設けるステップと、炭化水素ガスと水素ガスとを含 むプラズマをマンドレルに向けるステップと、マンドレル内のいくつかの角基準 位置でマンドレルの半径方向に冷却流体を通過させることによってマンドレルの 表面の温度を制御するステップとを含む、ダイヤモンド膜の付着方法が提供され る。本発明のこの態様の好ましい実施例では、マンドレルの半径方向に冷却流体 を通過させるステップは、いくつかの角基位置にマンドレルを貫く半径方向の穴 を設けるステップを含む。この実施例では、冷却流体は水素であり、冷却流体は マンドレルを半径方向にマンドレルの周縁部まで通過した後で、成長室の環境に 入る。成長室の環境のほとんどが水素であるため、成長室に水素ガスを入れても 成長環境を汚染しない。この特徴の利点は、室内の水素が室圧を制御する真空シ ステムによって最終的に処理されるため、熱交換流体を回転シールを通して戻す 必要がなくなることである。本発明のこの態様の他の実施例では、流体がマンド レルの表面を基準とする角度でマンドレルを通るようにする。この角度はマンド レル表面の平面に対して少なくとも２度の角度であることが好ましい。たとえば 、マンドレル表面に対するテーパの方向に応じて、熱交換を マンドレルの回転の中心寄りか、マンドレルの周縁寄りかに集中させることがで きる。 本発明の他の特徴および利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明を読めば容 易に明らかになろう。 図面の簡単な説明 図１は、熱交換を使用する従来技術の回転マンドレル・アセンブリを示す断面 略図である。 図２は、本発明による装置であって、本発明の方法を実施するために使用する ことができる装置を部分的にブロック形式で示す概略図である。 図３は、本発明の実施例によるスペーサの平面図である。 図４は、図３の矢印４−４によって画定される部分で切り取った、図３のスペ ーサの断面図である。 図５は、本発明の実施例による他のスペーサの平面図である。 図６は、図５の矢印６−６によって画定される部分で切り取った、図５のスペ ーサの断面図である。 図７は、本発明の実施例による他のスペーサの平面図である。 図８は、図７の矢印８−８によって画定される部分で切り取った、図７のスペ ーサの断面図である。 図９は、本発明の他の実施例によるスペーサの断面図である。 図１０は、本発明の他の実施例によるスペーサの断面図で ある。 図１１は、本発明の他の実施例によるスペーサの断面図である。 図１２は、基板円板面上の半径寸法に応じた入射熱流束を示すグラフの例であ る。 図１３ないし図１５は、半径寸法と共に非線形に変化し、図１２の熱流束特性 と逆方向に一致する厚さ方向の伝導率を有するスペーサを示す断面図である。 図１６は、本発明の実施例による方法の動作流れ図である。 図１７は、本発明の他の実施例による温度制御された回転マンドレルの縦断面 図である。 図１８は、図１７の矢印１７−１７によって画定される部分で切り取った、図 １７のマンドレルの断面図である。 図１９は、本発明の他の実施例による温度制御回転マンドレルの縦断面図であ る。 図２０は、本発明の他の実施例による温度制御回転マンドレルの縦断面図であ る。 詳細な説明 図２を参照すると、本発明の実施態様を実施する際に使用することができるタ イプの化学気相付付着（「ＣＶＤ」）装置が図示されている。成長室１００は、 １つまたは複数の真空ポンプ・システム（図示せず）によって真空排気されるプ ラズマ噴射ＣＶＤ付着システム２００の下部である。 システム２００は、真空ハウジング２１１内に収容され、円筒形ホルダ２９４ と、ロッド状カソード２９２と、注入された流体がカソードを通過するようにカ ソードに隣接して取り付けられたインジェクタ２９５とを備えるアーク形成部２ １５を含む。２９１に円筒形アノードを設ける。合成ダイヤモンドを付着させる 例示のシステムでは、注入流体はたとえば水素とメタンの混合物とすることがで きる。メタンは別法として下流で供給することもできる。アノード２９１とカソ ード２９２はたとえば直流電位などの電力源（図示せず）によって付勢される。 参照番号２１７が付してある円筒形磁石を使用して、プラズマ発生の制御を容易 にする。