JP2015504972A - 大面積高光学的特性型合成多結晶ダイヤモンド窓 - Google Patents
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Abstract
Description
多結晶化学気相成長(CVD)ダイヤモンドウェーハであって、
125mm以上の最も長い直線寸法と、
200μm以上の厚さと、
少なくとも多結晶CVDダイヤモンドウェーハの中央領域について室温(公称298K)で測定された以下の特徴のうちの一方又は両方とを有し、中央領域は、円形であり、多結晶CVDダイヤモンドウェーハの中央箇所上に心出しされ且つ多結晶CVDダイヤモンドウェーハの最も長い直線寸法の少なくとも70%の直径を有し、かかる特徴は、
(1)10.6μmで0.2cm-1以下の吸収係数、及び
(2)145GHzで2×10-4以下の誘電損係数tanδである。
(3)多結晶CVDダイヤモンドウェーハの核形成フェースが引張り状態にある場合、200〜500μmの厚さについて760MPa×n以上、500〜750μmの厚さについて700MPa×n以上、750〜1000μmの厚さについて650MPa×n以上、1000〜1250μmの厚さについて600MPa×n以上、1250〜1500μmの厚さについて550MPa×n以上、1500〜1750μmの厚さについて500MPa×n以上、1750〜2000μmの厚さについて450MPa×n以上又は2000μm以上の厚さについて400MPa×n以上の引張り破壊強度(乗率nは、1.0、1.1、1.2、1.4、1.6、1.8又は2である)、
(4)多結晶CVDダイヤモンドウェーハの成長フェースが引張り状態にある場合、200〜500μmの厚さについて330MPa×n以上、500〜750μmの厚さについて300MPa×n以上、750〜1000μmの厚さについて275MPa×n以上、1000〜1250μmの厚さについて250MPa×n以上、1250〜1500μmの厚さについて225MPa×n以上、1500〜1750μmの厚さについて200MPa×n以上、1750〜2000μmの厚さについて175MPa×n以上又は2000μm以上の厚さについて150MPa×n以上の引張り破壊強度(乗率nは、1.0、1.1、1.2、1.4、1.6、1.8又は2である)、及び
(5)5μm以下、4μm以下、3μm以下、2μm以下、1μm以下、0.5μm以下、0.2μm以下又は0.1μm以下の表面平面度である。
(6)1mm2以下、0.5mm2以下又は0.1mm2以下の平均ブラックスポット密度、
(7)任意の3mm2領域内の4個以下、3個以下、2個以下又は1個以下のブラックスポットが存在するようなブラックスポット分布状態、
(8)2760cm-1から3030cm-1までの範囲内の修正直線バックグラウンドで測定して単位厚さ当たり0.20cm-2以下、0.15cm-2以下、0.10cm-2以下又は0.05cm-2以下の積分吸収係数、
(9)1900Wm-1K-1以上、2000Wm-1K-1以上、2100Wm-1K-1以上又は2200Wm-1K-1以上の熱伝導率、
(10)前面及び後面が15nm未満の二乗平均粗さまで研磨されている場合、0.7mmのサンプル厚さについて10.6μmで1%以下、0.5%以下又は0.1%以下の前方半球における全積分散乱率、及び
(11)2次イオン質量分析法によって測定して1017cm-3以下、5×1016cm-3以下、1016cm-3以下、5×1015cm-3以下又は1015cm-3以下の珪素濃度である。
ベース、頂部プレート及びベースから頂部プレートまで延びていて、マイクロ波共振モードを支えるための空胴共振器を構成する側壁を有するプラズマチャンバを有し、空胴共振器は、ベースから頂部プレートまで延びる中心回転対称軸線を有し、
プラズマチャンバのベースに向かう方向でリング状誘電体窓を経て頂部プレートを通ってマイクロ波をプラズマチャンバ中に誘導結合する環状誘電体窓を含むマイクロ波結合構造体を有し、
プラズマチャンバのベースに向かう方向で1つ又は2つ以上のガス入口ノズルを経て頂部プレートを通ってプロセスガスをプラズマチャンバ中に送り込むガス流システムを有し、
プラズマチャンバのベース内に設けられた基板ホルダを有し、基板ホルダは、使用中、多結晶CVDダイヤモンドウェーハを成長させることができる基板を支持する支持面を有し、
