KR101401691B1 - 합성 다이아몬드 물질을 제조하기 위한 극초단파 플라즈마 반응기 - Google Patents

합성 다이아몬드 물질을 제조하기 위한 극초단파 플라즈마 반응기 Download PDF

Info

Publication number
KR101401691B1
KR101401691B1 KR1020137018632A KR20137018632A KR101401691B1 KR 101401691 B1 KR101401691 B1 KR 101401691B1 KR 1020137018632 A KR1020137018632 A KR 1020137018632A KR 20137018632 A KR20137018632 A KR 20137018632A KR 101401691 B1 KR101401691 B1 KR 101401691B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mhz
microwave
steel
resonant
plasma
Prior art date
Application number
KR1020137018632A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130126676A (ko
Inventor
존 로버트 브랜든
알렉산더 램 쿨렌
스티븐 데이비드 윌리암스
조셉 마이클 더슨
조나단 제임스 윌맨
크리스토퍼 존 하워드 워트
Original Assignee
엘리멘트 식스 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘리멘트 식스 리미티드 filed Critical 엘리멘트 식스 리미티드
Publication of KR20130126676A publication Critical patent/KR20130126676A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101401691B1 publication Critical patent/KR101401691B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • 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
    • C23C16/22—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 deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • 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
    • C23C16/22—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 deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • C23C16/274—Diamond only 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
    • C23C16/50—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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32266—Means for controlling power transmitted to the plasma
    • H01J37/32284—Means for controlling or selecting resonance mode

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

주파수(f)의 극초단파를 생성시키도록 구성되는 극초단파 발생기; 기부, 상판, 및 상기 기부로부터 상기 상판까지 연장되는 측벽을 포함하여, 극초단파 공명 모드를 뒷받침하기 위한 공명 강(resonance cavity)을 한정하는 플라즈마 챔버; 극초단파 발생기로부터의 극초단파를 플라즈마 챔버 내로 공급하기 위한 극초단파 연결부(coupling configuraiton); 가공 기체(process gas)를 플라즈마 챔버 내로 공급하고 그로부터 제거하기 위한 기체 유동 시스템; 및 플라즈마 챔버 내에 배치되고 사용시 합성 다이아몬드 물질이 침착되는 기재를 지지하기 위한 지지 표면을 포함하는 기재 홀더를 포함하는, 화학적 증착을 통해 합성 다이아몬드 물질을 제조하기 위한 극초단파 플라즈마 반응기로서, 이 때 상기 공명 강이 기부로부터 상판까지 연장되는 대칭의 중심 회전 축을 갖고; 상기 상판이 상기 대칭의 중심 회전 축을 가로질러 장착되며; 상기 공명 강이, 플라즈마 챔버의 기부로부터 상판까지 측정할 때 상기 주파수(f)에서 기부와 상판 사이에서 TM011 공명 모드를 뒷받침하는 높이를 갖도록 구성되고; 상기 공명 강이, 기부로부터 측정되는 공명 강의 높이의 50% 미만의 높이에서 측정할 때 공명 강 높이/공명 강 직경의 비가 0.3 내지 1.0이라는 조건을 충족시키는 직경을 갖도록 또한 구성되는 극초단파 플라즈마 반응기.