１１５に示されているノズルを使用してビーム・サイズを限界内に制御 することができる。その中を冷却剤を循環させることができる任意選択の冷却コ イル２３４を磁石内に配置することができる。 動作の一例では、水素とメタンの混合物をインジェクタ２９５に供給し、アー ク形成部の前でプラズマを発生させて、基板を配置する付着領域に向かって加速 させて集束させる。当業界で周知のように、メタン内の炭素がダイヤモンドとし て選択的に付着され、形成されたグラファイトが水素促進ガスとの化合によって 放散されるため、上述のプラズマから合成多結晶ダイヤモンドを形成することが できる。プラズマ噴射付着システムの詳細については、米国特許第４４７１００ ３号、第４４８７１６２号、および第５２０４１４４号を参照することができる 。たとえば他のタイプのＣＶＤプラズマ 付着装置または物理気相付着装置など、他の適合するタイプの付着装置も、本明 細書で説明する本発明の機構と共に使用することができることがわかるであろう 。 マンドレル１１０は軸１１１上で回転可能であり、スペーサ１２０と（典型的 には図示されていないボルト締めまたはクランプを使用して）その上に取り付け られた基板１７０とを有する。マンドレル１１０は、たとえば最初に図１で図示 した従来技術の構成のように、マンドレルを通って循環する熱交換流体（たとえ ば水）を使用して適切な手段によって冷却することができる。米国特許第５３４ ２６６０号で開示されているように、マンドレルはプラズマ噴射方向を基準にし て傾けることができる。図１に示すように熱交換流体は回転ユニオンを使用して 供給したり戻したりすることができ、やはり米国特許第５３４２６６０号で開示 されているように軸を回転させるために適合するモータ（図示せず）を使用する ことができる。回転駆動機構は、従来、回転ユニオンの上方に配置される。 図３および図４に、たとえば金属（たとえばモリブデンまたはチタン）、グラ ファイト、またはセラミックで形成することができ、その中に機械加工などで形 成された複数の同心円環状溝１２１を有するスペーサ円板１２０の平面図と断面 図をそれぞれ示す。溝は空か、またはスペーサ円盤とは異なる熱伝導率を有する 材料で満たすことができる。図３および図４の構成では溝は均一な間隔があけら れており、それによって半径に応じた厚さ方向の熱伝導の変化が局所的になり、 開いた溝が円板の中実の材料よりも熱伝導率が低いために、その結果としてスペ ーサの熱伝導が全体的に（中実のスペーサと比較して）低くなるようになってい る。このほぼ対称な構成によって、半径寸法に応じて厚さ方向に巨視的に均一な 熱伝導が得られる。［比較的短い半径距離にわたる伝導の「波動」は、残りのス ペーサ厚さと基板厚さによって平滑化されることになる。］ 図５および図６に、スペーサの周縁付近よりも中心付近で熱伝導が大きくなる （したがってより多くの熱が移動する）構成を図示する。これは、周縁付近の溝 をより多くするか、より広くするか、またはより深くするなどして、スペーサの 外側付近の溝の容積を多くする（断面積を大きくするかまたは溝を深くするかあ るいはその両方）ことによって実現される。［図５の図では、周縁付近の方が溝 の数が多くなっている。］したがって、たとえば図２に示すタイプのプラズマ付 着システムでは、一般にプラズマ・ビームによって基板の周縁部よりも基板の中 心の方が通常は温度が高くなる半径方向のかなりの温度勾配が生じる傾向がある 。マンドレルを比較的均一に冷却し、図１に示すような従来技術の構成（中実の スペーサを使用するかまたはたとえばスペーサのない構成）を使用した場合、か なりの温度勾配が生じる可能性があり、その結果、不均一なダイヤモンド付着お よび品質となることがある。冷却するマンドレルと基板の間に図５および図６に 示すタイプのスペーサを使用すると、周縁付近で基板から冷却マンドレルまでの 熱伝導が溝によって減少するため、基板 の中心に向かってより効率的な冷却が実現されることになる。したがって、本発 明のこの態様を使用することによってより均一な半径方向の熱特性を実現するこ とができる。