JP7304280B2

JP7304280B2 - ダイヤモンド合成用ｃｖｄ装置

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Publication number: JP7304280B2
Application number: JP2019223538A
Authority: JP
Inventors: 修有屋田; 邦彦森; 芳恭小島
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Current assignee: ARIOS Inc
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2023-07-06
Anticipated expiration: 2039-12-11
Also published as: JP2021091576A

Description

本発明は、ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置に係り、より詳細には、マイクロ波を用いたプラズマＣＶＤによりダイヤモンドを合成するためのダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置に関する。

ダイヤモンドは、高硬度であるだけでなく、高い熱伝導率、広い光透過波長帯域、低誘電率、及び化学的安定性といった特性を有し、そのうえ、ダイヤモンド自体が半導体として利用できるため、エレクトロニクス分野への幅広い応用が期待されている。

現在、良質なダイヤモンド半導体を合成するために、マイクロ波によるプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition、化学気相堆積法）法が広く用いられている。プラズマＣＶＤ法では、マイクロ波の高周波により水素とメタンとの混合プラズマを生成し、このプラズマ中での電子、イオン、ラジカル種による気相分子の分解・合成作用を利用して、基板上にダイヤモンドを成長させる。

特許文献１に、本願の出願人によって提案された、マイクロ波を用いたプラズマＣＶＤによりダイヤモンドを合成するダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置が記載されている。同文献に記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置では、中心に配置した試料ホルダにマイクロ波を集中させる球形チャンバーと、共振構造を有するアンテナとを組み合わせることにより、単結晶ダイヤモンドを高効率で成長させることができる。このダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置において、マイクロ波電力その他の成膜条件の最適化を図ることにより、現在、４００μｍ／ｈという世界トップレベルの成長速度が実現されている。

特許第４６４９１５３号公報

マイクロ波を用いてプラズマＣＶＤによりダイヤモンドを合成するダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置においては、通常、２ｍｍ角～３ｍｍ角のダイヤモンド基板上にダイヤモンドを成長させている。
一方、盛んに行われているパワー半導体やセンサーなどの応用研究には、より多くの高純度の単結晶ダイヤモンドが必要とされる。そのため、より大きな基板上でダイヤモンドを成長させることができるように、また、複数の基板上で同時にダイヤモンドを成長させることができるように、基板ホルダの大型化が要請されている。
ところが、特許文献１に記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置においては、球形チャンバーの中心部分にのみプラズマを集中させているため、大きな基板ホルダ全体で高速かつ均一にダイヤモンドを成長させることが困難であった。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであり、より広い面積で高速かつ均一にダイヤモンドを成長させることができるダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置は、基板の表面にダイヤモンド膜を形成するダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置であって、扁平なドーム形状を有する上半球面と扁平なドーム形状を有する下半球面とで構成された放電室と、前記下半球面を貫通して前記放電室の中心軸線に沿って延在し、前記放電室の内部へマイクロ波を供給する同軸アンテナ部材と、前記放電室内で、前記同軸アンテナ部材の先端部に取り付けられ、前記放電室の最大直径面に沿って前記中心軸線と同心に拡がった円盤状の共振アンテナと、円形外周を有し、前記共振アンテナの上面の中央に前記中心軸線と同心に配置された、前記基板が載置される載置台と、を備えることを特徴としている。

本発明のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置においては、放電室の上半球面を扁平なドーム形状とすることにより、放電室の上半球面の頂部付近と円盤状の共振アンテナとが接近する。その結果、放電室の頂部付近の電界が共振アンテナの上面に移動し、共振アンテナの上面の電界強度が高められる。
また、放電室の下半球面も扁平なドーム形状とすることにより、放電室内に露出している同軸アンテナの長さが短くなる。その結果、共振アンテナと接続している同軸アンテナの周囲の電界強度が低下し、共振アンテナの上面の電界強度が更に高められる。
さらに、本発明のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置においては、共振アンテナの上面に載置台を配置することにより、共振アンテナのみでは、共振アンテナの広い上面の中央部で電界強度が強くなる効果と、載置台では、載置台の周囲のエッジ部分に電界が集中し、中央に向かって電界強度が低下する効果とが組み合わせられた結果、載置台の上面の電界強度が均一化する。
このように、本発明のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置によれば、共振アンテナの上面の電界強度が高められることによって、ダイヤモンドの合成速度が向上し、さらに、載置台上で電界が均一化されるため、より広い領域で高速かつ均一にダイヤモンドを成長させることができる。