Description

합성 다이아몬드 물질을 제조하기 위한 극초단파 플라즈마 반응기{A MICROWAVE PLASMA REACTOR FOR MANUFACTURING SYNTHETIC DIAMOND MATERIAL}
본 발명은 화학적 증착 기법을 이용하여 합성 다이아몬드 물질을 제조하기 위한 극초단파 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
현재 다이아몬드 물질을 합성하기 위한 화학적 증착(CVD) 공정은 당 업계에 널리 공지되어 있다. 다이아몬드 물질의 화학적 증착에 관한 유용한 배경 정보는 다이아몬드 관련 기술에 제공되는 문헌[Journal of Physics: Condensed Matter, Vol. 21, No. 36 (2009)]의 특별판에서 찾아볼 수 있다. 예를 들어 발머(R.S. Balmer) 등의 개관 논문은 CVD 다이아몬드 물질, 기법 및 용도에 대한 포괄적인 개관을 제공한다("Chemical vapour deposition synthetic diamond: materials, technology and applications" J. Phys.: Condensed Matter, Vol. 21, No. 36 (2009) 364221 참조).
다이아몬드가 흑연에 비해 준안정성인 영역에서는, CVD 조건 하에서의 다이아몬드의 합성이 벌크 열역학에 의해서가 아니라 표면 동역학에 의해 이루어진다. CVD에 의한 다이아몬드 합성은 통상 과량의 분자 수소의 존재하에서 전형적으로 메테인 형태(다른 탄소 함유 기체를 사용할 수 있기는 함)의 탄소 소량(전형적으로는 5% 미만)을 사용하여 수행된다. 분자 수소가 2000K보다 높게 가열되면, 원자 수소로 상당히 해리된다. 적합한 기재 물질이 존재하면, 합성 다이아몬드 물질이 침착될 수 있다.
원자 수소는 다이아몬드 성장이 이루어질 수 있도록 기재로부터 비-다이아몬드 탄소를 선택적으로 에칭해내기 때문에 공정에 필수적이다. CVD 다이아몬드 성장에 필요한 반응성 탄소 함유 라디칼 및 원자 수소를 생성시키기 위하여 탄소 함유 기체 물질 및 분자 수소를 가열하는데 아크-제트(arc-jet), 고온 필라멘트, DC 아크, 옥시-아세틸렌 화염 및 극초단파 플라즈마를 비롯한 다양한 방법을 이용할 수 있다.
DC 아크 플라즈마 같은 전극을 포함하는 방법은 전극 침식 및 물질의 다이아몬드로의 혼입 때문에 단점을 가질 수 있다. 연소 방법은 전극 침식 문제를 피하지만, 고품질 다이아몬드 성장에 일치되는 수준까지 정제되어야 하는 비교적 값비싼 공급 기체(feed gas)에 의존한다. 또한, 심지어 옥시-아세틸렌 혼합물을 연소시키는 경우에도 화염의 온도가 기체 스트림중 원자 수소의 상당한 분율을 달성하기에 불충분하고, 이 방법은 합당한 성장 속도를 달성하기 위하여 편재된 구역에서 기체 유동을 집중시키는데 의존한다. 연소가 벌크 다이아몬드 성장에 폭넓게 이용되지 못하는 주된 이유는 아마도 얻어질 수 있는 에너지의 kWh 면에서의 비용이다. 전기에 비해, 고순도 아세틸렌 및 산소는 열을 발생시키기 위한 값비싼 방법이다. 고온 필라멘트 반응기는 피상적으로 간단해 보이지만 원자 수소의 한정된 양을 성장 표면으로 비교적 효과적으로 수송하는데 필요한 더 낮은 기압에서의 사용으로 제한된다는 단점을 갖는다.
상기에 비추어, 극초단파 플라즈마가 동력 효율, 성장 속도, 성장 면적 및 수득될 수 있는 생성물의 순도의 조합 면에서 CVD 다이아몬드 침착을 수행하는 가장 효과적인 방법인 것으로 밝혀졌다.
극초단파 플라즈마 활성화되는 CVD 다이아몬드 합성 시스템은 전형적으로 기제 기체(source gas)의 공급원 및 극초단파 동력 공급원 둘 다에 연결된 플라즈마 반응기 용기를 포함한다. 플라즈마 반응기 용기는 지속적인 극초단파를 뒷받침하는 공명 강(resonance cavity)을 형성하도록 하는 형태를 갖는다. 탄소 공급원 및 분자 수소를 포함하는 기제 기체를 플라즈마 반응기 용기에 공급하고, 지속적인 극초단파에 의해 활성화시켜 고자기장 영역에서 플라즈마를 형성시킬 수 있다. 플라즈마에 근접하게 적합한 기재를 제공하면, 반응성 탄소 함유 라디칼이 플라즈마로부터 기재로 확산되고 기재 위에 침착될 수 있다. 원자 수소도 또한 플라즈마로부터 기재로 확산될 수 있고, 다이아몬드 성장이 이루어질 수 있도록 기재로부터 비-다이아몬드 탄소를 선택적으로 에칭해낼 수 있다.
CVD 공정을 이용하는 다이아몬드 필름 성장이 가능한 광범위한 극초단파 플라즈마 반응기가 당 업계에 공지되어 있다. 이러한 반응기는 다수의 상이한 디자인을 갖는다. 공통적인 특징부는 플라즈마 챔버, 플라즈마 챔버에 배치되는 기재 홀더, 플라즈마를 생성시키기 위한 극초단파 발생기, 극초단파 발생기로부터의 극초단파를 플라즈마 챔버에 공급하기 위한 연결부(coupling configuration), 가공 기체를 플라즈마 챔버 내로 공급하고 그로부터 제거하기 위한 기체 유동 시스템, 및 기재 홀더 상의 기재의 온도를 제어하기 위한 온도 제어 시스템을 포함한다.
다수의 가능한 반응기 디자인을 요약하는 실바(Silva) 등의 유용한 개관 논문이 앞서 언급된 문헌[Journal of Physics]에 기재되어 있다("Microwave engineering of plasma-assisted CVD reactors for diamond deposition" J. Phys.: Condens. Matter, Vol. 21, No. 36 (2009) 364202 참조). 이 논문은 순수하게 전자기적 관점에서 다음과 같은 세 가지 주요 디자인 기준이 있다고 기재한다: (i) 공명 모드의 선택; (ii) 연결 구조의 선택(전기 또는 자기); 및 (iii) 유전 윈도우(dielectric window)의 선택(형상 및 위치).
(i)과 관련하여, 실바 등은 TM(transverse magnetic) 모드, 특히 TM0mn 모드가 가장 적합하다고 기재한다. 이 기호에서, 제 1 지수 숫자(여기에서는 0)는 전기장 구조가 선대칭이고, 이것이 원형 플라즈마를 생성시킴을 나타낸다. 지수 m 및 n은 각각 반경 방향 및 축 방향에서 전기장의 절(node) 수를 나타낸다. 실바 등은 TM011, TM012, TM013, TM020, TM022, TM023, 및 TM031을 비롯한 다수의 상이한 모드가 종래 기술의 반응기에서 이용되어 왔음을 나타낸다.
(ii)와 관련하여, 실바 등은 안테나를 사용한 전기장(용량성) 연결이 가장 널리 사용되고 자기장(유도성) 연결이 연결될 수 있는 제한된 동력 때문에 거의 사용되지 않는다고 기재한다. 그렇기는 하지만, 시판중인 IPLAS 반응기는 TM012 모드를 뒷받침하기 위하여 자기 연결을 이용하는 것으로 개시되어 있다.
(iii)과 관련하여, 실바 등은, 전기 연결 체계 및 자기 연결 체계 둘 다에 수반되는 필수적인 요소가, 통상 석영으로 제조되고 반응성 기체가 공급되어 전자기장에 의해 여기될 때 플라즈마를 형성하는 강 내부에서 감압 대역의 한계를 정하는 유전 윈도우라고 기재한다. 석영 윈도우의 사용은 사용자가 (최대 전기장의) 단일 전기장 안티-노드(anti-node) 영역을 선택하여 플라즈마가 이 영역에서만 연소될 수 있도록 하고 챔버 내의 다른 최대 전기장에서 플라즈마 와류의 생성을 피할 수 있다고 기재되어 있다. 석영 윈도우는 통상적으로 침착이 이루어지는 기재 위에, 또한 기재에 인접하여 위치된 전기장 안티-노드 둘레에 놓여지는 덮개(bell-jar) 형태이다. 다른 유전 윈도우 형태도 개시되어 있다. 예를 들어, 대략 강 중간-평면에서 반응기 챔버를 가로질러 위치되는 판 형태의 유전 윈도우를 포함하는 ASTEX 반응기가 기재되어 있는 한편, 2세대 ASTEX 반응기는 반응기에 더욱 우수한 동력 취급능을 제공하기 위하여 플라즈마에 직접 노출되지 않는 석영 관 형태의 유전 윈도우를 갖는 것으로 기재되어 있다.
또한, 이 논문은 하기를 비롯한 종래 기술 반응기 챔버의 다양한 기하학적 형태를 개시한다: TM012 모드를 뒷받침하도록 디자인된 MSU 반응기, TM013 모드를 뒷받침하도록 디자인된 ASTEX 반응기 또는 TM023 모드 또는 TM022 모드를 뒷받침하는 LIMHP 반응기 디자인 같은 원통형 챔버; AIXTRON 반응기 같은 타원체 챔버; 및 TM011 모드를 뒷받침하는 것으로 주장되는 중심 원통형 구성요소 및 TM021 모드를 뒷받침하는 측방향으로 연장되는 측부 돌출부를 가져서 전체 챔버가 다중 모드를 뒷받침하는 2세대 ASTEX 반응기 같은 다른 비-원통형 챔버. 2세대 ASTEX 반응기는, 챔버의 중심 구역의 상부에는 최대 Ez-장 하나만을 갖고(TM011 모드의 경우) TM021 모드의 경우에 예상되는 바와 같이 그의 하부 절반에 2개의 최대 Ez를 갖는다.
특허 문헌과 관련하여, US 6645343 호[프라운호퍼(Fraunhofer)]는 화학적 증착 공정을 통한 다이아몬드 필름 성장을 위해 구성된 극초단파 플라즈마 반응기의 예를 개시한다. 여기에 기재된 반응기는 플라즈마 챔버의 기부에 장착된 기재 홀더를 갖는 원통형 플라즈마 챔버를 포함한다. 기재 홀더 아래에는 기재 홀더 상의 기재의 온도를 제어하기 위한 냉각 장치가 제공된다. 뿐만 아니라, 가공 기체를 공급 및 제거하기 위하여 플라즈마 챔버의 기부에 기체 유입구 및 기체 유출구가 제공된다. 극초단파 발생기는, 플라즈마 챔버 위의 전달 말단에서 분할되고 플라즈마 챔버의 주변부에서 본질적으로 고리-형상인 극초단파 윈도우(석영 고리의 형태)로 유도되는 고-주파수 동축 라인을 통해 플라즈마 챔버에 연결된다. US 6645343 호에 기재되어 있는 발명은 고리-형상의 극초단파 윈도우에 초점을 맞추고 있으며, 반응기 챔버에서의 극초단파의 연결이 극초단파 윈도우의 전체 고리 표면에 걸쳐 회전 대칭 방식으로 분포되어 있다고 개시한다. 연결이 큰 표면에 걸쳐 분포되어 있기 때문에, 극초단파 윈도우에서 높은 전기장 강도가 발생하지 않으면서, 따라서 윈도우 방전의 위험을 감소시키면서, 높은 극초단파 동력 수준을 연결시킬 수 있다고 교시되어 있다.
이로써, US 6645343 호는 앞서 논의된 문헌[Journal of Physics]에 기재된 논문에서 실바 등이 기재한 세 가지 디자인 기준중 두 가지, 즉 연결 구조(자기)의 선택 및 유전 윈도우의 선택(원통형 반응기 챔버의 측벽 둘레에 위치되는 고리-형상의 유전 윈도우)을 다룬다. US 6645343 호는 큰 면적에 걸쳐 균일한 CVD 다이아몬드 성장을 달성하기 위한 큰 면적의 기재/홀더의 표면을 가로질러 균일하고 안정한 큰 면적의 플라즈마를 획득하는데 요구되는 공명 모드를 가장 잘 뒷받침하기 위하여 어떤 공명 모드의 챔버를 디자인해야 하는지 또한 어떤 디자인 기준을 챔버에 적용해야 하는지에 대해서는 기재하고 있지 않다.
상기 논의 및 그에 언급된 종래 기술에 비추어, 큰 면적에 걸쳐 균일한 CVD 다이아몬드 성장을 달성하기 위하여 큰 면적의 기재/홀더의 표면을 가로질러 균일하고 안정한 큰 면적의 플라즈마를 생성시키는 것이 CVD 다이아몬드 합성 분야에서 널리 공지되어 있는 목적이라는 것과, 이러한 목적을 달성하기 위해 당 업계에서는 다수의 상이한 플라즈마 챔버 디자인과 동력 연결부가 제안되어 왔다는 것이 명백해질 것이다. 그러나, 더 큰 CVD 성장 면적, 더 우수한 균일성, 더 높은 성장 속도, 더 우수한 재현성, 더 우수한 동력 효율 및/또는 더 낮은 생산 비용을 제공하기 위하여 종래 기술의 설비를 개선할 필요가 지속되고 있다. 본 발명의 특정 실시양태의 목적은 요구가 지속되는 이 문제를 해결하는 것이다.
본 발명의 제 1 실시양태에 따라, 주파수(f)의 극초단파를 생성시키도록 구성되는 극초단파 발생기; 기부, 상판, 및 상기 기부로부터 상기 상판까지 연장되는 측벽을 포함하여, 극초단파 공명 모드를 뒷받침하기 위한 공명 강(resonance cavity)을 한정하는 플라즈마 챔버; 극초단파 발생기로부터의 극초단파를 플라즈마 챔버 내로 공급하기 위한 극초단파 연결부; 가공 기체를 플라즈마 챔버 내로 공급하고 그로부터 제거하기 위한 기체 유동 시스템; 및 플라즈마 챔버 내에 배치되고 사용시 합성 다이아몬드 물질이 침착되는 기재를 지지하기 위한 지지 표면을 포함하는 기재 홀더를 포함하는, 화학적 증착을 통해 합성 다이아몬드 물질을 제조하기 위한 극초단파 플라즈마 반응기가 제공되며, 이 때 상기 공명 강은 기부로부터 상판까지 연장되는 대칭의 중심 회전 축을 갖고; 상기 상판은 상기 대칭의 중심 회전 축을 가로질러 장착되며; 상기 공명 강은, 플라즈마 챔버의 기부로부터 상판까지 측정할 때 상기 주파수(f)에서 기부와 상판 사이에서 TM011 공명 모드를 뒷받침하는 높이를 갖도록 구성되고; 상기 공명 강은, 기부로부터 측정되는 공명 강의 높이의 50% 미만의 높이에서 측정할 때 공명 강 높이/공명 강 직경의 비가 0.3 내지 1.0이라는 조건을 충족시키는 직경을 갖도록 또한 구성된다.
본 발명의 제 2 실시양태에 따라, 기부, 상판, 및 상기 기부로부터 상기 상판까지 연장되는 측벽을 포함하여, 극초단파 공명 모드를 뒷받침하기 위한 공명 강을 한정하는 플라즈마 챔버; 극초단파 발생기로부터의 극초단파를 플라즈마 챔버 내로 공급하기 위한 극초단파 연결부; 가공 기체를 플라즈마 챔버 내로 공급하고 그로부터 제거하기 위한 기체 유동 시스템; 및 플라즈마 챔버 내에 배치되고 사용시 합성 다이아몬드 물질이 침착되는 기재를 지지하기 위한 지지 표면을 포함하는 기재 홀더를 포함하는, 화학적 증착을 통해 합성 다이아몬드 물질을 제조하기 위한 극초단파 플라즈마 반응기가 제공되며, 이 때 상기 공명 강은 기부로부터 상판까지 연장되는 대칭의 중심 회전 축을 갖고; 상기 상판은 상기 대칭의 중심 회전 축을 가로질러 장착되며; 상기 공명 강은, 플라즈마 챔버의 기부로부터 상판까지 측정할 때 400 내지 500MHz, 800 내지 1000MHz 또는 2300MHz 내지 2600MHz의 주파수에서 기부와 상판 사이에서 TM011 공명 모드를 뒷받침하는 높이를 갖도록 구성되고; 상기 공명 강은, 기부로부터 측정되는 공명 강의 높이의 50% 미만의 높이에서 측정할 때 공명 강 높이/공명 강 직경의 비가 0.3 내지 1.0이라는 조건을 충족시키는 직경을 갖도록 또한 구성된다.