使用中、基板ホルダの支持面全体にわたる温度プロフィールを制御するよう液体冷却剤及び/又は気体冷却剤を基板ホルダに送る冷却剤送り出しシステムを含む基板温度制御システムを有し、
少なくとも、環状誘電体窓は、回転対称性であり、空胴共振器の中心回転対称軸線から0.2mmの範囲内に位置する回転対称軸線を有することを特徴とするマイクロ波プラズマ反応器が提供される。
基板を基板ホルダ上に配置するステップを含み、基板は、回転対称性であり、基板は、基板ホルダ上に配置されると、空胴共振器の中心回転対称軸線から1.0mmの範囲内に位置する回転対称軸線を有し、
15から40kWまでの範囲内の電力で環状誘電体窓を通ってマイクロ波をプラズマチャンバ内に送り込むステップを含み、
1つ又は2つ以上のガス入口ノズルを通ってプロセスガスをプロセスチャンバ中に送り込むステップを含み、プロセスガスは、98から99%までの範囲内の原子濃度の水素、0.3から1.1%までの範囲内の原子濃度の炭素及び30から270ppbまでの範囲内の原子濃度の窒素を含み、プロセスガスの全流量は、2000から15000sccmまでの範囲内にあり、プラズマチャンバ内の圧力は、140から235トルまでの範囲内にあり、
775から950℃までの範囲内の基板温度状態で基板上に多結晶CVDダイヤモンドウェーハを成長させるステップを含み、
多結晶CVDダイヤモンドウェーハをマイクロ波プラズマ反応器から取り出すステップを含み、
多結晶CVDダイヤモンドウェーハを研磨するステップを含むことを特徴とする方法が提供される。
マイクロ波結合構造体10は、マイクロ波を方形導波管から環状誘電体窓12に送るよう構成された同軸導波管を有する。同軸導波管は、内側導体及び外側導体を有する。環状誘電体窓は、マイクロ波透過性材料、例えば石英で作られ、この環状誘電体窓は、プラズマチャンバの頂部に真空密環状窓を形成する。マイクロ波発生器6及びマイクロ波結合構造体10は、適当な波長のマイクロ波を発生させてかかるマイクロ波をプラズマチャンバ中に誘導結合し、それにより使用中において基板5のすぐ上に位置した高エネルギー最大振幅を有する定在波をプラズマチャンバ内に形成するよう構成されている。
(i)導波管プレートは、冷却剤及び/又はプロセスガスの噴射を可能にする。
(ii)導波管プレートは、浮動中央同軸導体を支持する。
(iii)導波管プレートは、プラズマチャンバの上側部品と下側部品との間の結合部を形成する。
(iv)導波管プレートは、同軸導波管からのマイクロ波を基板に向かう軸方向をなしてプラズマチャンバ中に送り込む。
(v)導波管プレートは、環状誘電体窓を支持する。
プラズマチャンバは、使用中、定在マイクロ波を支える空胴共振器を形成するよう構成されている。一形態によれば、プラズマチャンバは、使用中、TM01n定在マイクロ波、例えばTM011モードを支えるよう構成されている。動作周波数は、400〜500MHzまでの範囲内又は800〜1000MHzまでの範囲内にあるのが良い。
(i)チャンバ内の共振モード純度を向上させると共にCVDダイヤモンド合成に必要な長時間スケールにわたって動作中、多くのモード相互間の複雑な連係を回避することができる。例えば、小径チャンバは、好ましくない高次モードを刺激するCVDダイヤモンド成長面の僅かな温度不安定性の問題を軽減することができる。
(ii)特定の比較的小さな直径範囲内で形成された空胴は、基板の頂部コーナのところに極めて強烈な半径方向電場(E‐フィールド)を形成しないで基板全体にわたる電場を一様にする基板のところの局所高次軸対称モードの生成を可能にすると考えられる。
(iii)比較的低いQファクタを有する小径空胴は、始動及び同調が容易であり、しかもマイクロ波源周波数のばらつきの影響を受けにくい。
基板をモデル化又は実験的測定によって示すことができる空胴共振器内に導入したときに電場プロフィールが著しく混乱状態になることが判明した。この点に関し、図4(a)〜(c)は、プラズマ反応器の空胴共振器内の基板の種々の高さにより電場がどのように変化するかを示す電場プロフィールプロットを示している。かかるプロットは、Y軸上の電場Ezの大きさと基板上の空胴共振器の直径を横切る横方向位置Xとの関係を示している。
上述の装置を用いて、広い領域にわたって高い光学的特性のCVDダイヤモンド材料を作製する方法を開発した。この方法は、
基板を基板ホルダ上に配置するステップを含み、基板は、回転対称性であり、この基板は、基板ホルダ上に配置されると、空胴共振器の中心回転対称軸線から1.0mmの範囲内に位置する回転対称軸線を有し、