本発明によれば、より広い領域で高速かつ均一にダイヤモンドを成長させることができるダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置を提供することができる。

本発明の実施形態によるダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の概略断面図である。（ａ）及び（ｂ）は、ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の電界強度のシミュレーション結果を示す説明図である。（ａ）及び（ｂ）は、ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の電界強度のシミュレーション結果を示す説明図である。（ａ）及び（ｂ）は、ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の電界強度のシミュレーション結果を示す説明図である。（ａ）及び（ｂ）は、ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の電界強度のシミュレーション結果を示す説明図である。（ａ）及び（ｂ）は、ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の電界強度のシミュレーション結果を示す説明図である。本発明の実施形態によるダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の電界強度のシミュレーション結果を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態によるダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置を説明する。
図１に、本発明の実施形態のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の概略断面図を示す。同図に示すように、本実施形態のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置は、ダイヤモンド基板の表面に単結晶ダイヤモンド膜（ダイヤモンドの薄膜及び厚膜）を形成するダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置１００であって、扁平なドーム形状を有する上半球面１１と扁平なドーム形状を有する下半球面１２とで構成された放電室（真空チャンバ）１と、下半球面１２を貫通して放電室１の中心軸線Ａに沿って延在し、放電室１の内部へマイクロ波を供給する同軸アンテナ部材２と、放電室１内で、同軸アンテナ部材２の先端部に取り付けられ、放電室１の最大直径面１３に沿って中心軸線Ａと同心に拡がった円盤状の共振アンテナ（基板ホルダ）３と、円形外周を有し、共振アンテナ３の上面３１の中央に中心軸線Ａと同心に配置された、ダイヤモンド基板Ｓが載置される載置台（サセプタ）４とを備えている。

本実施形態では、放電室１の上半球面１１及び下半球面１２は、それぞれ扁平回転楕円体を赤道面で切断した半球形状を有する。扁平回転楕円体の赤道面が、放電室１の最大直径面１３となっている。ただし、最大直径面１３から下半球面１２の最低部１２ａまでの高さＨ２が、最大直径面１３から上半球面１１の最高部１１ａまでの高さＨ１よりも低くなっている。

具体的には、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合、シミュレーションの結果から、放電室１の最大直径面１３における直径（内径）は、２７０ｍｍ～３１０ｍｍが好ましく、例えば、３００ｍｍである。上半球面の扁平回転楕円体の極半径、即ち、最大直径面１３から上半球面１１の最高部１１ａまでの高さＨ１は、シミュレーションの結果から、８０ｍｍ～１００ｍｍが好ましく、例えば、９０ｍｍである。一方、下半球面の扁平回転楕円体の極半径、即ち、最大直径面１３から下半球面１２の最低部１２ａまでの高さＨ２は、シミュレーションの結果から、２０ｍｍ～４０ｍｍが好ましく、例えば、３０ｍｍである。高さＨ１及び高さＨ２がこの範囲内であるときに、プラズマと共振アンテナ３との接触が大きく、ダイヤモンド成長に適している。一方、この範囲から離れると、共振アンテナ３の上面３１上のプラズマが弱まる傾向がある。

ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置１００の各部の寸法は、２．４５ＧＨｚマイクロ波の波長に対するマイクロ波の波長の比率に合わせて比例させるとよい。
例えば、マイクロ波の周波数が９１５ＭＨｚの場合、シミュレーションの結果から、放電室１の最大直径面１３における直径（内径）は、７２０ｍｍ～８３０ｍｍが好ましく、例えば、８００ｍｍである。上半球面の扁平回転楕円体の極半径、即ち、最大直径面１３から上半球面１１の最高部１１ａまでの高さＨ１は、シミュレーションの結果から、２１０ｍｍ～２７０ｍｍが好ましく、例えば、２４０ｍｍである。一方、下半球面の扁平回転楕円体の極半径、即ち、最大直径面１３から下半球面１２の最低部１２ａまでの高さＨ２は、シミュレーションの結果から、５０ｍｍ～１１０ｍｍが好ましく、例えば、８０ｍｍである。
なお、下半球面１２の最低部１２ａは、同軸アンテナ部材２が貫通しているため、扁平回転楕円体の仮想の最低部、即ち、下半球面１２の扁平回転楕円体と中心軸線Ａとの交点である。