본 발명의 제 3 실시양태에 따라, 상기 기재된 극초단파 플라즈마 반응기를 제공하고; 기재를 기재 홀더 상에 위치시키고; 극초단파를 플라즈마 챔버 내로 공급하며; 가공 기체를 플라즈마 챔버 내로 공급하며; 상기 기재 상에 합성 다이아몬드 물질을 형성시킴을 포함하는, 화학적 증착 공정을 이용하여 합성 다이아몬드 물질을 제조하는 방법이 제공된다.
본 발명을 더욱 잘 이해하고 본 발명을 효과적으로 수행할 수 있는 방법을 알려주기 위하여, 이제 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시양태를 예로서 기재한다.
도 1은 본 발명의 실시양태에 따라 화학적 증착 기법을 이용하여 합성 다이아몬드 물질을 침착시키도록 구성되는 극초단파 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시양태에 따라 화학적 증착 기법을 이용하여 합성 다이아몬드 물질을 침착시키도록 구성되는 다른 극초단파 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시양태에 따라 화학적 증착 기법을 이용하여 합성 다이아몬드 물질을 침착시키도록 구성되는 또 다른 극초단파 플라즈마 반응기의 단면도이다.
본 발명자들은 하기 유리한 기술적 효과중 하나 이상을 시도하고 획득하기 위하여 다수의 반응기 디자인 기준을 고려하였다: 더 큰 면적의 CVD 다이아몬드 성장; 성장 면적을 가로지르는 더 우수한 CVD 다이아몬드 균일성; 더 높은 성장 속도; 더 우수한 재현성; 더 우수한 동력 효율; 및/또는 더 낮은 생산 비율. 디자인 기준은 (1) 공명 모드 및 챔버의 기하학적 형태; (2) 극초단파 연결 구조체, 유전 윈도우 형상 및 위치; 및 (3) 반응기 챔버 내에서 형성되는 플라즈마를 안정화시키기 위한 형태를 포함한다. 이들 디자인 기준을 아래에서 차례대로 논의한다.
공명 모드 및 챔버의 기하학적 형태
본 발명의 특정 실시양태는 큰 면적에 걸쳐 균일한 CVD 다이아몬드 성장을 달성하기 위하여 균일하고 안정한 큰 면적의 플라즈마를 형성하는 데에는 비교적 작은 직경을 갖는 플라즈마 반응기 챔버를 사용하는 것이 유리하다는 외형적으로는 직관에 반하는 발견에 그 기초를 둔다.
본 발명자들은 큰 직경의 챔버가 몇 가지, 또는 실제로는 다수의 공명 모드를 뒷받침할 수 있음을 알았다. 이들 모드가 상호작용할 수 있다는 것도 추가로 알았다. 본 발명자들은 약한 상호작용이라도 문제라고 생각한다. 주요 공명 모드의 수%라도 기생 모드가 존재하면, 이는 플라즈마 균일성을 붕괴시키는데 충분할 수 있다. 본 발명자들은 플라즈마 챔버의 직경이 너무 크면 이것이 플라즈마가 '점핑하는(jump)' 경향을 가지면서 더 불량한 플라즈마 안정성을 야기할 수 있음을 발견하였다. 그러나, 대안은 챔버 직경이 너무 작아져서 플라즈마가 압축되고 기재를 가로질러 불균일해진다는 것이다.
뿐만 아니라, 본 발명자들은 특정한 비교적 작은 직경 범위 내에서 형성되는 강이 기재에서 편재된 더 높은 차수의 선대칭 모드를 형성시켜 기재의 상부 구석에 매우 강력한 반경 방향 E-장을 형성시키지 않으면서 기재를 가로지르는 E-장을 더욱 균일하게 만든다고 생각한다. 이들 편재된 더 높은 차수의 선대칭 모드는, 전체로서의 챔버를 가로질러 지지되고 공명 강의 주요 극초단파 모드를 바람직하지 못하게 붕괴시키는 앞서 논의된 파괴적인 기생 모드와는 별개의 것임을 알아야 한다.
또한, 본 발명자들은 비교적 낮은 Q 계수를 갖는 공명 강을 제공하는 것이 유리하다고 생각한다. 공명 강의 Q 계수는 싸이클 1회당 저장된 에너지/소실된 에너지의 비이다. 본 발명자들은 CVD 다이아몬드 합성의 경우 사용시(즉, 플라즈마 챔버에 플라즈마가 존재하는) 플라즈마 챔버의 Q 계수가 비교적 낮아야(예를 들어, 1000, 500, 200, 100, 80, 50, 30 또는 20 미만) 한다고 생각한다. 즉, 공명 강은 약하게 공명성이고 고도로 감쇠성이어서 에너지 상실 비율이 높다. 이러한 강은 이들이 공명하고 따라서 더 큰 대역 폭에서 작동되는 큰 주파수 범위를 갖는다. 챔버의 부피 및 플라즈마의 부피와 전도율을 변화시킴으로써 Q 계수를 변화시킬 수 있다. 큰 강 내의 작은 약전도성 플라즈마는 작은 강 내의 큰 부피의 플라즈마보다 더 높은 Q 계수를 가질 것으로 예측된다. 따라서, 큰 플라즈마 부피를 갖는 작은 강이 이 추가적인 이유 때문에 바람직하게 생각된다. 비교적 작은 직경을 갖는 플라즈마 챔버를 제공함으로써 이 조건이 가장 용이하게 달성될 수 있다(강의 높이는 지속적인 극초단파 플라즈마를 뒷받침하도록 선택되어야 하기 때문에).
극초단파 강의 Q 계수는 몇 가지 이유에서 중요할 수 있다. 첫째, 극초단파 공급원은 광범위한 주파수의 동력을 생성시키고, 공급원마다 다르다. 매치되는 네트워크에 대한 임의의 다른 조정 없이 광범위한 주파수에 걸쳐 반응기가 작동될 수 있게 하려면, 낮은 Q 계수가 유리할 수 있음이 명백하다. 둘째, 약하게 이온화된 플라즈마의 복잡한 유전율이 이온화되지 않은 기체의 유전율과는 상이하기 때문에, 플라즈마 자체가 공명 주파수 및 그의 로딩되지 않은 조건으로부터의 챔버의 매칭에 영향을 끼친다. 최적으로는, 통상적인 작동 동안 설정되어 있기 때문에 매치되는 네트워크를 조정하지 않으면서 플라즈마가 강에 여기될 수 있도록 타협점에 도달해야 한다. 셋째, Q가 높은 강(및 매치되는 네트워크)은 주파수에 따라 상 및 반사 크기 면에서 큰 변화를 나타낸다. 이는, 공급 주파수(source frequency)가, 얼마나 많은 동력이 플라즈마에 연결되는지를 결정하는데 결정적이 된다는 의미이다. 공급원의 주파수에서의 변화는 다양한 이유로 이루어질 수 있으며, 높은 Q의 강은 제조 허용오차에서의 작은 차이에도 덜 허용적이다.
상기를 감안하여, 본 발명자들은 하기 유리한 기술적 효과를 제공하기 위하여 비교적 작은 직경의 강을 사용하는 것이 유리하다고 생각한다:
(i) CVD 다이아몬드 합성에 요구되는 긴 시간 규모에 걸쳐 작동시키는 동안 챔버 내에서의 공명 모드 순도를 개선하고 다수의 모드 사이에서의 복잡한 상호작용을 피한다. 예를 들어, 직경이 작은 챔버는 원치 않는 더 높은 차수의 모드를 촉진시키는 CVD 다이아몬드 성장 표면에서의 약간의 온도 불안정성의 문제를 감소시킬 수 있다.
(ii) 특정한 비교적 작은 직경 범위 내에서 제조되는 강은 기재에서 편재된 더 높은 차수의 선대칭 모드를 형성시켜 기재의 상부 구석에서 매우 강력한 반경 방향 E-장을 형성시키지 않으면서 기재를 가로질러 E-장을 더욱 균일하게 만드는 것으로 생각된다.
(iii) 비교적 낮은 Q 계수를 갖는 작은 직경의 강은 작동 개시 및 동조시키기가 더욱 용이하며, 극초단파 공급 주파수의 변화에 덜 민감하다.
이러한 비교적 작은 직경의 강은 또한 복잡하고 상호 작용하는 기체 대류 전류가 챔버 내에서 형성되어 플라즈마 불안정성을 초래하는 문제를 경감시키는데 도움이 된다. 즉, 본 발명자들은 작은 직경의 강이 플라즈마 챔버 내에서의 기체 유동 및 극초단파 동력 면에서 시스템을 제어하기 더 간단하고 더 용이하여, 더욱 균일하고 안정한 큰 면적의 플라즈마가 형성되고 유지되어 큰 면적에 걸쳐 균일한 CVD 다이아몬드 성장을 달성하도록 한다고 생각한다. 동시에, 강의 직경은 플라즈마가 압축되고 기재 전체에서 불균일해질 정도로 작아서는 안된다.
따라서, 문제는 챔버가 어떤 형상 및 치수를 가져야 전술한 조건을 실제로 충족시키는지에 관한 것이다.
전술한 논의와 관련하여, 챔버의 형상 및 치수는 (i) 극초단파의 주파수; (ii) 목적하는 지속적인 파 모드; 및 (iii) 챔버의 목적하는 Q 계수에 따라 달라진다.
극초단파 주파수와 관련하여, 영국에서 사용되는 발생기의 표준 주파수가 두 개 있다: 2450MHz 및 896MHz(유럽 대륙, 아메리카 및 아시아에서는 더 낮은 주파수 표준이 915MHz이고, 오스트레일리아에서는 922MHz이다). 2450MHz에서부터 896MHz까지 2.7의 계수만큼 주파수를 감소시키면 소정 모드 구조에서 계수 2.7의 CVD 침착 직경 확대가 허용된다. 따라서, 더 낮은 표준 주파수가 더 큰 면적의 침착에 바람직하다. 다른 허용되는 대역, 예컨대 433MHz의 선택도 가능하다. 몇몇 관점에서는, 예컨대 433MHz의 더 낮은 주파수가 더욱 큰 면적의 CVD 다이아몬드 침착에 유리하다. 따라서, 896MHz로부터 433MHz까지 2.07의 계수만큼 주파수를 감소시키면 계수 2.07의 CVD 침착 직경 확대가 허용된다.
목적하는 모드와 관련하여, 기재에 또는 기재 바로 위에 전기장의 Ez 성분[안티-노드(anti-node) 지점]이 집중되어 이 영역에서 플라즈마를 활성화시키는 것이 요구되는 바, TE(transverse electric) 모드가 전파 방향에 대해 가로로 배향되는 전도성 표면에서 고전기장을 선대칭으로 발생시키지 못하기 때문에 TE 모드보다는 TM(transverse magnetic) 모드를 사용하는 것이 바람직하다고 생각된다.
TM011 모드가 다이아몬드 CVD 플라즈마 반응기에 실제로 사용될 수 있는 가장 소형의(작은) 모드인 것으로 밝혀졌기 때문에 TM011 모드를 이용하는 것이 유리함을 발견하였다. TM011의 지속적인 파는 챔버의 중심의 절, 및 기재 위의 챔버 기부의 안티-노드 및 챔버의 상부의 안티-노드를 가지면서 ½ 파장에 있도록 형성될 수 있다. 이 낮은 차수의 모드는 더 높은 차수의 포드의 주파수 분리와 비교할 때 다른 모드에 대한 주파수 분리가 커서 상이한 모드 사이의 호핑(hopping) 가능성을 감소시키는 추가적인 이점을 갖는다. 이로써, TM011은 또한 이러한 이유로 모드 순도 및 안정성 면에서 유리한 것으로 밝혀졌다.
TM011 모드의 경우, 전술한 논의를 고려하여, 합성 다이아몬드 물질을 제조하기 위한 극초단파 플라즈마 반응기는 주파수(f)의 극초단파를 생성시키도록 구성되는 극초단파 발생기; 기부, 상판, 및 상기 기부로부터 상기 상판까지 연장되는 측벽을 포함하여, 극초단파 공명 모드를 뒷받침하기 위한 공명 강을 한정하는 플라즈마 챔버; 극초단파 발생기로부터의 극초단파를 플라즈마 챔버 내로 공급하기 위한 극초단파 연결부; 가공 기체를 플라즈마 챔버 내로 공급하고 그로부터 제거하기 위한 기체 유동 시스템; 및 플라즈마 챔버 내에 배치되고 사용시 합성 다이아몬드 물질이 침착되는 기재를 지지하기 위한 지지 표면을 포함하는 기재 홀더를 포함할 수 있으며, 이 때 상기 공명 강은 기부로부터 상판까지 연장되는 대칭의 중심 회전 축을 갖고; 상기 상판은 상기 대칭의 중심 회전 축을 가로질러 장착되며; 상기 공명 강은, 플라즈마 챔버의 기부로부터 상판까지 측정할 때 상기 주파수(f)에서 기부와 상판 사이에서 TM011 공명 모드를 뒷받침하는 높이를 갖도록 구성되고; 상기 공명 강은, 기부로부터 측정되는 공명 강의 높이의 50%, 40%, 30%, 20% 또는 10% 미만의 높이에서 측정할 때 공명 강 높이/공명 강 직경의 비가 0.3 내지 1.0이라는 조건을 충족시키는 직경을 갖도록 또한 구성된다.
이러한 디자인은 CVD 다이아몬드 합성을 위한 다른 구성보다 더 크고 더 균일한 플라즈마를 형성시키는데 유용한 것으로 밝혀졌다. 상기 정의된 반응기를 사용하면 직경 150mm 수준의 기재가 균일한 플라즈마로 덮여서 더 빠른 성장 속도에서 전체 면적에 걸쳐 매우 고품질의 균일한 CVD 다이아몬드 물질을 형성할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 놀랍게도, 다수의 상이한, 그리고 대부분의 경우 더욱 복잡한 반응기 디자인과 비교할 때, 본원에 기재된 외형적으로 더욱 소형이고 간단한 디자인은 CVD 다이아몬드 합성에 유리한 것으로 밝혀졌다. 뿐만 아니라, 본 발명은 더 큰 면적에 걸쳐 고품질의 균일한 CVD 다이아몬드 성장을 달성하고자 하는 목적을 충족시키려고 시도하면서 더 복잡한 기하학적 형태를 갖는 더 큰 플라즈마 챔버의 사용 쪽으로 움직인 당 업계의 업자가 취한 일반적인 방향에 완전히 반대된다. 예를 들어, 실바 등에 의해 기재된 유일한 종래 기술의 반응기가 TM011 모드의 2세대 ASTEX 반응기의 사용을 개시한다. 본 반응기 디자인은 하기 두 가지 핵심적인 특징에 의해 2세대 ASTEX 반응기와 구별된다: (i) TM011 모드가 (2세대 ASTEX 디자인에서와 같이 기재 테이블과 상판 사이보다는) 공명 강의 기부와 상판 사이에서 지지되는 것으로 한정됨; 및 (ii) 공명 강의 적어도 하부에서 공명 강의 직경이, 공명 강 높이/공명 강 직경의 비가 0.3 내지 1.0이라는 조건(이는 TM021 모드를 뒷받침하기 위하여 디자인된 측방향으로 연장되는 부분을 갖는 매우 넓은 챔버를 갖는 ASTEX 디자인에 비해 강의 직경이 비교적 좁을 것을 요구함)을 충족시킴. 이로써, ASTEX 디자인은 플라즈마 챔버의 기부와 상판 사이에서 지지되는 TM011 모드를 갖는 좁은 소형 공명 강을 형성하고자 하는 본 발명의 실시양태의 발명상의 개념에 완전히 반대된다.
본 발명의 특정 실시양태는 하기 유리한 특징을 갖는 것으로 밝혀졌다: (i) 플라즈마 챔버 내에서 공명 모드 순도가 개선됨으로써, CVD 다이아몬드 합성에 요구되는 긴 시간-규모에 걸쳐 작동하는 동안 다수의 모드 사이의 복잡하고 제어될 수 없는 상호 작용을 제한함; (ii) 기재에서 편재된 더 높은 차수의 선-대칭 모드의 제어를 개선하여, 기재의 상부 구석에서 매우 강력한 반경 방향 E-장을 형성하지 않으면서 기재를 가로질러 E-장을 더욱 균일하게 만듦; (iii) 개선된 기체 유동 제어(예를 들어, 작고 간단한 챔버 디자인은 불균일한 CVD 다이아몬드 성장을 초래하는 챔버 내에서의 유해한 대류 전류를 감소시킬 수 있음); 및 (iv) 개선된 작동 개시 및 동조능(예컨대, 낮은 Q-계수 공명 강을 제공함으로써). 처음 세 가지 항목은 큰 면적에 걸쳐 고품질의 균일한 CVD 다이아몬드 성장을 달성하는데 중요한 것으로 생각되는 한편, 마지막 항목은 강건한 산업상의 공정을 제공하는데 중요하다.