15から40kWまで、20から35kWまで又は25から30kWまでの範囲内の電力で環状誘電体窓を通ってマイクロ波をプラズマチャンバ内に送り込むステップを含み、
1つ又は2つ以上のガス入口ノズルを通ってプロセスガスをプロセスチャンバ中に送り込むステップを含み、プロセスガスは、98から99%までの範囲内の原子濃度の水素、0.3から1.1%までの範囲内の原子濃度の炭素及び30から270ppbまでの範囲内の原子濃度の窒素を含み、プロセスガスの全流量は、2000から15000sccmまでの範囲内にあり、プラズマチャンバ内の圧力は、140から235トルまで、160から215トルまで又は180から205トルまでの範囲内にあり、
775から950℃まで、800から900℃まで又は825から875℃までの範囲内の基板温度状態で基板上に多結晶CVDダイヤモンドウェーハを成長させるステップを含み、
多結晶CVDダイヤモンドウェーハをマイクロ波プラズマ反応器から取り出すステップを含み、
多結晶CVDダイヤモンドウェーハを研磨するステップを含む。
上述した装置及びプロセス条件を用いて、図6(a)及び図6(b)に示されているような多結晶CVDダイヤモンドウェーハを作製することが可能である。多結晶CVDダイヤモンドウェーハは、多結晶化学気相成長(CVD)ダイヤモンドウェーハであって、
125mm以上の最も長い直線寸法と、
200μm以上の厚さと、
少なくとも多結晶CVDダイヤモンドウェーハの中央領域について室温(公称298K)で測定された以下の特徴のうちの一方又は両方とを有し、中央領域は、円形であり、多結晶CVDダイヤモンドウェーハの中央箇所上に心出しされ且つ多結晶CVDダイヤモンドウェーハの最も長い直線寸法の少なくとも70%の直径を有し、かかる特徴は、
(1)10.6μmで0.2cm-1以下、0.1cm-1以下,又は0.05cm-1以下の吸収係数、及び
(2)145GHzで2×10-4以上、10-4以下、5×10-4以下、10-5以下、5×10-6以下又は10-6以下の誘電損係数tanδである。
(3)多結晶CVDダイヤモンドウェーハの核形成フェースが引張り状態にある場合、200〜500μmの厚さについて760MPa×n以上、500〜750μmの厚さについて700MPa×n以上、750〜1000μmの厚さについて650MPa×n以上、1000〜1250μmの厚さについて600MPa×n以上、1250〜1500μmの厚さについて550MPa×n以上、1500〜1750μmの厚さについて500MPa×n以上、1750〜2000μmの厚さについて450MPa×n以上又は2000μm以上の厚さについて400MPa×n以上の引張り破壊強度(乗率nは、1.0、1.1、1.2、1.4、1.6、1.8又は2である)、
(4)多結晶CVDダイヤモンドウェーハの成長フェースが引張り状態にある場合、200〜500μmの厚さについて330MPa×n以上、500〜750μmの厚さについて300MPa×n以上、750〜1000μmの厚さについて275MPa×n以上、1000〜1250μmの厚さについて250MPa×n以上、1250〜1500μmの厚さについて225MPa×n以上、1500〜1750μmの厚さについて200MPa×n以上、1750〜2000μmの厚さについて175MPa×n以上又は2000μm以上の厚さについて150MPa×n以上の引張り破壊強度(乗率nは、1.0、1.1、1.2、1.4、1.6、1.8又は2である)、及び
(5)5μm以下、4μm以下、3μm以下、2μm以下、1μm以下、0.5μm以下、0.2μm以下又は0.1μm以下の表面平面度である。
(6)1mm2以下、0.5mm2以下又は0.1mm2以下の平均ブラックスポット密度、
(7)任意の3mm2領域内の4個以下、3個以下、2個以下又は1個以下のブラックスポットが存在するようなブラックスポット分布状態、
(8)2760cm-1から3030cm-1までの範囲内の修正直線バックグラウンドで測定して単位厚さ当たり0.20cm2以下、0.15cm2以下、0.10cm2以下又は0.05cm2以下の積分吸収係数、
(9)1900Wm-1K-1以上、2000Wm-1K-1以上、2100Wm-1K-1以上又は2200Wm-1K-1以上の熱伝導率、
(10)前面及び後面が15nm未満の二乗平均粗さまで研磨されている場合、0.7mmのサンプル厚さについて10.6μmで1%以下、0.5%以下又は0.1%以下の前方半球における全積分散乱率、及び