このように、放電室１の上半球面１２を扁平なドーム形状としたことにより、放電室１の上半球面１１の頂部付近と円盤状の共振アンテナ３とが接近する。その結果、放電室１の頂部付近の電界が共振アンテナ３の上面３１に移動し、共振アンテナ３の上面３１の電界強度が、放電室１の頂部付近の電界と直接接続することなく、高められる。

さらに、放電室１の下半球面１２も扁平なドーム形状としたことにより、放電室１内に露出している同軸アンテナ部材２の長さが短くなる。その結果、共振アンテナ３と接続している同軸アンテナ部材２の周囲の電界強度が低下し、共振アンテナ３の上面３１の電界強度が更に高められる。

放電室１の上半球面１１には、ポート１１０、１１１及びポート１１２が形成されている。ポート１１２は、反応ガス（例えば、水素（Ｈ２）とメタン（ＣＨ４）との混合ガス）の導入口及び放射温度計の窓として用いられる。また、ポート１１１は、ダイヤモンド膜の形成状態の観察に用いられる。

また、マイクロ波の電力を大きくすることにより、ダイヤモンドの成長速度も増加するが、放電室１も加熱される。このため、放電室１を冷却するための冷却水を通す冷却用パイプ１４が、放電室１の周囲に設けられている。放電室１は、アルミニウム合金で形成されているため、効果的に水冷を行うことができる。

同軸アンテナ部材２は、先端部が放電室１内に配置され、他端部（図示せず）が導波管５内に配置され、マイクロ波発振器（図示せず）から導波管５を伝搬してきたマイクロ波を放電室１内へ供給する。同軸アンテナ部材２の先端部には、共振アンテナ３が取り付けられ、マイクロ波の電力が同軸条件を満たしたまま、同軸アンテナ部材２から共振アンテナ３に給電される。

共振アンテナ３は、放電室１の最大直径面１３に沿って中心軸線Ａと同心に拡がった円盤状の形状を有し、実質的に平坦な上面３１を有している。また、共振アンテナ３の厚みは、中心から周辺に向かって徐々に薄くなっている。
具体的には、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合、シミュレーションの結果から、共振アンテナ３の直径は、１６０ｍｍ～１９０ｍｍが好ましく、例えば、１７０ｍｍである。共振アンテナ３の直径がこの範囲内であるときに、プラズマと共振アンテナ３との接触が大きく、ダイヤモンド成長に適している。一方、この範囲から離れると、共振アンテナ３の上面３１上のプラズマが弱まる傾向がある。
また、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合、シミュレーションの結果から、放電室１の最大直径部１０と共振アンテナ３の外周３０との距離Ｌは、４５ｍｍ～６５ｍｍが好ましいく、例えば、６０ｍｍである。距離Ｌがこの範囲内であるときに、プラズマと共振アンテナ３との接触が大きく、ダイヤモンド成長に適している。一方、この範囲から離れると、共振アンテナ３の上面３１上のプラズマが弱まる傾向がある。

マイクロ波の周波数が９１５ＭＨｚの場合、シミュレーションの結果から、共振アンテナ３の直径は、４２５ｍｍ～５１０ｍｍが好ましく、例えば、４５５ｍｍである。放電室１の最大直径部１０と共振アンテナ３の外周３０との距離Ｌは、１２０ｍｍ～１７５ｍｍが好ましく、例えば、１６０ｍｍである。
なお、共振アンテナ３の上面３１は、平坦でなくてもよく、例えば、中心部が高くなるように周辺部から中心部に向かって緩やかに傾斜していてもよい。

また、同軸アンテナ部材２の先端部から共振アンテナ３の上面３１の中心までの経路長は、マイクロ波の波長の実質的に（２ｎ＋１）／４倍である。これにより、共振アンテナ３の上面３１の中心に電界を集中させることができる。なお、この経路長は、放電室１の形状との関係で調整されるとよい。
なお、マイクロ波は、通常、２．４５ＧＨｚのものが使用されるが、他の周波数（例えば、９１５ＭＨｚ）の場合にも経路長を上記の式（（２ｎ＋１）／４）により計算し、設計することができる。