임의적으로는, 공명 강 높이/공명 강 직경의 비는 0.4 내지 0.9, 또는 0.5 내지 0.8이다. 예를 들어, 플라즈마 챔버의 기부로부터 상판까지 측정되는 공명 강 높이는 150mm 내지 300mm, 150mm 내지 250mm, 또는 200mm 내지 250mm일 수 있다. 뿐만 아니라, 임의적으로 공명 강 직경은 200mm 내지 500mm, 250mm 내지 450mm, 또는 300mm 내지 400mm일 수 있다. 이들 치수는 800MHz 내지 1000MHz의 극초단파 주파수에서 작동시키는데 특히 바람직하다. 그러나, 공명 강 높이 대 공명 강 직경 비가 언급된 한계 내에 있어야 한다는 앞서 논의된 요구조건은 400MHz 내지 500MHz 또는 2300MHz 내지 2600MHz와 같은 다른 작동 주파수의 경우에도 유지된다. 따라서, 공명 강은 극초단파 발생기의 주파수(f)의 ±50MHz 이내의 주파수에서 기부와 상판 사이에서 대략 원통형 TM011 공명 모드를 뒷받침하는, 플라즈마 챔버의 기부로부터 상판까지 측정되는 높이를 갖도록 구성될 수 있다. 2300MHz 내지 2600MHz의 작동 주파수의 경우, 플라즈마 챔버의 기부에서 상판까지 측정되는 공명 강 높이는 50mm 내지 110mm, 50mm 내지 90mm, 또는 70mm 내지 90mm일 수 있다. 이 작동 주파수에서 공명 강 직경은 70mm 내지 180mm, 90mm 내지 160mm, 또는 110mm 내지 150mm일 수 있다. 400MHz 내지 500MHz의 작동 주파수의 경우, 플라즈마 챔버의 기부로부터 상판까지 측정되는 공명 강 높이는 300mm 내지 600mm, 300mm 내지 500mm, 또는 400mm 내지 500mm일 수 있다. 이 작동 주파수에서의 공명 강 직경은 400mm 내지 1000mm, 500mm 내지 900mm, 또는 600mm 내지 800mm일 수 있다.
한 구성에 따라, 공명 강은 원통형이다. 즉, 공명 강의 측벽은 기부에서 상판까지의 그의 높이의 대부분(예를 들어, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 95%보다 많이)에 걸쳐 실질적으로 균일한 직경을 갖는다. 이는 광범위하게 변화하는 직경을 가져 기재 홀더가 배치되는 챔버의 하부에서 복잡한 다중-모드 상호작용 가능성을 야기하는 ASTEX 형태와는 상당히 다르다.
다르게는, 플라즈마 챔버의 측벽은 공명 강 높이의 50%보다 높은 높이에 있는 공명 강의 적어도 상부에서 공명 강의 상판을 향해 바깥쪽으로 테이퍼져서, 사용시 공명 강의 상부에서 고전기장 안티-노드의 강도를 감소시킬 수 있다. 다시, 이는 플라즈마 챔버의 하부에서 더 큰 직경을 갖고 챔버의 상부에서 더 좁은 직경을 갖는 ASTEX 형태와는 상당히 다르다. 이 다른 배열에서, 공명 강의 하부 직경/상부 직경의 비는 0.4보다 크고 1 미만일 수 있으며, 이 때 하부 직경은 기부로부터 측정할 때 공명 강 높이의 50% 미만의 높이에서 측정되고, 상부 직경은 기부로부터 측정할 때 공명 강 높이의 50%보다 높은 높이에서 측정된다. 임의적으로는, 이 비는 0.5 내지 0.9, 0.6 내지 0.9, 또는 0.7 내지 0.8일 수 있다. 예를 들어, 하부 직경은 200mm 내지 450mm, 250mm 내지 450mm, 300mm 내지 400mm, 또는 330mm 내지 400mm일 수 있고, 상부 직경은 300mm 내지 500mm, 350mm 내지 500mm, 350mm 내지 450mm, 또는 400mm 내지 450mm일 수 있다. 이들 직경은 800MHz 내지 1000MHz의 극초단파 주파수에서 작동하기에 특히 바람직하다. 400 내지 500MHz의 작동 주파수의 경우, 하부 직경은 400mm 내지 900mm, 500mm 내지 900mm, 600mm 내지 800mm, 또는 650mm 내지 800mm일 수 있고, 상부 직경은 600mm 내지 1000mm, 700mm 내지 1000mm, 700mm 내지 900mm, 또는 800mm 내지 900mm일 수 있다. 2300 내지 2600MHz의 작동 주파수의 경우, 하부 직경은 70mm 내지 160mm, 90mm 내지 160mm, 100mm 내지 150mm, 또는 120mm 내지 150mm일 수 있고, 상부 직경은 100mm 내지 200mm, 120mm 내지 200mm, 130mm 내지 170mm, 또는 150mm 내지 170mm일 수 있다.
상기 기재된 낮은 직경의 공명 강은 사용시 비교적 큰 플라즈마 부피 대 챔버 부피의 비를 나타낸다. 공명 강의 부피는 0.002m3 내지 0.060m3, 0.007m3 내지 0.040m3, 0.010m3 내지 0.030m3, 또는 0.015m3 내지 0.025m3일 수 있다. 이로써, 이들 챔버는 예를 들어 사용시 1000, 500, 200, 100, 80 또는 50 이하의 낮은 Q-계수의 공명 강을 형성할 수 있다. 이들 치수는 800MHz 내지 1000MHz의 극초단파 주파수에서 작동하는 경우에 특히 바람직하다. 400 내지 500MHz의 작동 주파수에서, 공명 강의 부피는 0.018m3 내지 0.530m3, 0.062m3 내지 0.350m3, 0.089m3 내지 0.270m3, 또는 0.133m3 내지 0.221m3일 수 있다. 2300 내지 2600MHz의 작동 주파수에서, 공명 강의 부피는 9.8×10-5m3 내지 2.9×10-3m3, 3.4×10-4m3 내지 1.96×10-3m3, 4.9×10-4m3 내지 1.47×10-3m3, 또는 7.35×10-4m3 내지 1.23×10-35m3일 수 있다.
플라즈마 반응기를 기재할 때 "상부", "기부", "위" 및 "아래" 같은 용어가 본원에 사용되지만, 반응기를 도치할 수도 있음을 알아야 한다. 이로써, 이들 용어는 반응기 구성요소의 서로에 대한 위치를 일컬으며, 반드시 지면에 대한 이들의 위치를 가리키는 것은 아니다. 예를 들어, 표준 사용시, 기재는 지면에 대해 챔버의 하부 벽을 형성하는 챔버의 기부에 의해 지지된다. 그러나, 기재를 지지하는 챔버의 기부가 지면에 대해 챔버의 상부 벽을 형성하도록 반응기를 도치할 수 있다. 도치된 배향에서, 기체 유동은 원칙적으로 열에 의해 구동되는 대류 전류(이는 도치된 배열에서 기재 아래에 있는 플라즈마에서 발생된 다량의 열로 인해 상향 방향임)에 평행할 수 있다. 이 도치된 배열은 특정 용도에서 몇 가지 이점을 가질 수 있다.
상기 논의된 기본 챔버 치수에 덧붙여, 공명 강 내의 기재 및/또는 기재 홀더의 기하학적 형태가 사용시 형성되는 플라즈마의 균일성에 영향을 끼칠 수 있는 것으로 밝혀졌다. 구체적으로는, 공명 강 직경/기재(및/또는 기재 홀더) 직경의 비가 1.5 내지 5, 2.0 내지 4.5, 또는 2.5 내지 4.0이라는 조건을 충족시키도록 기재 및/또는 기재 홀더 및 공명 강을 구성시킴으로써 플라즈마의 균일성을 추가로 개선할 수 있음을 발견하였으며, 이 때 상기 공명 강 직경은 예를 들어 기재 홀더의 지지 표면의 높이에서 측정되거나 또는 기재의 성장 표면에서 측정되는 공명 강의 높이의 50%, 40%, 30% 또는 20% 미만의 높이에서 측정된다. 예를 들어, 기재(또는 기재 홀더) 직경은 400 내지 500MHz의 극초단파 주파수(f)의 경우 165mm 내지 415mm, 185mm 내지 375mm, 205mm 내지 375mm, 205mm 내지 330mm, 또는 240mm 내지 330mm; 800 내지 1000MHz의 극초단파 주파수(f)에서 80mm 내지 200mm, 90mm 내지 180mm, 100mm 내지 180mm, 100mm 내지 160mm, 또는 115mm 내지 160mm; 또는 2300 내지 2600MHz의 극초단파 주파수(f)에서 30mm 내지 75mm, 33mm 내지 65mm, 37mm 내지 65mm, 37mm 내지 58mm, 또는 42mm 내지 58mm일 수 있다.
전술한 조건은 기재 홀더가 사용시 기재에 필적하는 크기를 갖는 것으로 가정한다. 실제로, 기재 홀더는 CVD 다이아몬드 공정에 사용되는 기재보다 더 큰 직경을 갖도록 제조될 수 있다. 이 경우, 기재의 성장 표면 위에서의 플라즈마의 균일성은 주로 기재의 기하학적 형태에 의해 영향을 받으며, 따라서 전술한 직경 범위를 (기재 홀더는 아니고) 기재에만 적용할 수 있다.
기재 홀더가 플라즈마 챔버의 기부에 의해 형성될 수 있음에 또한 주의해야 한다. 용어 "기재 홀더"의 사용은 이러한 변화를 포괄하고자 한다. 또한, 기재 홀더는 기재와 동일한 직경을 갖거나(도시된 바와 같이) 그보다 더 큰 편평한 지지 표면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기재 홀더는 챔버 기부 또는 챔버 기부 위에 배치된 별도의 구성요소에 의해 형성되는 큰 편평한 표면을 형성할 수 있고, 기재는 편평한 지지 표면의 중심 영역 위에 조심스럽게 위치될 수 있다. 하나의 배열에서, 기재 홀더의 지지 표면은 추가적인 요소, 예를 들어 돌출부 또는 홈을 가져서 기재를 정렬 및 임의적으로 유지시킬 수 있다. 다르게는, 기재 홀더가 단순히 기재가 배치되는 편평한 지지 표면을 제공하도록, 이러한 추가적인 요소를 제공하지 않을 수 있다.
상기 기재된 바와 같이 작은 강 설비를 사용할 때 본 발명자들이 발견한 한 가지 문제점은 챔버의 벽 구성요소의 과열이다. 아래에 더욱 상세하게 논의되는 바와 같이, 공명 강의 벽이 사용시 플라즈마에 노출되는, 즉 플라즈마가 덮개 내에 함유되지 않는 배열을 제공하는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 진공 기술자는 용접된 스테인레스 강이 초고진공(UHV) 챔버에서의 선택이 허용된 물질이기 때문에 이 물질로 플라즈마 반응기 용기를 제조해야 한다고 조언하였다. 그러나, 이는 계면에서의 아킹, 고온 표면에서의 검댕 형성, 및 일반적으로 불량한 열 전달 문제를 발생시키는 것으로 밝혀졌다. 뿐만 아니라, 이들 챔버는 제조하는데 많은 돈을 지불한다. 알루미늄은 열적으로 더 우수한 물질인 것으로 밝혀졌고 가공하기도 또한 용이하다. 따라서, 스테인레스 강이 진공 챔버에 우수한 물질이긴 하지만, 그의 매우 불량한 열 성능 때문에 높은 동력 밀도를 겪게 되는 구역에서의 사용에 적합하지 않다. 알루미늄 같은 물질은 전통적으로 고진공에 적합한 것으로 간주되지는 않지만 실제로 통상적인 탄성중합체 밀봉부를 사용할 수 있는 경우 상당히 높은 진공 용도에 꽤 우수하다. 이로써, 공명 강은 알루미늄 또는 80중량%, 90중량%, 95중량% 또는 98중량% 이상의 알루미늄을 포함하는 그의 합금으로 바람직하게 제조된다.
극초단파 연결 구조체, 유전 윈도우 형상 및 위치
플라즈마에서의 불안정성은 플라즈마를 "점핑하게" 할 수 있고, 기재 바로 위의 목적하는 위치에서 멀리 떨어진 고전기장의 다른 영역에서 가공 기체를 연소시킬 수 있다. 이 문제에 대한 한 가지 해결책은 가공 기체를 기재 부근으로 제한하는 덮개를 사용하는 것이다. 가공 기체가 덮개 외부의 기체에 비해 상당히 감소된 압력하에 있기 때문에, 플라즈마가 덮개 내에만 존재할 수 있도록 항복 전압이 감소된다. 덮개 내의 기체의 조성은 또한 저전기장에서의 방전을 돕도록 선택될 수 있다. 그러나, 덮개의 사용은 그 자체의 문제를 나타낸다. 예를 들어, 석영 덮개로부터의 규소 불순물이 이러한 설비를 사용하여 성장하는 CVD 다이아몬드 내로 혼입되어 생성물 순도를 열화시킬 수 있다. 또한, 덮개는 높은 동력에서 과열되는 경향이 있어서 전체적인 사용 수명을 감소시키거나 또는 극단적인 경우 파멸적인 손상을 초래한다. 이는 적어도 부분적으로는 플라즈마의 근접성 때문이다. 플라즈마로부터 더 많이 이동되는 더 큰 덮개는 이 문제를 부분적으로 해결할 수 있으나, 이러한 배열은 대류 효과, 따라서 플라즈마 안정성의 상실 경향이 더 많다. 실제로, 본 발명자들은 플라즈마 안정성의 상실을 초래하는 챔버 내에서의 대류의 문제(챔버 내에서의 적어도 비교적 복잡하고 제어되지 않는 대류)가 덮개를 사용하지 않는 큰 부피의 챔버에서도 명백하다고 생각한다. 앞서 기재된 바와 같이 작고 좁은 직경의 TM011 강 배열을 사용함으로써 이 문제를 해결한다.
덮개를 갖지 않는 이러한 작고 좁은 직경의 TM011 강 내로 고동력 극초단파를 공급하면, 그 자체로 몇 가지 문제를 발생시킬 수 있다. 그러나, 필요한 경우 극초단파 동력을 챔버 내로 연결시키는 방법 및 챔버 내에서 전기장과 자기장을 조작하는 방법 면에서 챔버를 추가로 변화시킴으로써 이러한 문제점들을 극복할 수 있다. 이러한 추가적인 변화를 아래에서 논의한다.
한 가지 문제는 기재 바로 위의 목적하는 위치에서 멀리 떨어진 전자기장의 안티-노드에서 플라즈마 형성 및 전기 방전을 피하는 방법이다. 비교적 적은 전자기적 안티-노드가 챔버 내에 존재하도록 앞서 기재된 비교적 작고 좁은 직경의 TM011 강을 제공함으로써 이 문제를 부분적으로 해결한다. 그러나, 이 TM011 강 디자인을 사용해도 실제로 강의 기재 말단에 존재하는 전기장의 거울상인 챔버의 상부에 제 2의 안티-노드가 여전히 존재한다.
상부 안티-노드에서의 플라즈마 형성 및 전기 방전의 문제를 경감시키는 몇 가지 가능한 방법이 있다. 예를 들면, 극초단파 동력을 챔버 내로 용량 연결하기보다는 유도 연결하면 상부 안티-노드에서의 플라즈마 형성 위험이 적은 것으로 밝혀졌다.
그렇기는 하지만, 실바 등은 안테나를 사용한 전기장 (용량) 연결이 가장 널리 사용되고, 연결될 수 있는 제한된 동력 때문에 자기 (유도) 연결이 거의 이용되지 않는다고 기재한다. 본 발명자들은 상업적으로 유용한 산업상의 공정에 있어서 높은 CVD 다이아몬드 성장 속도를 달성하기 위하여 높은 동력에서 작동하는데 관심을 둔다. 따라서, 실바 등의 개시내용에 따라 당 업자는 용량 연결을 이용하도록 교시받는다. 이 교시내용과는 대조적으로, 본 발명자들은 비교적 작고 좁은 챔버 디자인을 이용하면 유도 연결을 이용할 때에도 높은 동력 밀도를 획득할 수 있음을 보여주었다. 뿐만 아니라, 유도 연결을 이용함으로써 용량 연결에 수반되는 앞서 기재된 문제가 경감될 수 있다. 이로써, 유도 연결과 작고 좁은 플라즈마 챔버의 조합은 공명 강의 상부 안티-노드에서의 플라즈마 형성 문제를 경감시키면서 높은 동력 밀도, 따라서 높은 CVD 다이아몬드 성장 속도를 달성하는데 유리한 것으로 밝혀졌다.