(11)2次イオン質量分析法によって測定して1017cm-3以下、5×1016cm-3以下、1016cm-3以下、5×1015cm-3以下又は1015cm-3以下の珪素濃度である。
吸収係数
レーザカロリメトリは、低誘電損材料及び光学部品の吸収率を測定するために選択された方法である。この測定の詳細は、「テスト・メソッド・フォア・アブソープタンス・オブ・オプティカル・レーザ・コンポーネンツ(Test method for absorptance of optical laser components)」,ISO/FDIS11551,インターナショナル・オーガニゼーション・フォア・スタンダーダイゼイション(International Organisation for Standardisation),ジュネーブ(Geneva),1995年及びジー・トゥリ他(G. Turri et al.),「オプティカル・アブソープション,ディポラリゼーション,アンド・スキャッタ・オブ・エピタキシアル・シングル‐クリスタル・ケミカル‐ベーパー‐デポジテッド・ダイヤモンド・アット1.064μm(Optical absorption, depolarization, and scatter of epitaxial single-crystal chemical-vapor-deposited diamond at 1.064 μm)」,オプティカル・エンジニアリング(Optical Engineering),2007年,46(6),064002に見受けられる。レーザカロリメトリでは、一定の期間の間、既知の出力のレーザにさらされた試験片の温度の時間依存性上昇及び下降を測定する。試験片の温度応答の分析から、吸収率Aを求めることができ、Aは、試験片によって吸収された入射レーザ出力のフラクションとして定義される。吸収係数αとサンプル厚さdの積が1よりも極めて小さい場合、α≒A/dである。この近似は、高い光学的特性の多結晶ダイヤモンドについて妥当である。加うるに、高光学的特性の多結晶ダイヤモンドは、10.6μmで動作するCO2レーザ光学系用に一般的に用いられている。したがって、CO2レーザの10.6μmラインを用いてレーザカロリメトリ測定を実施することは、本発明にとって特に適切である。カロリメトリ用の試験片は、次のように準備される。まず最初に、ウェーハの成長フェース及び核形成フェースを一様な所望の厚さまでラップ仕上げすると共に研磨する。合成の核形成段階中に取り込まれている場合のある汚染を除去するために核形成フェースから最低20μmを研磨除去する。次に、研磨状態のウェーハから一連のカロリメトリ試験片をレーザ加工する。これら試験片の両面を15nm未満の二乗平均粗さまで更に研磨する。
開放型共振器技術を用いて材料の誘電損係数tanδを測定する。共振器は、典型的には100000を超える極めて高い無負荷Qファクタによって特徴付けられ、この共振器は、非常に偏光されたTEM00nモードで動作し、この場合、nは、2つのリフレクタ相互間の誘導半波長の数を示している。サンプル厚さは、これが理想的には測定周波数での厚さの半波長の整数のものであるよう制御されなければならない。この技術は、サスマン他(Sussmann et al.),「プロパティーズ・オブ・バルク・ポリクリスタリン・シーブイディー・ダイヤモンド(Properties of bulk polycrystalline CVD diamond)」,ダイヤモンド・アンド・リレイテッド・マテリアルズ(Diamond and related materials),1994年,第3巻,p.303〜312に記載されている。
種々の技術を用いて材料の強度試験を実施するのが良く、これらの技術の全てには利点と欠点がある。これらは、当業者には周知である。強度に関する一試験方法は、所謂三点曲げ試験である。多結晶ダイヤモンド試験片へのこの技術の利用の仕方が、エー・アール・デイビス(A. R. Davies),ジェイ・イー・フィールド(J. E. Field),シー・エス・ジェイ・ピクルス(C. S. J. Pickles),「ストレングス・オブ・フリー‐スタンディング・ケミカリー・ベーパー‐デポジテッド・ダイヤモンド・メジャード・バイ・ア・レンジ・オブ・テクニックス(Strength of free-standing chemically vapour-deposited diamond measured by a range of techniques)」,フィロソフィカル・マガジン(Philosophical magazine),2003年,第83巻,第36号,p.4059〜4070に詳細に記載されている。