載置台４は円柱形状を有し、共振アンテナ３の上面３１の中央に形成された円形の凹部に配置される。
共振アンテナ３の上面３１に載置台４を配置することにより、共振アンテナ３の広い上面３１の中央部で電界強度が強くなる効果と、載置台４の周囲のエッジ部分に電界が集中し、中央に向かって電界強度が低下する効果とが組み合わせられた結果、載置台４の上面４１の電界強度が均一化する。

載置台４の直径は、放電を維持するため、マイクロ波の波長の１／２以下であることが好ましい。例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の波長は約１２ｃｍであるので、載置台４の直径は５０ｍｍ～６０ｍｍであることが好ましく、載置台４の直径をできるだけ大きくする観点から、６０ｍｍが好ましい。
また、マイクロ波の周波数が９１５ＭＨｚの場合には、載置台４の直径は、１３４ｍｍ～１６１ｍｍであることが好ましく、載置台４の直径をできるだけ大きくする観点から、１６１ｍｍが好ましい。９１５ＭＨｚのマクロ波を利用することにより、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を利用する場合よりも、載置台４の面積、即ち、プラズマ暴露する範囲を広くすることができる。
また、載置台４の高さは、５ｍｍ～１５ｍｍ、例えば１０ｍｍであるとよい。

載置台４上に載置された基板Ｓの温度をダイヤモンドの成長に適する１０００℃～１２００℃に保つため、例えば、周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波で６ｋＷの電力を供給する場合には、載置台４の直径は５０ｍｍ～６０ｍｍであることが好ましい。また、例えば、３ｋＷの電力を供給する場合には、載置台４の直径は、２０ｍｍ～２５ｍｍであることが好ましい。また、例えば、１ｋＷの電力を供給する場合には、載置台４の直径は、５ｍｍ～１０ｍｍであることが好ましい。
このように、マイクロ波の電力に応じて種々の直径の載置台４を用いることにより、マイクロ波が低出力であってもダイヤモンドの成長が可能である。このため、柔軟性の高い装置運用が可能である。

載置台４は、モリブデン（Ｍｏ）で形成されている。モリブデンは硬質であるため、モリブデン製の載置台４は、変形がなく、取り扱いが容易であるという利点を有する。そのうえ、モリブデンは高融点金属であり、水素脆性も炭素吸蔵も少ないため、炭素を含む水素雰囲気中において高温下で行われるダイヤモンド合成プロセスに用いて好適である。さらに、モリブデンは熱伝導率が高いため、モリブデン製の載置台４を介して、載置台４に載置された基板Ｓの冷却を行う場合に好適である。

載置台４上に載置された基板Ｓの温度をダイヤモンドの成長に適する１０００℃～１２００℃に保つため、共振アンテナ３内には、載置台４を水冷するための冷却機構が設けられている。冷却機構は、同軸アンテナ部材２内を通じて供給された冷却水を共振アンテナ３内の内部空洞内に循環させる構造となっている。

同軸アンテナ部材２が放電室１の下半球面１２の最低部１２ａを貫通しているため、放電室１の内部と外部とを遮断するように、真空シール部６が設けられている。真空シール部６は、マイクロ波の集中が少なく異常放電等が発生しないように考慮した位置に設けられている。また、シール部６に使用するＯリングの材質は、マイクロ波の吸収が極力少ないものを選定する必要がある。また、シール部６に使用する絶縁物は、誘電損失の少ないテフロン（登録商標）等が望ましいが、熱の影響を考えると石英などの耐熱性を有するものがより望ましい。

上述したように本実施形態のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置では、共振アンテナ３上の電界強度が高められるうえ、載置台４上で電界強度が均一化されるため、より広い領域で高速かつ均一にダイヤモンドを成長させることができる。
なお、載置台４に載置するダイヤモンド基板Ｓは、１つであってもよいし、複数であってもよい。

次に、図２～図７を参照して、従来のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置から、図１に示す本実施形態のＣＶＤ装置へ至る改良経過を説明する。
図２～図７は、ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の電界強度のシミュレーション結果を示す。図２～図７の各図では、電界の向きと強度を矢印で表すとともに、電界強度を明るさ（白さ）で表している。したがって、電界強度が高いところほど、矢印が長くなるとともに、明るく（白く）表され、電界強度が低いところほど、矢印が短くなるとともに、暗く（黒く）表されている。

まず、図２（ａ）に示す従来のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置における放電室（真空チャンバ）１ａは、直径１８０ｍｍの球形状を有している。放電室１ａ内へ、直径１０ｍｍの同軸アンテナ部材２及び同軸パイプ２０が延び、同軸アンテナ部材２の先端に基板ホルダ３ａが取り付けられている。この基板ホルダ３ａは、球状の放電室１ａの中心に配置されている。