문제는 극초단파를 어떻게 챔버 내로 유도 연결해야 하는지에 관한 것이다. 한가지 선택 사항은 배경 기술 부분에서 논의된 ASTEX 및 LIMHP 반응기와 유사한 방식으로 챔버의 상부에서 플레이트 형상의 유전 윈도우를 통해 고동력 극초단파를 유도 연결하는 것이다. 그러나, 이러한 유전 플레이트는 사용시 챔버의 상부 중심부의 고전기장 영역에 의해 손상되고, 이러한 배열을 이용하여 성장하는 CVD 다이아몬드를 오염시키는 유전 물질을 초래할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 강 말단에 또는 말단 근처에 배치되는 환상 유전 윈도우를 통해 극초단파 동력을 공급함으로써 이 문제를 경감시킬 수 있다. 환상 윈도우의 위치 선정에 몇 가지 선택사항이 가능하다. 환상 윈도우는 챔버의 말단 벽 또는 측벽 상에 위치될 수 있다. 두 경우 모두, 유사한 고자기장 영역이 유도에 의해 여기된다. 그러나, US 6645343 호에 개시되어 있는 환상 유전 윈도우와는 대조적으로, 본 발명자들은 환상 윈도우를 챔버의 말단 벽 상에 위치시켜 극초단파가 챔버의 중심 회전축에 평행한 방향으로 챔버 내로 연결되도록 하는 것이 바람직함을 발견하였다.
사용시 플라즈마에 노출되는 유전 물질의 면적을 제한하는 것이 유리하다고 생각된다. 예를 들면, 공명 강은 사용시 공명 강 내에서 형성되는 플라즈마에 노출되도록 구성되는 내부 벽을 포함할 수 있고, 내부 벽은 공명 강 내의 내부 벽의 총 표면적의 75%, 80%, 85%, 90% 또는 95% 이상을 형성하는 금속 표면을 포함한다. 앞서 언급한 바와 같이, 금속 표면은 바람직하게는 알루미늄으로 제조된다. 특히 유리한 배열에서, 공명 강은 작은 부피를 갖고, 사용시 플라즈마에 노출되는 내부 벽의 큰 부분이 금속 표면에 의해 형성된다. 공명 강의 부피는 0.002m3 내지 0.06m3, 0.007m3 내지 0.04m3, 0.01m3 내지 0.03m3, 또는 0.015m3 내지 0.025m3일 수 있다. 이들 치수는 800MHz 내지 1000MHz의 극초단파 주파수에서의 작동에 특히 바람직하다. 다시, 이들 치수는 작동 주파수에 따라 증감될 수 있다. 예를 들어, 400MHz 내지 500MHz의 극초단파 주파수에서의 작동의 경우, 값은 2.073의 계수에 의해 증감될 수 있고, 2300MHz 내지 2600MHz의 극초단파 주파수에서의 작동의 경우 값은 0.3663의 계수에 의해 증감될 수 있다. 이로써, 400 내지 500MHz의 작동 주파수(f)에서, 공명 강은 0.018m3 내지 0.530m3, 0.062m3 내지 0.350m3, 0.089m3 내지 0.270m3, 또는 0.133m3 내지 0.221m3의 부피를 가질 수 있다. 2300 내지 2600MHz의 극초단파 주파수(f)에서, 공명 강은 9.8×10-5m3 내지 2.9×10-3m3, 3.4×10-4m3 내지 1.96×10-3m3, 4.9×10-4m3 내지 1.47×10-3m3, 또는 7.35×10-4m3 내지 1.23×10-3m3의 부피를 가질 수 있다.
극초단파를 공명 강 내로 유도 연결하기 위하여 유전성 물질에 의해 내부 벽의 비교적 작은 부분을 형성할 수 있다. 특히 유리한 설비는 하나 또는 수 개의 구역으로 형성되는 환상 유전 윈도우를 포함하며, 환상 유전 윈도우는 공명 강 내의 내부 벽의 총 표면적의 25%, 20%, 15%, 10% 또는 5% 이하를 형성한다.
반응기 챔버 내에 형성되는 플라즈마를 안정화시키기 위한 형태
유도 연결이 이용되는 경우에도, 챔버의 윗부분에 플라즈마가 형성될 위험이 여전히 있다. 이 문제를 추가로 경감시키는 한 가지 방법은 챔버 하부의 고전기장 영역에 과도하게 영향을 주지 않으면서 챔버 상부에서 고전기장 안티-노드를 적어도 부분적으로 제거하는 설비를 제공하는 것이다. 이를 달성하는 한 방법은 챔버 내로 또한 상부 안티-노드 위로 연장되는 전기 전도성 표면을 제공하는 것이다. 전기 전도성 표면은 균일한 곡률의 용기, 뾰족한 원뿔 또는 임의의 중간 원뿔 구조를 형성할 수 있다. 둥글려진 팁(tip)을 갖는 원뿔형 표면이 바람직하다. 하나의 바람직한 배열에서, 원뿔형 표면은 강의 공명 모드의 전기장 벡터에 대략 수직이도록 구성됨으로써 공명 강 내로의 원뿔형 표면의 도입의 결과로서 전기장에서의 혼란을 최소화시킬 수 있다. 즉, 상부의 고전기장 안티-노드의 영역에 전기장에 대략 수직인 전도성 금속 표면을 위치시켜 상부의 고전기장 영역을 효과적으로 제거함으로써 챔버의 하부에서 기본 TM011 전기장 프고파일에 과도하게 영향을 끼치지 않으면서 안티-노드를 제거할 수 있다. 챔버의 공명 주파수는 과도하게 변화되어서는 안되지만, 사이클당 소실되는 에너지는 동일하게 유지되면서 강에서의 저장된 에너지의 감소로 인해 Q 계수가 감소된다.
전기 전도성 표면은 ¼ 유도되는 파장까지 연장될 수 있고, 플라즈마 챔버의 구동되는 말단 또는 구동되지 않는 말단으로부터 연장될 수 있다. "구동되는 말단"이란, 극초단파가 챔버 내로 연결되는 말단을 의미한다. 다른 가능성은 구동되지 않는 말단에 전기 전도성 표면을 위치시켜 극초단파 윈도우가 기재 둘레에 위치되는 배열(비록 이 배열이 유전 윈도우의 손상을 초래할 수 있기는 하지만)을 제공하는 것이다.
상기에 비추어, 하나의 구성은 원뿔-형상의 전기 전도성 부재가 존재하지 않는 상응하는 공명 강과 비교할 때 사용시 공명 강의 고전기장 안티-노드를 적어도 부분적으로 제거하기 위하여 공명 강 내로 연장되는 원뿔-형상의 전기 전도성 부재를 포함한다. 원뿔-형상의 전기 전도성 부재는 플라즈마 챔버의 기부 또는 상판에 의해 지지될 수 있으며, 원뿔-형상의 전기 전도성 부재의 팁이 공명 강의 대칭의 중심 회전 축 상에 놓이도록 배향된다. 예를 들어, 기재 홀더는 플라즈마 챔버의 기부에 의해 지지될 수 있고, 원뿔-형상의 전기 전도성 부재는 플라즈마 챔버의 상판에 의해 지지될 수 있다. 하나의 특히 유용한 설비에서, 원뿔-형상의 전기 전도성 부재는 공명 강 내에 환상 오목부를 형성하고, 앞서 기재된 환상 유전 윈도우가 상기 환상 오목부에 배치될 수 있다. 이 배열은 사용시 유전 윈도우의 손상을 방지하는데 유용하다.
상기 기재된 전기 전도성 표면은 실제로 주요 전기장 안티-노드를 하나만 갖는 플라즈마 챔버를 제공하는데 유용하다. 즉, 챔버 내로 연장되는 전기 전도성 표면을 제공함으로써, 사용시 기재의 성장 표면에 인접하여 위치되는 것을 제외한 다른 모든 주요 전기장 안티-노드를 마스킹하여, 모드 순도를 개선하고 기재의 성장 표면에서 관심 있는 구역으로부터 멀리 떨어져서 플라즈마가 형성되는 문제를 경감시킬 수 있다. 이러한 단일 안티-노드 챔버는 큰 면적에 걸쳐 고품질의 합성 다이아몬드 물질을 제조하는데 유리한 것으로 생각된다. 이와 관련하여, 챔버는 챔버 내에 기재가 존재하는 결과로서 편재된 모드를 여전히 포함할 수 있다. 그러나, 공명 강은 하나의 주요 전기장 안티-노드만이 챔버의 벽에 의해 지지되도록 디자인될 수 있다.
챔버의 상부에서 고전기장 영역을 제거하기 위하여 원뿔-형상의 전기 전도성 표면을 사용하는데 대한 대안은 공명 강의 상부가 공명 강의 하부보다 더 큰 직경을 갖는 플라즈마 챔버를 제공하는 것이며, 이 때 공명 강의 상부는 사용시 공명 강의 상부에서 고전기장 안티-노드를 제거하도록 구성된다. 예를 들어, 챔버의 측벽은 TM011 모드의 상부 안티-노드를 감소시키기 위하여 챔버의 상부에서 바깥쪽으로 테이퍼질 수 있다. E-장의 Ez 성분의 감소는 이 영역에서 방전이 발생되는 것을 방지하기에 충분하다. 이러한 테이퍼는 챔버의 기부로부터 시작될 수 있거나 또는 챔버의 하부는 원통형을 유지하면서 챔버의 상부에서 시작될 수 있다. 다르게는, 더 넓은 상부를 제공하기 위하여 챔버의 측벽에 계단을 제공할 수 있다. 이들 배열은 또한 챔버의 상부에서 동력 밀도를 감소시키는 이점도 가지며, 이 경우 챔버의 상부에서 플라즈마가 형성되는 문제가 경감된다. 따라서, 플라즈마 챔버에 더 넓은 상부를 제공하는 것은 챔버의 상부에서 전기장을 감소시키는 효과를 갖는다.
대안으로써, 또는 상기에 덧붙여, 상판으로부터 기재의 성장 표면을 향해 가공 기체를 주입하도록 배향되는 기체 유입구를 사용하면 기재를 향해 플라즈마를 아래로 누르는데 도움을 줄 수 있으며 챔버의 상부 영역으로의 플라즈마 점핑을 방지할 수 있다.
상기에 비추어, 목적하는 챔버 디자인은 하기 디자인 매개변수를 충족시킬 수 있는 것으로 생각된다:
(i) 챔버의 기부와 상판 사이에서 TM011 공명 모드를 뒷받침하도록 디자인된 작고 좁은 챔버가 유리하다.
(ii) 고리 형상의 유전 윈도우를 통해 극초단파 동력을 챔버 내로 유도 연결할 수 있다. 바람직하게는, 고리-형상의 유전 윈도우는, 극초단파가 플라즈마 챔버의 축에 실질적으로 평행한 방향으로 플라즈마 챔버 내로 연결되도록, 플라즈마 챔버의 말단 벽 상에 위치된다.
(iii) 챔버는 챔버의 상부에서 고전기장 안티-노드를 적어도 부분적으로 상쇄시키도록 구성될 수 있다. 전기 전도성 원뿔-형상의 표면을 사용하여, 또는 다르게는 챔버의 상부 직경을 넓혀 챔버의 상부에서의 상쇄 모드를 뒷받침하도록 함으로써 이를 달성할 수 있다. 축방향으로 배치된 기체 유입구도 상부 안티-노드로의 플라즈마 점핑을 방지하는데 도움을 줄 수 있다. 이로써, 축방향으로 배향된 기체 유동이 이용되면 원뿔 또는 테이퍼는 필수적이지 않을 수 있다.
하나의 유용한 배열은 고리-형상의 극초단파 윈도우와 중심에 배치된 원뿔의 특징을 조합하는 것이다. 다른 유용한 조합은 고리-형상의 극초단파 윈도우와 축방향으로 배치된 기체 유입구이다. 또 다른 유용한 조합은 전술한 세 가지 특징, 즉 고리-형상의 극초단파 윈도우, 중심에 배치된 원뿔 및 축방향으로 배치된 기체 유입구를 모두 제공하는 것이다.
본 발명의 실시양태는 큰 면적에 걸쳐 균일한 CVD 다이아몬드 성장을 달성하기 위하여 균일하고 안정한 큰 면적의 플라즈마를 형성할 수 있는 플라즈마 반응기 챔버를 제공한다.
실시예
도 1은 본원에 기재된 극초단파 플라즈마 반응기의 예를 도시한다. 도 1을 참조하여 보여지는 바와 같이, 극초단파 플라즈마 반응기는 하기 기본 구성요소를 포함한다: 플라즈마 챔버(2); 기재(5)를 유지시키기 위하여 플라즈마 챔버에 배치되는 기재 홀더(4); 플라즈마 챔버(2) 내에서 플라즈마(8)를 형성시키기 위한 극초단파 발생기(6); 극초단파 발생기(6)로부터의 극초단파를 플라즈마 챔버(2) 내로 공급하기 위한 극초단파 연결부(10); 및 가공 기체를 플라즈마 챔버(2) 내로 공급하고 그로부터 제거하기 위한 기체 유입구(12) 및 기체 유출구(14)를 포함하는 기체 유동 시스템.
극초단파 연결부(10)는 내부 도관(16) 및 외부 도관(18)을 포함하는 동축 라인을 포함한다. 동축 라인은 극초단파 발생기(6)로부터의 극초단파를 환상 유전 윈도우(20)로 전송하도록 구성된다. 유전 윈도우(20)는 석영 같은 극초단파 투과성 물질로 제조된다. 이는 플라즈마 챔버(2)의 상부에 진공-기밀 환상 윈도우를 형성한다. 극초단파 발생기(6) 및 극초단파 연결부(10)는 적합한 파장의 극초단파를 발생시키고 극초단파를 플라즈마 챔버(2) 내로 유도 연결하여 사용시 기재(5) 바로 위에 위치하는 고에너지 절을 갖는 플라즈마 챔버(2) 내에 지속적인 파를 생성시키도록 구성된다. 상판(22)은 동축 라인으로부터의 극초단파를 유전 윈도우(20)를 통해 전송하는 하나 이상의 도파관을 포함한다.
챔버의 기부(24)와 상판(22) 사이에서 플라즈마 챔버 내에 TM011의 지속적인 파를 발생시키도록 플라즈마 챔버(2)의 치수, 극초단파 파장 및 상판(24)의 위치를 선택한다. 앞서 정의된 비를 갖도록 기부(24)와 상판(22) 사이의 높이(h) 및 챔버의 직경(d)을 선택한다.
플라즈마 챔버는 사용시 플라즈마에 노출되는 고체 금속 벽, 바람직하게는 알루미늄을 갖는 단단한 극초단파 강을 형성한다. 플라즈마 챔버의 벽은 유체 또는 기체 냉각되어(예컨대, 수냉되어) 더 높은 동력의 작동을 가능케 할 수 있다. 이는 반응성 물질을 제한하는 덮개에 대한 요구를 없애서 물질 순도를 개선하면서 더 높은 동력을 허용하는데 도움을 준다.
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 반응기의 변형된 형태를 도시한다. 이 변형된 설비에서는, 전기 전도성 원뿔-형상의 부재(34)가 상판(22)에 장착되고 플라즈마 챔버 내로 연장된다. 전기 전도성 원뿔-형상의 부재(34)는 플라즈마 챔버의 하부에서 TM011의 고전기장 안티-노드에 과도하게 영항을 끼치지 않으면서 플라즈마 챔버의 상부에서 TM011 모드의 고전기장 안티-노드를 효과적으로 마스킹하도록 구성된다.
도 3은 또 다른 대안을 도시한다. 도시된 설비에서, 플라즈마 챔버의 상부는 플라즈마 챔버의 하부 직경(d 1 )보다 더 큰 직경(d 2 )을 갖는다. d 1 /d 2 의 비는 앞서 기재된 디자인 기준을 충족시키도록 선택된다. 플라즈마 챔버의 상부에서 TM011 모드의 고전기장 안티-노드를 적어도 부분적으로 상쇄시키는 제 2 극초단파 모드를 뒷받침하도록 상부 직경(d 2 )을 선택할 수 있다.
본 발명의 실시양태는 CVD 다이아몬드 성장 공정에서의 균일성을 개선한다. 균일성의 개선은 하기 매개변수중 하나 이상에 의해 측정될 수 있다: CVD 다이아몬드 필름의 두께 균일성(침착 면적 전체에서); 다이아몬드 물질의 하나 이상의 품질 매개변수(예컨대, 색상, 광학 특성, 전자 특성, 질소 흡수, 붕소 흡수 및/또는 붕소 활성화 정도)의 균일성; 다결정질 다이아몬드 물질에서, 텍스쳐, 표면 형태, 입자 크기 등의 균일성; 또는 기재 담체 상의 단결정 다이아몬드 기재의 어레이 상에서 성장이 이루어지는 단결정 다이아몬드 물질에서, 각 단결정 사이에서의 두께, 형태, 가장자리 쌍정 형성, 측방향 성장 등의 균일성. 균일성을 평가하기 위해 선택되는 핵심 매개변수는 합성 공정, 합성 생성물로부터 최종 생성물을 제조함에 있어서의 경제성 및 최종 생성물 자체의 요구조건에 따라 달라진다.
바람직한 실시양태를 참조하여 본 발명을 구체적으로 도시하고 기재하였으나, 당 업자는 첨부된 특허청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않으면서 형태 및 세부사항을 다양하게 변화시킬 수 있음을 알 것이다.