成長させたままのCVDウェーハを次のように三点曲げ強度試験向きに前処理する。まず最初に、ウェーハの成長フェース及び核形成フェースを一様な所望の厚さまでラップ仕上げすると共に研磨する。合成の核形成段階中に取り込まれている場合のある汚染を除去するために核形成フェースから最低20μmを研磨除去する。次に、横方向寸法18mm×2mmの一連の40個の長方形強度試験片を研磨状態のウェーハからレーザ加工する。均一のサンプリングを行うためにこれら試験片をウェーハ全体から取り出す。三点曲げ試験を核形成フェースが引張り状態にある最初の20個のサンプルについて実施し、成長フェースが引張り状態にある次の20個のサンプルについて三点曲げ試験を実施する。各サンプルセットの算術平均を計算することによって核形成フェース及び成長フェースの平均強度を求める。
光学顕微鏡法がブラックスポットの分析に用いられている。一般に、多結晶ダイヤモンドサンプルの光学顕微鏡法により、合成中、個々の結晶粒中に形成される顕微鏡的亀裂状特徴部(「ブラックスポット」と呼ばれる)の存在が明らかになり、かかるブラックスポットは、大抵の場合、結晶粒間応力の結果であることが予想される。これらスポットは、様々な形状を有しているが、代表的には、約50〜100ミクロンの半径を有し、これらスポットは、膜の或る特定の物理的性質にマイナスの影響を及ぼすことが分かっている。ブラックスポットを×50顕微鏡下で検査することができる。
FTIRスペクトロメータを用いてサンプルの単位厚さ当たりの積分吸収率を測定する。膜内のCHX種のストレッチモードと関連した吸収率は、2760cm-1〜3030cm-1である。400cm-1〜4000cm-1を走査するFTIRスペクトロメータにおける5mmのアパーチュアサイズを用いて室温でこの吸収率を測定した。ピークから直線ベースラインを減算し、その後積分面積を計算する。この技術は、トゥイッチェン他(Twitchen et al.),「サーマル・コンダクティビティ・メジャーメンツ・オン・シーブイディー・ダイヤモンド(Thermal conductivity measurements on CVD diamond)」,ダイヤモンド・アンド・リレイティッド・マテリアルズ(Diamond and related materials),2001年,第10巻,p.731〜735に記載されている。
熱伝導率は、熱伝導率とFTIR吸収スペクトルのCHX成分との判明している関係式を用いて厚手のダイヤモンドウェーハで測定される。この関係式は、トゥイッチェン他(Twitchen et al.),「サーマル・コンダクティビティ・メジャーメンツ・オン・シーブイディー・ダイヤモンド(Thermal conductivity measurements on CVD diamond)」,ダイヤモンド・アンド・リレイティッド・マテリアルズ(Diamond and related materials),2001年,第10巻,p.731〜735に記載されている。ダイヤモンド窓のIRスペクトルの2760cm-1から3030cm-1までの範囲のCHX成分の積分面積は、直線ベースラインでいったん補正されると、ダイヤモンドの熱伝導率に定量的に関連付けられることが分かっている。
入射光ビームに対し2.5°以上の角度をなして前方に散乱された光を集めることができる所謂コブレンツ(Coblentz)球を用いて順方向における総積分散乱率を測定する。この技術は、ジェイ・シー・ストバー(J. C. Stover),「オプティカル・スキャッタリング:メジャーメント・アンド・アナリシス(Optical Scattering: Measurenent and Analysis)」,エスピーアイイー・プレス・モノグラフ(SPIE Press Monograph),1995年に記載されている。これらの測定についてCO2レーザの10.6μmラインが用いられる。散乱率測定のための試験片を次のように準備する。まず最初に、ウェーハの成長フェース及び核形成フェースを一様な所望の厚さまでラップ仕上げすると共に研磨する。合成の核形成段階中に取り込まれている場合のある汚染を除去するために核形成フェースから最低20μmを研磨除去する。次に、研磨状態のウェーハから一連のカロリメトリ試験片をレーザ加工する。これら試験片の両面を15nm未満の二乗平均粗さまで更に研磨する。