溝のパターンは、所望の熱伝導特性が得られるように設計すること ができる。異なる状況で使用し、基板付着面上の半径方向の予想温度勾配の逆に 「一致させる」ために、半径寸法に応じてその厚さ方向の熱伝導特性が異なるス ペーサを設けることができる。 図７および図８に反対の場合、すなわちスペーサ円盤の中心に向かって（厚さ 方向の）熱伝導率が比較的小さく、その周縁分に向かって熱伝導率が比較的大き くなるスペーサ構成を示す。 図３ないし図８で、溝はスペーサの一面にあるように図示されているが、たと えば図９に示すように、スペーサの両面に溝があり、下部の溝に１２２と符号が 付してある他の構成を設けることもできることがわかるであろう。図１０に示す ように、スペーサの反対側の溝が必ずしも半径方向で位置合わせされている必要 はない。また、スペーサにおける半径方向の熱伝導率の変化を実現するための他 の手段を設けることもできる。たとえば、溝にセラミック、金属、グラファイト 、またはガスなど、元のスペーサ材料とは異なる熱伝導率を持つ材料を満たすこ ともできることがわかるであろう。［本発明のスペーサ実施例における熱伝導機 構のように、伝導は一般に対流または放射を左右することがわかるであろう。］ あるいは、図１１に示すような勾配付き構成を使用すること もできる。たとえば、材料１１２２の熱伝導率を材料１１２１よりも高くするこ とができ、その結果、スペーサ１２０の中心に向かって熱伝導率が高くなる。 図１２ないし図１５に、本発明の他の実施例を示す。付着面の半径方向の熱流 束パターンのほぼ逆である半径寸法に応じた厚さ方向の熱伝導にすることによっ て、全般的に均一な温度が得られるように、スペーサの厚さ方向の熱伝導を半径 寸法に応じて選択することができる。たとえば、図１２に、付着を行う基板円盤 面上の半径寸法に応じた入射熱流束（１平方センチメートル当たりワット数単位 など）の典型的なガウス鐘状分布を示す。図１３、１４、および１５に、付着面 の熱流束に逆比例する半径寸法に応じた厚さ方向の熱伝導率を有するスペーサ（ １２０）の実施例を示す。したがって、これらのスペーサを使用して、プラズマ 付着中に基板の付着面での全般的に均一な温度を促進することができる。図１３ の実施例では、溝の深さが半径寸法に応じて（この場合は非線形に）深くなる等 間隔の溝（１２４）を使用して熱伝導特性が得られる。図１４の実施例では、溝 （１２４）の深さは同じだが、溝の幅が半径寸法に応じて（この場合も非線形に ）広くなる。図１５の実施例では、スペーサ１２０は比較的熱伝導率の高い材料 で形成された上部領域１５０１と、比較的熱伝導率の低い材料で形成された下部 領域１５０２とを有し、この場合も厚さ方向の熱伝導が半径寸法に非線形に応じ て低下するようになっている。２つの材料の間の界面曲線は、熱流束特性に逆比 例する所望の伝導率が得られるように選 定することができる。一例として、材料１５０１はモリブデンとし、材料１５０ ２はモリブデンより熱伝導率が低いタイプのグラファイトとすることができる。 図１６に、本発明の方法の実施例を実施するステップの動作流れ図を示す。ブ ロック１６１０は、半径寸法に応じた付着面における入射熱流束特性の判断を示 す。入射熱流束パターンは、たとえば周知の高温計または分光技法を使用して温 度を測定するか、または基板表面の温度を直接測定して判断することができる。 ブロック１６２０では、その厚さ方向に判断された熱流束特性に逆比例する半径 寸法に応じた熱伝導率を有するスペーサを設ける。次に、冷却マンドレルと基板 の間にスペーサを設けて、ブロック１６３０で付着させる物質を付着させる。こ の特定の例では物質は合成ダイヤモンドである。 本発明の他の実施例によると、マンドレルで冷却流体を有利な方法で使用する 。図１７および図１８に、たとえば冷却流体が半径方向の穴１７１５を介してマ ンドレル１７１０を半径方向に通り、周縁の開口部を通ってマンドレルから出て 、成長室の環境内に入る図２のプラズマ噴射付着システムで使用可能な構成を示 す。環境内に通常含まれる流体（この場合は水素ガス）を使用することにより、 冷却流体をマンドレルを通る流体を通して戻す必要がなくなる。