Claims (26)

  1. 기부, 상판, 및 상기 기부로부터 상기 상판까지 연장되는 측벽을 포함하여, 극초단파 공명 모드를 뒷받침하기 위한 공명 강(resonance cavity)을 한정하는 플라즈마 챔버;
    극초단파 발생기로부터의 극초단파를 플라즈마 챔버 내로 공급하기 위한 극초단파 연결부(coupling configuraiton);
    가공 기체(process gas)를 플라즈마 챔버 내로 공급하고 그로부터 제거하기 위한 기체 유동 시스템; 및
    플라즈마 챔버 내에 배치되고 사용시 합성 다이아몬드 물질이 침착되는 기재를 지지하기 위한 지지 표면을 포함하는 기재 홀더
    를 포함하는, 화학적 증착을 통해 합성 다이아몬드 물질을 제조하기 위한 극초단파 플라즈마 반응기로서, 이 때
    상기 공명 강이 기부로부터 상판까지 연장되는 대칭의 중심 회전 축을 갖고;
    상기 상판이 상기 대칭의 중심 회전 축을 가로질러 장착되며;
    상기 공명 강이, 플라즈마 챔버의 기부로부터 상판까지 측정할 때, 400MHz 내지 500MHz, 800MHz 내지 1000MHz, 또는 2300MHz 내지 2600MHz의 주파수(f)에서 기부와 상판 사이에서 TM011 공명 모드를 뒷받침하는 높이를 갖도록 구성되고;
    상기 공명 강이, 기부로부터 측정되는 공명 강의 높이의 50% 미만의 높이에서 측정할 때 공명 강 높이/공명 강 직경의 비가 0.3 내지 1.0이라는 조건을 충족시키는 직경을 갖도록 또한 구성되고;
    상기 공명 강이, 사용시 공명 강 내에 형성되는 플라즈마에 노출되도록 구성되는 내부 벽을 포함하고, 이때 상기 내부 벽이, 공명 강 내의 상기 내부 벽의 총 표면적의 75% 이상을 구성하는 금속 표면을 포함하고,
    상기 내부 벽의 일부가 하나의 구역 또는 수 개의 구역으로 이루어진 환상 유전 윈도우(dielectric window)에 의해 형성되고, 이때 상기 환상 유전 윈도우가 공명 강 내에서 내부 벽의 총 표면적의 25% 이하를 구성하는
    극초단파 플라즈마 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공명 강 높이/공명 강 직경의 비가 0.4 내지 0.9 또는 0.5 내지 0.8인, 극초단파 플라즈마 반응기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버의 기부로부터 상판까지 측정된 공명 강 높이가
    400MHz 내지 500MHz의 극초단파 주파수(f)에서 300mm 내지 600mm, 300mm 내지 500mm, 또는 400mm 내지 500mm이거나;
    800MHz 내지 1000MHz의 극초단파 주파수(f)에서 150mm 내지 300mm, 150mm 내지 250mm, 또는 200mm 내지 250mm이거나; 또는
    2300MHz 내지 2600MHz의 극초단파 주파수(f)에서 50mm 내지 110mm, 50mm 내지 90mm 또는 70mm 내지 90mm인
    극초단파 플라즈마 반응기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공명 강 직경이
    400MHz 내지 500MHz의 극초단파 주파수(f)에서 400mm 내지 1000mm, 500mm 내지 900mm 또는 600mm 내지 800mm이거나;
    800MHz 내지 1000MHz의 극초단파 주파수(f)에서 200mm 내지 500mm, 250mm 내지 450mm, 또는 300mm 내지 400mm이거나; 또는
    2300MHz 내지 2600MHz의 극초단파 주파수(f)에서 70mm 내지 180mm, 90mm 내지 160mm 또는 110mm 내지 150mm인
    극초단파 플라즈마 반응기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공명 강의 부피가
    400MHz 내지 500MHz의 극초단파 주파수(f)에서 0.018m3 내지 0.530m3, 0.062m3 내지 0.350m3, 0.089m3 내지 0.270m3, 또는 0.133m3 내지 0.221m3이거나;
    800MHz 내지 1000MHz의 극초단파 주파수(f)에서 0.002m3 내지 0.06m3, 0.007m3 내지 0.04m3, 0.01m3 내지 0.03m3, 또는 0.015m3 내지 0.025m3이거나; 또는
    2300MHz 내지 2600MHz의 극초단파 주파수(f)에서 9.8×10-5m3 내지 2.9×10-3m3, 3.4×10-4m3 내지 1.96×10-3m3, 4.9×10-4m3 내지 1.47×10-3m3, 또는 7.35×10-4m3 내지 1.23×10-3m3인
    극초단파 플라즈마 반응기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공명 강이 원통형인, 극초단파 플라즈마 반응기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 공명 강의 상부가 공명 강의 하부보다 더 큰 직경을 갖고,
    상기 공명 강의 상부가, 사용시 공명 강의 상부에서 고전기장 안티-노드(anti-node)를 적어도 부분적으로 제거하는 하나 이상의 제 2 극초단파 모드를 뒷받침하도록 구성되는
    극초단파 플라즈마 반응기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공명 강의 하부 직경/상부 직경의 비가 0.4보다 크고 1 미만이며, 이때
    상기 하부 직경이 기부로부터 측정되는 공명 강의 높이의 50% 미만의 높이에서 측정되고, 상기 상부 직경이 기부로부터 측정되는 공명 강의 높이의 50%보다 높은 높이에서 측정되는
    극초단파 플라즈마 반응기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 비가 0.5 내지 0.9, 0.6 내지 0.9, 또는 0.7 내지 0.8인, 극초단파 플라즈마 반응기.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    400MHz 내지 500MHz의 극초단파 주파수(f)에서, 상기 하부 직경이 400mm 내지 900mm, 500mm 내지 900mm, 600mm 내지 800mm, 또는 650mm 내지 800mm이고, 상부 직경이 600mm 내지 1000mm, 700mm 내지 1000mm, 700mm 내지 900mm, 또는 800mm 내지 900mm일 수 있거나;
    800MHz 내지 1000MHz의 극초단파 주파수(f)에서, 하부 직경이 200mm 내지 450mm, 250mm 내지 450mm, 300mm 내지 400mm, 또는 330mm 내지 400mm이고, 상부 직경이 300mm 내지 500mm, 350mm 내지 500mm, 350mm 내지 450mm, 또는 400mm 내지 450mm이거나; 또는
    2300MHz 내지 2600MHz의 극초단파 주파수(f)에서, 하부 직경이 70mm 내지 160mm, 90mm 내지 160mm, 100mm 내지 150mm, 또는 120mm 내지 150mm이고, 상부 직경이 100mm 내지 200mm, 120mm 내지 200mm, 130mm 내지 170mm, 또는 150mm 내지 170mm일 수 있는
    극초단파 플라즈마 반응기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 공명 강의 내부 벽의 금속 표면이, 공명 강 내의 상기 내부 벽의 총 표면적의 80%, 85%, 90% 또는 95% 이상을 구성하는 금속 표면을 포함하는, 극초단파 플라즈마 반응기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 금속 표면이 알루미늄 또는 알루미늄을 80중량%, 90중량%, 95중량%, 또는 98중량% 이상으로 포함하는 그의 합금으로 제조되는, 극초단파 플라즈마 반응기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 환상 유전 윈도우가 공명 강 내에서 내부 벽의 총 표면적의 20%, 15%, 10% 또는 5% 이하를 구성하는, 극초단파 플라즈마 반응기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 극초단파 플라즈마 반응기가, 전도성 표면을 포함하지 않는 상응하는 플라즈마 챔버에 존재하는 고전기장 안티-노드 영역 위에서 플라즈마 챔버 내에 위치되는 전기 전도성 표면을 추가로 포함하는, 극초단파 플라즈마 반응기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전도성 표면이 원뿔-형상인, 극초단파 플라즈마 반응기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 원뿔-형상의 전도성 표면이 둥글려진 팁(tip)을 포함하는, 극초단파 플라즈마 반응기.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 원뿔-형상의 전도성 표면이 플라즈마 챔버에 환상 오목부를 형성하고, 상기 환상 유전 윈도우가 상기 오목부에 배치되는, 극초단파 플라즈마 반응기.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
KR1020137018632A 2010-12-23 2011-12-14 합성 다이아몬드 물질을 제조하기 위한 극초단파 플라즈마 반응기 KR101401691B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1021865.9A GB201021865D0 (en) 2010-12-23 2010-12-23 A microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material
GB1021865.9 2010-12-23
US201161439313P 2011-02-03 2011-02-03
US61/439,313 2011-02-03
PCT/EP2011/072824 WO2012084660A1 (en) 2010-12-23 2011-12-14 A microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130126676A KR20130126676A (ko) 2013-11-20
KR101401691B1 true KR101401691B1 (ko) 2014-05-29