標準型ラッピング及び研磨プロセスを用いて多結晶CVDウェーハを合成するのに適した140mm直径の高融点金属カーバイド形成基板を前処理して20〜60nmのRaを備えた表面を作った。
Claims (25)
- 多結晶化学気相成長(CVD)ダイヤモンドウェーハであって、
125mm以上の最も長い直線寸法と、
200μm以上の厚さと、
少なくとも前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハの中央領域について室温(公称298K)で測定された以下の特徴のうちの一方又は両方とを有し、前記中央領域は、円形であり、前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハの中央箇所上に心出しされ且つ前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハの前記最も長い直線寸法の少なくとも70%の直径を有し、当該特徴は、
10.6μmで0.2cm-1以下の吸収係数、及び
145GHzで2×10-4以下の誘電損係数tanδである、多結晶CVDダイヤモンドウェーハ。 - 前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハは、少なくとも前記中央領域について以下の特徴のうちの1つ又は2つ以上を更に有し、当該特徴は、
前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハの核形成フェースが引張り状態にある場合、200〜500μmの厚さについて760MPa×n以上、500〜750μmの厚さについて700MPa×n以上、750〜1000μmの厚さについて650MPa×n以上、1000〜1250μmの厚さについて600MPa×n以上、1250〜1500μmの厚さについて550MPa×n以上、1500〜1750μmの厚さについて500MPa×n以上、1750〜2000μmの厚さについて450MPa×n以上又は2000μm以上の厚さについて400MPa×n以上の引張り破壊強度(乗率nは、1.0、1.1、1.2、1.4、1.6、1.8又は2である)、
前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハの成長フェースが引張り状態にある場合、200〜500μmの厚さについて330MPa×n以上、500〜750μmの厚さについて300MPa×n以上、750〜1000μmの厚さについて275MPa×n以上、1000〜1250μmの厚さについて250MPa×n以上、1250〜1500μmの厚さについて225MPa×n以上、1500〜1750μmの厚さについて200MPa×n以上、1750〜2000μmの厚さについて175MPa×n以上又は2000μm以上の厚さについて150MPa×n以上の引張り破壊強度(乗率nは、1.0、1.1、1.2、1.4、1.6、1.8又は2である)、及び
5μm以下、4μm以下、3μm以下、2μm以下、1μm以下、0.5μm以下、0.2μm以下又は0.1μm以下の表面平面度である、請求項1記載の多結晶CVDダイヤモンドウェーハ。 - 前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハは、少なくとも前記中央領域について以下の特徴のうちの1つ又は2つ以上を更に有し、当該特徴は、
1mm2以下、0.5mm2以下又は0.1mm2以下の平均ブラックスポット密度、
任意の3mm2領域内の4個以下、3個以下、2個以下又は1個以下のブラックスポットが存在するようなブラックスポット分布状態、
2760cm-1から3030cm-1までの範囲内の修正直線バックグラウンドで測定して単位厚さ当たり0.20cm2以下、0.15cm2以下、0.10cm2以下又は0.05cm2以下の積分吸収係数、
1900Wm-1K-1以上、2000Wm-1K-1以上、2100Wm-1K-1以上又は2200Wm-1K-1以上の熱伝導率、
前面及び後面が15nm未満の二乗平均粗さまで研磨されている場合、0.7mmのサンプル厚さについて10.6μmで1%以下、0.5%以下又は0.1%以下の前方半球における全積分散乱率、及び