これは、ガスを マンドレルとその回転軸１７１１と回転ユニオン１７１８を通る一方向に通過さ せるだけで済む点で、回転マンドレルの場合に特に有利である。成長室環境の主 要成分である水素ガ スは最終的に真空システム（図２）によって真空排気される。 図１７および図１８に示す構成は、冷却剤搬送穴の間隔が半径方向の位置に応 じて大きくなるため、マンドレルの中心の方に向かって冷却度が大きくなる傾向 がある。温度均一性を得るためにマンドレルの中心に向かってより大きな冷却度 が必要な用途の場合（たとえばマンドレル表面またはマンドレルもしくはスペー サ上に取り付けられた基板上に付着させる場合）、この構成は適合すると考えら れる。付着面に対する穴１７１５の傾斜角度を選定することによって、半径方向 の冷却特性を特定の用途に合わせて調整することができる。たとえば、図１９に 、冷却剤搬送穴が半径方向に延びるに従って付着面に向かって傾斜している構成 を示す。この構成は、図１７および図１８に示すものよりも付着面の周縁に向か って冷却度がより強くなる。逆のタイプの傾斜を図２０に示す。これは、付着面 の周縁に向かって冷却度が比較的小さくなる傾向がある。 本発明について特定の好ましい実施例を参照しながら説明したが、当業者なら 本発明の精神および範囲内の様々な変形を思いつくであろう。たとえば、他の材 料を使用することができることと、本発明の原理は他の付着技法にも適用可能で あることがわかるであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クワーク ウィリアム エイ. アメリカ合衆国， カリフォルニア 92630，レイク フォレスト， オスター マン ナンバービー−10 20041番地 (72)発明者 バク−ボイチュク グレゴリー アメリカ合衆国， カリフォルニア 92675，サン フアン カピストラノ，ド ン フアン アベニュ 31386番地 (72)発明者 ヒューザー マイケル エス. アメリカ合衆国， カリフォルニア 92610，フットヒル ランチ， リュ ド ゥ ヴァロル ナンバー42エイチ 19431 番地 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基板上への付着を行う装置であって、 軸上で回転可能なマンドレルと、 前記マンドレル上に取り付けられたスペーサと、 前記スペーサ上に取り付けられた基板と、 付着させる物質の成分を含むプラズマを前記基板に向ける手段とを含み、 前記スペーサがその厚さ方向に半径寸法と共に変化する熱伝導率を有する装置 。 ２．前記スペーサの厚さ方向の前記熱伝導率が最小から最大まで少なくとも５パ ーセント変化することを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の装置。 ３．前記スペーサがその中に同心の溝を有する円盤を含むことを特徴とする、請 求の範囲第２項に記載の装置。 ４．前記円盤が金属とグラファイトとセラミックとの中から選択された材料で形 成されていることを特徴とする、請求の範囲第２項に記載の装置。 ５．前記スペーサが異なる熱伝導率を有する２つの材料を含むことを特徴とする 、請求の範囲第１項に記載の装置。 ６．前記スペーサの厚さ方向の前記熱伝導率が前記スペーサの中心付近で比較的 高く、前記スペーサの周縁付近で比較的低いことを特徴とする、請求の範囲第１ 項に記載の装置。 ７．前記スペーサの厚さ方向の前記熱伝導率が前記スペーサの中心付近で比較的 低く、前記スペーサの周縁付近で比較的 高いことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の装置。 ８．前記スペーサの厚さ方向の前記熱伝導率が前記スペーサの中心付近で比較的 低く、前記スペーサの周縁付近で比較的高いことを特徴とする、請求の範囲第２ 項に記載の装置。 ９．前記マンドレルが熱交換流体によって冷却されることを特徴とする、請求の 範囲第１項に記載の装置。 １０．前記熱伝導率が半径寸法と共に非線形に変化することを特徴とする、請求 の範囲第１項に記載の装置。 １１．