Family

ID=43598912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137018632A KR101401691B1 (ko) 2010-12-23 2011-12-14 합성 다이아몬드 물질을 제조하기 위한 극초단파 플라즈마 반응기

Country Status (11)

Country Link
US (2) US10403477B2 (ko)
EP (1) EP2656372B1 (ko)
JP (1) JP5746367B2 (ko)
KR (1) KR101401691B1 (ko)
CN (1) CN103339707B (ko)
CA (1) CA2821624C (ko)
GB (2) GB201021865D0 (ko)
MY (1) MY166639A (ko)
RU (1) RU2540399C1 (ko)
SG (1) SG191217A1 (ko)
WO (1) WO2012084660A1 (ko)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8316797B2 (en) 2008-06-16 2012-11-27 Board of Trustees of Michigan State University Fraunhofer USA Microwave plasma reactors
US10689753B1 (en) * 2009-04-21 2020-06-23 Goodrich Corporation System having a cooling element for densifying a substrate
KR101255152B1 (ko) * 2010-12-01 2013-04-22 한국기초과학지원연구원 플라즈마 가스화기를 이용한 발전 시스템
GB201021865D0 (en) * 2010-12-23 2011-02-02 Element Six Ltd A microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material
EP2707521B1 (en) 2011-05-13 2018-08-08 Board Of Trustees Of Michigan State University Improved microwave plasma reactors
GB201121640D0 (en) * 2011-12-16 2012-01-25 Element Six Ltd Large area optical synthetic polycrystalline diamond window
CN104160061B (zh) 2011-12-16 2017-10-10 六号元素技术有限公司 大面积光学质量合成多晶金刚石窗户
US20140272108A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Plasmability, Llc Toroidal Plasma Processing Apparatus
GB201410703D0 (en) * 2014-06-16 2014-07-30 Element Six Technologies Ltd A microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material
US10373725B2 (en) * 2014-11-06 2019-08-06 Ii-Vi Incorporated Highly twinned, oriented polycrystalline diamond film and method of manufacture thereof
JP6455783B2 (ja) * 2015-03-11 2019-01-23 Ｓｐｐテクノロジーズ株式会社 高周波電力システム及びこれを備えたプラズマ処理装置
KR20180000721A (ko) 2015-05-21 2018-01-03 플라즈마빌리티, 엘엘씨 성형된 피처리물 지지체를 갖는 토로이달 플라즈마 처리 장치
CN105845301B (zh) * 2015-08-13 2019-01-25 北京中科三环高技术股份有限公司 稀土永磁体及稀土永磁体的制备方法
KR102334378B1 (ko) 2015-09-23 2021-12-02 삼성전자 주식회사 유전체 윈도우, 그 윈도우를 포함한 플라즈마 공정 시스템, 및 그 시스템을 이용한 반도체 소자 제조방법
GB201516814D0 (en) 2015-09-23 2015-11-04 Element Six Technologies Ltd Method of fabricating a plurality of single crystal CVD synthetic diamonds
EP3276651A1 (en) 2016-07-28 2018-01-31 NeoCoat SA Method for manufacturing an annular thin film of synthetic material and device for carrying out said method
RU2637187C1 (ru) * 2016-11-29 2017-11-30 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Плазменный свч реактор
FR3060024B1 (fr) * 2016-12-09 2019-05-31 Diam Concept Reacteur modulaire pour le depot assiste par plasma microonde
CN106987827B (zh) * 2017-04-14 2019-03-29 太原理工大学 等离子体化学气相沉积微波谐振腔及装置
TWI648905B (zh) * 2017-11-23 2019-01-21 國立虎尾科技大學 Standing wave phase shift concentrating device
CN108468086B (zh) * 2018-04-24 2020-12-15 Fd3M公司 微波等离子体化学气相沉积装置及其应用
US11469077B2 (en) 2018-04-24 2022-10-11 FD3M, Inc. Microwave plasma chemical vapor deposition device and application thereof
CN108770175B (zh) * 2018-05-25 2019-07-16 中国科学院微电子研究所 用于微波等离子体发生装置的微孔微纳结构双耦合谐振腔
CN108770174B (zh) * 2018-05-25 2019-07-19 中国科学院微电子研究所 具有微孔微纳结构双耦合谐振腔的微波等离子体发生装置
US11261522B2 (en) * 2018-10-18 2022-03-01 Diamond Foundry Inc. Axisymmetric material deposition from plasma assisted by angled gas flow
US11183369B2 (en) * 2018-12-27 2021-11-23 Industrial Technology Research Institute Focalized microwave plasma reactor
WO2021069620A1 (en) 2019-10-11 2021-04-15 Neocoat Sa Cvd reactor for manufacturing synthetic films and methods of fabrication
TW202236463A (zh) * 2021-03-08 2022-09-16 凌嘉科技股份有限公司 基板製程設備
CN113463065A (zh) * 2021-06-17 2021-10-01 湖南良诚新材料科技有限公司 一种化学气相沉积钻石的设备
GB2614521A (en) 2021-10-19 2023-07-12 Element Six Tech Ltd CVD single crystal diamond
CN115274395B (zh) * 2022-09-27 2022-12-09 北京芯美达科技有限公司 一种扩大等离子体有效反应面积的方法
CN116254523B (zh) * 2023-02-17 2024-02-20 北方工业大学 一种高调谐灵敏度的915MHz微波等离子体化学气相沉积装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0758688A1 (en) * 1995-08-11 1997-02-19 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Apparatuses for deposition or etching