2次イオン質量分析法によって測定して1017cm-3以下、5×1016cm-3以下、1016cm-3以下、5×1015cm-3以下又は1015cm-3以下の珪素濃度である、請求項1又は2記載の多結晶CVDダイヤモンドウェーハ。 - 前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハは、前記特徴のうちの2つ、3つ、4つ、5つ、6つ、7つ、8つ、9つ、10個又は11個全てを有する、請求項1〜3のうちいずれか一に記載の多結晶CVDダイヤモンドウェーハ。
- 最も大きな直線寸法は、130mm以上、135mm以上、140mm以上、145mm以上又は150mm以上である、請求項1〜4のうちいずれか一に記載の多結晶CVDダイヤモンドウェーハ。
- 前記中央領域の直径は、前記最も大きな直線寸法の少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%又は少なくとも99%である、請求項1〜5のうちいずれか一に記載の多結晶CVDダイヤモンドウェーハ。
- 前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハは、125mm以上、130mm以上、135mm以上、140mm以上、145mm以上、150mm以上又は160mm以上の少なくとも2つの互いに直交する直線寸法を有する、請求項1〜6のうちいずれか一に記載の多結晶CVDダイヤモンドウェーハ。
- 前記厚さは、250μm以上、350μm以上、450μm以上、500μm以上、750μm以上、1000μm以上、1500μm以上又は2000μm以上である、請求項1〜7のうちいずれか一に記載の多結晶CVDダイヤモンドウェーハ。
- 室温で測定した前記積分吸収係数は、10.6μmで0.1cm-1以下又は0.05cm-1以下である、請求項1〜8のうちいずれか一に記載の多結晶CVDダイヤモンドウェーハ。
- 145GHzにおいて室温で測定した誘電損係数tanδは、10-4以下、5×10-5以下、10-5以下、5×10-6以下又は10-6以下である、請求項1〜9のうちいずれか一に記載の多結晶CVDダイヤモンドウェーハ。
- 前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハは、酸素を末端基とする表面を有する、請求項1〜10のうちいずれか一に記載の多結晶CVDダイヤモンドウェーハ。
- 前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハの表面粗さは、200nm以下、150nm以下、100nm以下、80nm以下、60nm以下又は40nm以下である、請求項1〜11のうちいずれか一に記載の多結晶CVDダイヤモンドウェーハ。
- 反射防止又は回折構造が前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハの表面内又は表面上に形成されている、請求項1〜12のうちいずれか一に記載の多結晶CVDダイヤモンドウェーハ。
- 請求項1〜13のうちいずれか一に記載の多結晶CVDダイヤモンドウェーハを作製するためのマイクロ波プラズマ反応器であって、前記マイクロ波プラズマ反応器は、
ベース、頂部プレート及び前記ベースから前記頂部プレートまで延びていて、マイクロ波共振モードを支えるための空胴共振器を構成する側壁を有するプラズマチャンバを有し、前記空胴共振器は、前記ベースから前記頂部プレートまで延びる中心回転対称軸線を有し、
前記プラズマチャンバの前記ベースに向かう方向でリング状誘電体窓を経て前記頂部プレートを通ってマイクロ波を前記プラズマチャンバ中に誘導結合する環状誘電体窓を含むマイクロ波結合構造体を有し、
前記プラズマチャンバの前記ベースに向かう方向で1つ又は2つ以上のガス入口ノズルを経て前記頂部プレートを通ってプロセスガスを前記プラズマチャンバ中に送り込むガス流システムを有し、
前記プラズマチャンバの前記ベース内に設けられた基板ホルダを有し、前記基板ホルダは、使用中、前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハを成長させることができる基板を支持する支持面を有し、
使用中、基板ホルダの前記支持面全体にわたる温度プロフィールを制御するよう液体冷却剤及び/又は気体冷却剤を前記基板ホルダに送る冷却剤送り出しシステムを含む基板温度制御システムを有し、
少なくとも、前記環状誘電体窓は、回転対称性であり、前記空胴共振器の前記中心回転対称軸線から0.2mmの範囲内に位置する回転対称軸線を有する、マイクロ波プラズマ反応器。 - 前記環状誘電体窓は、前記空胴共振器の前記中心回転対称軸線から0.15mm、0.10mm又は0.05mmの範囲内に位置する回転対称軸線を有する、請求項14記載のマイクロ波プラズマ反応器。