前記熱伝導率が前記基板における前記プラズマの半径方向の熱流束特性と 逆比例して変化することを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の装置。 １２．ダイヤモンド膜を付着させる装置であって、 成長室と、 前記成長室内にあり、軸上で回転可能なマンドレルと、 前記軸上の前記マンドレルを回転させる手段と、 前記マンドレルを熱交換流体によって冷却する手段と、 前記マンドレルに取り付けられたスペーサと、 前記スペーサ上に取り付けられた基板と、 炭化水素ガスと水素とを含む成分で形成されたプラズマを前記基板に向ける手 段とを含み、 前記スペーサは半径寸法と共に変化するその厚さ方向の熱伝導率を有する装置 。 １３．前記スペーサの厚さ方向の前記熱伝導率が最小から最大まで少なくとも５ パーセント変化することを特徴とする、請求の範囲第１２項に記載の装置。 １４．前記スペーサがその中に同心の溝を有する円盤を含むことを特徴とする、 請求の範囲第１３項に記載の装置。 １５．前記スペーサが異なる熱伝導率を有する２つの材料を含むことを特徴とす る、請求の範囲第１２項に記載の装置。 １６．前記スペーサの厚さ方向の前記熱伝導率が前記スペーサの中心付近で比較 的低く、前記スペーサの周縁付近で比較的高いことを特徴とする、請求の範囲第 １２項に記載の装置。 １７．前記マンドレルが熱交換流体によって冷却されることを特徴とする、請求 の範囲第１項に記載の装置。 １８．前記熱伝導率が半径寸法と共に非線形に変化することを特徴とする、請求 の範囲第１２項に記載の装置。 １９．前記熱伝導率が前記基板における前記プラズマの半径方向の熱流束特性と 逆比例して変化することを特徴とする、請求の範囲第１２項に記載の装置。 ２０．ダイヤモンド膜を付着させる方法であって、 成長室を設けるステップと、 前記成長室内に回転マンドレルを設けるステップと、 炭化水素ガスと水素ガスを含むプラズマを前記マンドレルに向けるステップと 、 マンドレル内のいくつかの角基準位置でマンドレルの半径方向に冷却流体を通 過させることによって前記マンドレルの表面上の温度を制御するステップとを含 む方法。 ２１．冷却流体を前記マンドレルの半径方向に通過させる前記ステップが、前記 いくつかの角基準位置で前記マンドレル を貫く半径方向の穴を設けるステップを含むことを特徴とする、請求の範囲第２ ０項に記載の方法。 ２２．前記流体が水素であり、前記流体が前記マンドレルを前記マンドレルの周 縁まで半径方向に通過した後前記室の環境に入ることを特徴とする、請求の範囲 第２０項に記載の方法。 ２３．前記流体が水素であり、前記流体が前記マンドレルを前記マンドレルの周 縁まで半径方向に通過した後前記室の環境に入ることを特徴とする、請求の範囲 第２１項に記載の方法。 ２４．冷却流体を前記マンドレルを通過させる前記ステップが、前記マンドレル の表面を基準とする角度で流体が前記マンドレルを通過するようにするステップ を含むことを特徴とする、請求の範囲第２１項に記載の方法。 ２５．冷却流体を前記マンドレルを通過させる前記ステップが、前記マンドレル の表面を基準とする角度で流体が前記マンドレルを通過するようにするステップ を含むことを特徴とする、請求の範囲第２３項に記載の方法。 ２６．前記マンドレルの表面が平坦であり、前記冷却流体が前記マンドレルを前 記表面の平面に対して少なくとも２度の角度で通過するようにすることを特徴と する、請求の範囲第２４項に記載の方法。 ２７．熱交換によって冷却されるマンドレルの上方に取り付けられた基板上にプ ラズマ付着によって物質を付着させる方法であって、 基板の付着面における熱流束を判断するステップと、 前記マンドレルと前記基板の間に、前記判断された熱流束に従って変化する厚 さ方向の熱伝導率を有するスペーサを設けるステップと、 前記プラズマ付着によって前記基板上に前記物質を付着させるステップとを含 む方法。 ２８．前記マンドレルと基板が軸上で回転し、前記熱流束が半径方向の位置に応 じて決定され、スペーサを設ける前記ステップが前記決定された熱流束に逆比例 して半径寸法に応じて変化する厚さ方向の熱伝導率を有するスペーサを設けるス テップを含むことを特徴とする請求の範囲第２７項に記載の方法。