Family Cites Families (119)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62162366A (ja) 1981-09-17 1987-07-18 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 炭素被膜を有する複合体
US4507588A (en) * 1983-02-28 1985-03-26 Board Of Trustees Operating Michigan State University Ion generating apparatus and method for the use thereof
JPS61251158A (ja) 1985-04-30 1986-11-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 放熱基板
JPS62235393A (ja) 1986-04-07 1987-10-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 高硬度固体潤滑膜およびその形成方法
DE3622614A1 (de) * 1986-07-05 1988-01-14 Philips Patentverwaltung Verfahren zur herstellung von elektrisch leitenden formkoerpern durch plasmaaktivierte chemische abscheidung aus der gasphase
JPS62167886A (ja) 1986-11-19 1987-07-24 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 炭素被膜を有する複合体
KR900008505B1 (ko) 1987-02-24 1990-11-24 세미콘덕터 에너지 라보라터리 캄파니 리미티드 탄소 석출을 위한 마이크로파 강화 cvd 방법
US5273790A (en) 1987-03-30 1993-12-28 Crystallume Method for consolidating diamond particles to form high thermal conductivity article
JPS6424094A (en) 1987-07-21 1989-01-26 Nat Inst Res Inorganic Mat Synthesizing apparatus for diamond
JPH01198478A (ja) * 1988-02-01 1989-08-10 Canon Inc マイクロ波プラズマｃｖｄ装置
JPH01297141A (ja) 1988-05-25 1989-11-30 Canon Inc マイクロ波プラズマ処理装置
US5261959A (en) 1988-05-26 1993-11-16 General Electric Company Diamond crystal growth apparatus
US5370912A (en) 1988-10-31 1994-12-06 Norton Company Diamond film deposition with a microwave plasma
US5258206A (en) 1989-01-13 1993-11-02 Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. Method and apparatus for producing diamond thin films
JPH02260470A (ja) 1989-03-30 1990-10-23 Sumitomo Electric Ind Ltd 発光素子
DE69017271T2 (de) 1989-06-15 1995-06-22 Semiconductor Energy Lab Gerät zur Bearbeitung mittels Mikrowellen in einem magnetischen Feld.
US5273731A (en) 1989-09-14 1993-12-28 General Electric Company Substantially transparent free standing diamond films
US5091208A (en) 1990-03-05 1992-02-25 Wayne State University Novel susceptor for use in chemical vapor deposition apparatus and its method of use
JPH03281594A (ja) 1990-03-29 1991-12-12 Hitachi Ltd 発光材料及び表示装置
JPH049471A (ja) 1990-04-27 1992-01-14 Seiko Instr Inc ダイヤモンドの合成方法
US5264071A (en) 1990-06-13 1993-11-23 General Electric Company Free standing diamond sheet and method and apparatus for making same
US6020579A (en) * 1997-01-06 2000-02-01 International Business Machines Corporation Microwave applicator having a mechanical means for tuning
JPH04259378A (ja) 1990-09-10 1992-09-14 Applied Sci & Technol Inc 再循環高速対流リアクター
EP0478283B1 (en) * 1990-09-26 1996-12-27 Hitachi, Ltd. Microwave plasma processing method and apparatus
DE69117140T2 (de) 1990-11-22 1996-07-04 Sumitomo Electric Industries Polykristallines Dimantwerkzeug und Verfahren für seine Herstellung
JPH04238896A (ja) 1991-01-10 1992-08-26 Nachi Fujikoshi Corp 気相法によるダイヤモンド板の製造方法
EP0526657A4 (en) 1991-02-26 1995-12-13 Idemitsu Petrochemical Co Microwave plasma cvd device, and method for synthesizing diamond by device thereof
DK0585229T3 (da) * 1991-05-21 1995-12-27 Materials Research Corp Blødætsningsmodul til clusterværktøj og tilhørende ECR-plasmagenerator
JPH0513342A (ja) 1991-06-20 1993-01-22 Kawasaki Steel Corp 半導体ダイヤモンド
CA2082711A1 (en) 1991-12-13 1993-06-14 Philip G. Kosky Cvd diamond growth on hydride-forming metal substrates
US5302803A (en) 1991-12-23 1994-04-12 Consortium For Surface Processing, Inc. Apparatus and method for uniform microwave plasma processing using TE1101 modes
DE69306007T2 (de) * 1992-01-30 1997-05-22 Hitachi Ltd Verfahren und Vorrichtung zur Plasmaerzeugung und Verfahren zur Halbleiter-Bearbeitung
US5311103A (en) 1992-06-01 1994-05-10 Board Of Trustees Operating Michigan State University Apparatus for the coating of material on a substrate using a microwave or UHF plasma
EP0582397A3 (en) 1992-08-05 1995-01-25 Crystallume CVD diamond material for radiation detector and method for manufacturing the same.
US5314652A (en) 1992-11-10 1994-05-24 Norton Company Method for making free-standing diamond film
JPH06251158A (ja) 1993-02-26 1994-09-09 N T T Data Tsushin Kk パタ−ン認識辞書作成方法
US5501740A (en) * 1993-06-04 1996-03-26 Applied Science And Technology, Inc. Microwave plasma reactor
SE500740C2 (sv) 1993-06-28 1994-08-22 Ladislav Bardos Mikrovågsapparat för plasmaprocesser
JPH07142195A (ja) * 1993-11-15 1995-06-02 New Japan Radio Co Ltd マイクロ波プラズマ装置
US5397396A (en) 1993-12-27 1995-03-14 General Electric Company Apparatus for chemical vapor deposition of diamond including thermal spreader
US5587124A (en) 1994-07-05 1996-12-24 Meroth; John Method of making synthetic diamond film with reduced bowing
US5551983A (en) 1994-11-01 1996-09-03 Celestech, Inc. Method and apparatus for depositing a substance with temperature control
JP3653758B2 (ja) 1994-11-07 2005-06-02 住友電気工業株式会社 自立したダイヤモンドウェハーおよびその製造方法
DE19507077C1 (de) * 1995-01-25 1996-04-25 Fraunhofer Ges Forschung Plasmareaktor
US6533869B1 (en) 1995-02-15 2003-03-18 Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation Apparatus and method for making free standing diamond
JP3041844B2 (ja) * 1995-08-11 2000-05-15 住友電気工業株式会社 成膜又はエッチング装置
KR970071945A (ko) 1996-02-20 1997-11-07 가나이 쯔도무 플라즈마처리방법 및 장치
US5951887A (en) 1996-03-28 1999-09-14 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Plasma processing apparatus and plasma processing method
US6106678A (en) 1996-03-29 2000-08-22 Lam Research Corporation Method of high density plasma CVD gap-filling
US5643365A (en) 1996-07-25 1997-07-01 Ceram Optec Industries Inc Method and device for plasma vapor chemical deposition of homogeneous films on large flat surfaces
GB9616043D0 (en) 1996-07-31 1996-09-11 De Beers Ind Diamond Diamond
JP3281594B2 (ja) 1998-01-12 2002-05-13 マルマテクニカ株式会社 建設作業機用起振型油圧シリンダ装置
DE19802971C2 (de) 1998-01-27 1999-12-02 Fraunhofer Ges Forschung Plasmareaktor
WO1999049705A1 (fr) 1998-03-20 1999-09-30 Tokyo Electron Limited Dispositif de traitement plasmique
US6582513B1 (en) 1998-05-15 2003-06-24 Apollo Diamond, Inc. System and method for producing synthetic diamond
JP3507331B2 (ja) 1998-05-20 2004-03-15 松下電器産業株式会社 基板温度制御方法及び装置
DE19841777C1 (de) 1998-09-12 2000-01-05 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung zur plasmatechnischen Abscheidung von polykristallinem Diamant
US6414338B1 (en) 1998-11-30 2002-07-02 Sandia National Laboratories n-Type diamond and method for producing same
JP3496560B2 (ja) 1999-03-12 2004-02-16 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US6388632B1 (en) 1999-03-30 2002-05-14 Rohm Co., Ltd. Slot antenna used for plasma surface processing apparatus
TW516113B (en) 1999-04-14 2003-01-01 Hitachi Ltd Plasma processing device and plasma processing method
KR100352985B1 (ko) 1999-04-30 2002-09-18 한국과학기술연구원 균열이 없고 평탄한 다이아몬드막 합성 방법
US6565661B1 (en) 1999-06-04 2003-05-20 Simplus Systems Corporation High flow conductance and high thermal conductance showerhead system and method
US6528752B1 (en) 1999-06-18 2003-03-04 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP3590883B2 (ja) 1999-06-21 2004-11-17 独立行政法人 科学技術振興機構 紫外線発光デバイス及びその製造方法
FR2798552B1 (fr) 1999-09-13 2001-11-30 Centre Nat Rech Scient Dispositif assurant une division de puissance micro-onde predeterminee sur une pluralite de charges, notamment pour la production de plasma
US6622650B2 (en) 1999-11-30 2003-09-23 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus
GB0006318D0 (en) 2000-03-15 2000-05-03 De Beers Ind Diamond Radiation detector
JP2001267305A (ja) 2000-03-17 2001-09-28 Hitachi Ltd プラズマ処理装置
US6527909B2 (en) 2000-04-27 2003-03-04 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus
JP4598247B2 (ja) 2000-08-04 2010-12-15 東京エレクトロン株式会社 ラジアルアンテナ及びそれを用いたプラズマ装置
KR100375335B1 (ko) 2001-01-17 2003-03-06 한국과학기술연구원 다이아몬드막의 제조방법 및 장치
JP2002265296A (ja) 2001-03-09 2002-09-18 Kobe Steel Ltd ダイヤモンド薄膜及びその製造方法
WO2002077319A1 (en) 2001-03-27 2002-10-03 Small & Medium Industry Promotion Corporation Diamond film depositing apparatus using microwaves and plasma
RU2205893C2 (ru) * 2001-04-23 2003-06-10 ООО "Инженерно-физический центр" Способ и устройство нанесения покрытий методом плазмохимического осаждения
JP2003045810A (ja) 2001-07-31 2003-02-14 Canon Inc プラズマ処理装置
DE10138693A1 (de) 2001-08-07 2003-07-10 Schott Glas Vorrichtung zum Beschichten von Gegenständen
JP3907444B2 (ja) 2001-11-01 2007-04-18 キヤノン株式会社 プラズマ処理装置及び構造体の製造方法
UA81614C2 (ru) 2001-11-07 2008-01-25 Карнеги Инститьюшн Ов Вашингтон Устройство для изготовления алмазов, узел удержания образца (варианты) и способ изготовления алмазов (варианты)
GB0130005D0 (en) 2001-12-14 2002-02-06 Diamanx Products Ltd Boron doped diamond
US20030152700A1 (en) * 2002-02-11 2003-08-14 Board Of Trustees Operating Michigan State University Process for synthesizing uniform nanocrystalline films
JP4009471B2 (ja) 2002-02-27 2007-11-14 Ｎｅｃ液晶テクノロジー株式会社 ラビング装置
JP2003321296A (ja) 2002-04-25 2003-11-11 Shin Etsu Chem Co Ltd ダイヤモンド膜及びその製造方法
FR2848335B1 (fr) 2002-12-06 2005-10-07 Centre Nat Rech Scient Procede d'elaboration de diamant de type n a haute conductivite electrique
JP2004244298A (ja) 2002-12-17 2004-09-02 Kobe Steel Ltd 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
JP2004235434A (ja) 2003-01-30 2004-08-19 Rohm Co Ltd プラズマ処理装置
US20060105182A1 (en) * 2004-11-16 2006-05-18 Applied Materials, Inc. Erosion resistant textured chamber surface
JP2005044822A (ja) 2003-07-22 2005-02-17 Shibaura Mechatronics Corp プラズマ処理装置
US20050016445A1 (en) 2003-07-24 2005-01-27 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method for producing diamond film
JP2006128075A (ja) 2004-10-01 2006-05-18 Seiko Epson Corp 高周波加熱装置、半導体製造装置および光源装置
JP4673111B2 (ja) 2005-03-31 2011-04-20 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
GB0508889D0 (en) 2005-04-29 2005-06-08 Element Six Ltd Diamond transistor and method of manufacture thereof
WO2006127611A2 (en) 2005-05-25 2006-11-30 Carnegie Institution Of Washington Colorless single-crystal cvd diamond at rapid growth rate
JP4613314B2 (ja) 2005-05-26 2011-01-19 独立行政法人産業技術総合研究所 単結晶の製造方法
JP5376750B2 (ja) 2005-11-18 2013-12-25 出光興産株式会社 半導体薄膜、及びその製造方法、並びに薄膜トランジスタ、アクティブマトリックス駆動表示パネル
JP5068458B2 (ja) 2006-01-18 2012-11-07 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
TW200806826A (en) 2006-02-07 2008-02-01 Han H Nee Materials and methods for the manufacture of large crystal diamonds
US8006640B2 (en) 2006-03-27 2011-08-30 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP4683334B2 (ja) 2006-03-31 2011-05-18 株式会社島津製作所 表面波励起プラズマ処理装置
JP2007284773A (ja) 2006-04-20 2007-11-01 Sumitomo Electric Ind Ltd ダイヤモンドの合成方法
JP2007331955A (ja) 2006-06-12 2007-12-27 National Institute Of Advanced Industrial & Technology ダイヤモンド製造方法
CN101385129B (zh) 2006-07-28 2011-12-28 东京毅力科创株式会社 微波等离子体源和等离子体处理装置
FR2905312B1 (fr) 2006-08-30 2008-10-31 Vernet Sa Vanne thermostatique destinee a etre interposee entre un reservoir de carburant et un moteur thermique, et circuit de circulation de carburant correspondant
ES2638115T3 (es) 2006-09-05 2017-10-18 Element Six Technologies Limited Electrodo de diamante sólido
WO2008090513A2 (en) 2007-01-22 2008-07-31 Element Six Limited Diamond electronic devices including a surface and methods for their manufacture
CN101410549A (zh) 2007-01-29 2009-04-15 住友电气工业株式会社 微波等离子体cvd系统
US7776408B2 (en) 2007-02-14 2010-08-17 Rajneesh Bhandari Method and apparatus for producing single crystalline diamonds
US20100101728A1 (en) 2007-03-29 2010-04-29 Tokyo Electron Limited Plasma process apparatus
US20080303744A1 (en) 2007-06-11 2008-12-11 Tokyo Electron Limited Plasma processing system, antenna, and use of plasma processing system
US20100028556A1 (en) 2008-05-09 2010-02-04 Apollo Diamond Gemstone Corporation Chemical vapor deposition colored diamond
JP5261690B2 (ja) 2008-05-20 2013-08-14 貞雄 竹内 高強度ダイヤモンド膜工具
US8316797B2 (en) 2008-06-16 2012-11-27 Board of Trustees of Michigan State University Fraunhofer USA Microwave plasma reactors
CN102084469B (zh) 2008-07-09 2013-05-01 东京毅力科创株式会社 等离子体处理装置
KR101208884B1 (ko) 2008-08-22 2012-12-05 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 마이크로파 도입 기구, 마이크로파 플라즈마원 및 마이크로파 플라즈마 처리 장치
JP2010159185A (ja) 2009-01-09 2010-07-22 Shin-Etsu Chemical Co Ltd 積層基板とその製造方法及びダイヤモンド膜とその製造方法
JP5222744B2 (ja) 2009-01-21 2013-06-26 国立大学法人東北大学 プラズマ処理装置
US8747963B2 (en) 2009-01-23 2014-06-10 Lockheed Martin Corporation Apparatus and method for diamond film growth
RU2555018C2 (ru) * 2010-12-23 2015-07-10 Элемент Сикс Лимитед Контролируемое легирование синтетического алмазного материала
GB201021865D0 (en) * 2010-12-23 2011-02-02 Element Six Ltd A microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0758688A1 (en) * 1995-08-11 1997-02-19 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Apparatuses for deposition or etching

Also Published As

Publication number Publication date
US11488805B2 (en) 2022-11-01
RU2540399C1 (ru) 2015-02-10
GB2486782B (en) 2014-03-19
CN103339707A (zh) 2013-10-02
SG191217A1 (en) 2013-07-31
JP2014506292A (ja) 2014-03-13
MY166639A (en) 2018-07-17
RU2013132691A (ru) 2015-01-27
JP5746367B2 (ja) 2015-07-08
GB201121494D0 (en) 2012-01-25
US10403477B2 (en) 2019-09-03
WO2012084660A1 (en) 2012-06-28
EP2656372B1 (en) 2018-07-25
EP2656372A1 (en) 2013-10-30
US20140230729A1 (en) 2014-08-21
CA2821624A1 (en) 2012-06-28
CA2821624C (en) 2016-01-26
CN103339707B (zh) 2016-01-20
KR20130126676A (ko) 2013-11-20
GB201021865D0 (en) 2011-02-02
GB2486782A (en) 2012-06-27
US20190318917A1 (en) 2019-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101401691B1 (ko) 합성 다이아몬드 물질을 제조하기 위한 극초단파 플라즈마 반응기
KR101507257B1 (ko) 합성 다이아몬드 물질을 제조하기 위한 극초단파 플라즈마 반응기
KR101854069B1 (ko) 합성 다이아몬드 물질을 제조하기 위한 극초단파 플라즈마 반응기
KR101454569B1 (ko) 합성 다이아몬드 물질을 제조하기 위한 마이크로파 플라즈마 반응기

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170511

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180510

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190508

Year of fee payment: 6