- 前記基板ホルダ及び前記1つ又は2つ以上のガス入口ノズルのうちの少なくとも1つは、前記空胴共振器の前記中心回転対称軸線から1.0mm、0.5mm、0.25mm、0.2mm、0.15mm、0.10mm又は0.05mmの範囲内に位置する回転対称軸線を有する、請求項14又は15記載のマイクロ波プラズマ反応器。
- 請求項14〜17のうちいずれか一に記載のマイクロ波プラズマ反応器を用いて請求項1〜13のうちいずれか一に記載の多結晶CVDダイヤモンドウェーハを作製する方法であって、前記方法は、
基板を前記基板ホルダ上に配置するステップを含み、前記基板は、回転対称性であり、前記基板は、前記基板ホルダ上に配置されると、前記空胴共振器の前記中心回転対称軸線から1.0mmの範囲内に位置する回転対称軸線を有し、
15から40kWまでの範囲内の電力で前記環状誘電体窓を通ってマイクロ波を前記プラズマチャンバ内に送り込むステップを含み、
前記1つ又は2つ以上のガス入口ノズルを通ってプロセスガスを前記プロセスチャンバ中に送り込むステップを含み、前記プロセスガスは、98から99%までの範囲内の原子濃度の水素、0.3から1.1%までの範囲内の原子濃度の炭素及び30から270ppbまでの範囲内の原子濃度の窒素を含み、前記プロセスガスの全流量は、2000から15000sccmまでの範囲内にあり、前記プラズマチャンバ内の圧力は、140から235トルまでの範囲内にあり、
775から950℃までの範囲内の基板温度状態で前記基板上に多結晶CVDダイヤモンドウェーハを成長させるステップを含み、
前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハを前記マイクロ波プラズマ反応器から取り出すステップを含み、
前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハを研磨するステップを含む、方法。 - 前記基板の前記回転対称軸線は、前記基板ホルダ上に配置されると、前記空胴共振器の前記中心回転対称軸線から0.5mm又は0.2mmの範囲内に位置する、請求項17記載の方法。
- マイクロ波は、20から35kWの範囲又は25から30kWの範囲内の電力で前記環状誘電体窓を通って前記プラズマチャンバ中に送り込まれる、請求項17又は18記載の方法。
- 前記プラズマチャンバ内の圧力は、150から215トル又は180から205トルまでの範囲内にある、請求項17〜19のうちいずれか一に記載の方法。
- 前記基板温度は、800〜900℃までの範囲又は825〜875℃の範囲内にある、請求項17〜20のうちいずれか一に記載の方法。
- 前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハの成長速度は、前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハの厚さが増大するにつれて減少する、請求項17〜21のうちいずれか一に記載の方法。
- 前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハの前記成長速度は、基板上における前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハの成長中、炭素の原子濃度及び/又は窒素の原子濃度を減少させることによって前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハの厚さが増大するにつれて減少する、請求項17〜22のうちいずれか一に記載の方法。
- 研磨後にプラズマ又は化学的処理を実施して前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハ上に酸素を末端基とする表面を生じさせるステップを更に含む、請求項17〜23のうちいずれか一に記載の方法。
- 前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハを使用のための小さな単位品の状態に切断するステップを更に含む、請求項17〜24のうちいずれか一に記載の方法。
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