JP4953153B2 - マイクロ波プラズマcvd装置 - Google Patents
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Description
すなわち本発明によるマイクロ波プラズマCVD装置は、少なくとも、マイクロ波を導入するための開口部を上部中心に1つ持つ真空槽と、該開口部にマイクロ波を誘導するための導波管と、該真空槽内にマイクロ波を導入するための誘電体窓と、該真空槽にマイクロ波を導入するための先端に電極部が形成されたアンテナ部と、該真空槽内の下部に基材を支持するための基材支持台とを有し、該基材支持台と前記開口部とは対向しており、該真空槽内面と電極部とで該誘電体窓を狭持したマイクロ波プラズマCVD装置であって、該電極部端面の大きさが該誘電体窓端面の大きさ以上であって、該電極部端面によって該誘電体窓端面が隠蔽されており、且つ、該電極部の真空槽中心側の面の中央部に凹部が形成されていることを特徴とする。
あるいは、本発明によるマイクロ波プラズマCVD装置の凹部の表面が、球面であることを特徴としてもよい。
真空槽1は金属製、好ましくはステンレス製、モリブデン製、アルミ製であり、円形開口部2を上部中心に持ち、また、側面には真空槽内部3を観察するための覗き窓4を持つ。覗き窓4のポート5は、覗き窓4からマイクロ波が漏えいしないような直径及び長さが選択されている。覗き窓4は石英、コバールなど可視光に対して透明な材質が使用可能である。真空槽下部にはダイヤモンドを成長させるための下地基材10を保持するための基材支持台11が配置される。基材支持台11は真空槽と同様に金属製であり、上下の位置調整が可能であるとともに、内部には冷却水配管及びヒーターが組み込まれており、下地基材10の温度が調節可能である。
その結果、アンテナ部25の先端の電極部24をリング状誘電体窓22以上の直径とし、且つ、電極部24下部に1つの凹部26を形成すれば、前記目的が達成されることを見出したものである。
<実施例1>
図1に示すマイクロ波プラズマCVD装置を作製し、半導体ダイヤモンドの合成を試みた。装置構成部品の材質として、金属部品にはステンレスを、誘電体部品には石英を用いた。基材10としては、50mmφ×2mmtのモリブデン円板上の中心及び外周部に四回対称に、2×2×0.3mmtの高温高圧合成IIa(111)単結晶基板を配置したものを用いた。原料ガス供給配管40から、マスフローコントローラで流量を調整した水素、メタン、ホスフィンを真空槽内部3に導入した。ガス流量はそれぞれ、水素1slm、メタン0.5sccm、ホスフィン(水素希釈1,000ppm)1sccmとした。排気配管41の圧力調整バルブを調節して真空槽内部3の圧力を100Torrに保った。マイクロ波20の電力を3kWとしてプラズマ42を発生させた。
図1に示すマイクロ波プラズマCVD装置のアンテナ部25を交換して図2に示す回転楕円面の凹部27を持つ構成とし、基材10として、60mmφ×2mmtのモリブデン円板上の中心及び外周部に四回対称に、2×2×0.3mmtの高温高圧合成IIa(111)単結晶基板を配置したものを用いて、実施例1と同様の実験を行った。マイクロ波20の電力を3kWとしてプラズマ42を発生させ、基材支持台11の上下位置を調整したところ、5つ配置した単結晶基板全てが半球形状のプラズマ42で覆われた。覗き窓4より放射温度計で5つの基材温度を900±10℃に保ち、6時間ダイヤモンド薄膜合成を行った。合成時間中プラズマの挙動を観察したが、基材真上で安定していた。
上記条件で基材10をセットせずに真空槽内部3の圧力を10〜200Torr、マイクロ波電力を0.5〜5kWの間で調節してプラズマ42を発生させたが、基材支持台11の上下位置を調整することで、60mmφ程度の半球状のプラズマ42を基材支持台11の真上で安定して発生させることができた。
図1に示すマイクロ波プラズマCVD装置のアンテナ部25を交換して図3に示す球面の凹部28を持つ構成とし、基材10として、70mmφ×2mmtのモリブデン円板上の中心及び外周部に四回対称に、2×2×0.3mmtの高温高圧合成IIa(111)単結晶基板を配置したものを用いて、実施例1と同様の実験を行った。マイクロ波20の電力を3kWとしてプラズマ42を発生させ、基材支持台11の上下位置を調整したところ、5つ配置した単結晶基板全てが半球形状のプラズマ42で覆われた。覗き窓4より放射温度計で5つの基材温度を900±10℃に保ち、6時間ダイヤモンド薄膜合成を行った。合成時間中プラズマの挙動を観察したが、基材真上で安定していた。
上記条件で基材10をセットせずに真空槽内部3の圧力を10〜200Torr、マイクロ波電力を0.5〜5kWの間で調節してプラズマ42を発生させたが、基材支持台11の上下位置を調整することで、70mmφ程度の半球状のプラズマ42を基材支持台11の真上で安定して発生させることができた。
2 円形開口部
3 真空槽内部
4 覗き窓
5 ポート
10 下地基材
11 基材支持台
20 マイクロ波
21 円筒導波管
22 誘電体窓
23 丸棒部
24,34,44 電極部
25 アンテナ部
26,27,28 凹部
40 減量ガス供給配管
41 排気配管
42 プラズマ
Claims (3)
- 少なくとも、マイクロ波を導入するための開口部を上部中心に1つ持つ真空槽と、該開口部にマイクロ波を誘導するための導波管と、該真空槽内にマイクロ波を導入するための誘電体窓と、該真空槽にマイクロ波を導入するための先端に電極部が形成されたアンテナ部と、該真空槽内の下部に基材を支持するための基材支持台とを有し、該基材支持台と前記開口部とは対向しており、該真空槽内面と電極部とで該誘電体窓を狭持したマイクロ波プラズマCVD装置であって、該電極部端面の大きさが該誘電体窓端面の大きさ以上であって、該電極部端面によって該誘電体窓端面が隠蔽されており、且つ、該電極部の真空槽中心側の面の中央部に凹部が形成されていることを特徴とするマイクロ波プラズマCVD装置。
- 前記凹部の表面が、回転楕円面であることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマCVD装置。
- 前記凹部の表面が、球面であることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマCVD装置。
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