次に、放電室１ａの直径を種々変えてシミュレーションを繰り返した結果、図２（ｂ）に示したように、放電室１ａの直径を２００ｍｍに拡張したときに、直径１５ｍｍの同軸アンテナ部材２の先端に取り付けられた基板ホルダ３ａ付近を中心とした同心球状の最適な電界分布が得られた。

次に、直径２００ｍｍの球状の放電室１ａにおいて、直径２０ｍｍの同軸アンテナ部材２の先端に取り付けられた基板ホルダ３ｂの直径を３０ｍｍに拡張すると、図３（ａ）に示すように、基板ホルダ３ｂの上面に電界集中が得られた。

そこで、図３（ｂ）に示すように、基板ホルダ３ｂを、定在波が得られやすいと期待された直径１２０ｍｍの円盤状に拡張した共振アンテナ３としたところ、かえって共振アンテナ３上の電界集中が得られなくなり、定在波が得られやすいと期待された直径１２０ｍｍの場合にも、共振アンテナ３の上面の電界強度が低下してしまった。

共振アンテナ３の直径を更に拡張したところ、図４（ａ）に示すように、直径１８０ｍｍで電界分布に変化が見られ、共振アンテナ３の上面の電界強度も若干強くなることが認められた。

そこで、共振アンテナ３の直径を１８０ｍｍとしたまま、放電室１ａの内径を３００ｍｍに拡張し、遮断が起きているのであれば、その緩和を試みたところ、図４（ｂ）に示すように、かえって電界が発散し、放電室１の天井付近に僅かに強い電界が認められるのみとなった。

このため、図５（ａ）に示すように、天井付近の電界が共振アンテナ３の上面へ移動するまで、放電室１ａを縦方向に圧縮して扁平回転楕円体の放電室１ｂとした。扁平回転楕円体の極半径を１５０ｍｍから９０ｍｍまで短縮したところで、天井付近の電界が共振アンテナ３の上面へ移動した。
しかし、依然として、図５（ａ）に示すように、共振アンテナ３の底面側と同軸アンテナ部材２を囲む同軸パイプ２０の上端との間に電界が集中している。

そこで、この電界集中を避けるために、同軸パイプ２０の上端を放電室１ｂの底面まで押し下げたところ、図５（ｂ）に示すように、放電室１ｂの天井付近ではなく、共振アンテナ３の上面の中央部に電界集中が得られた。
しかし、依然として、図５（ｂ）に示すように、共振アンテナ３の底面側と同軸アンテナ部材２との間では電界強度が高いままである。

そこで、この電界集中を強度を下げるために、放電室１の下面側の扁平回転楕円体の扁平率を増大させた。即ち、扁平回転楕円体の極半径を９０ｍｍから３０ｍｍまで小さくしたところ、図６（ａ）に示すように、共振アンテナ３の上面の中央部に強い電界集中が得られた。

なお、実際の放電室１においては真空シールが必要なため、真空シール部６が共振アンテナ３の根元の弱電界となる位置に配置されるように設計しているものの、真空シール部６の影響により、図６（ｂ）に示すように、放電室１内の電界強度が全体的に低下する。

次に、図７に示すように、共振アンテナ３の上面に、載置台（サセプタ）４を配置したところ、載置台４の上面の電界強度の均一化を図ることができた。これは、共振アンテナ３と載置台４とを組み合わせることによって、共振アンテナ３のみでは、共振アンテナ３の広い上面の中央部で電界強度が強くなる効果と、載置台４の周囲のエッジ部分に電界が集中し、中央に向かって電界強度が低下する効果とが組み合わせられた結果である。
そして、図７に示したダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置は、図１に示したものに相当する。
これにより、広い領域で高速かつ均一にダイヤモンドを成長させることができるダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の構成が明らかにされた。

［実施例］
次に、図１に示す本実施形態のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置の動作試験を行った。放電室１内の載置台４上に、４ｍｍ角の単結晶のダイヤモンド基板Ｓを載置し、メタンガス（ＣＨ４）を水素ガス（Ｈ２）で１％に希釈して、放電室１の圧力が２５ｋＰａになるように放電室１内に導入した。同時の酸素も１％導入した。なお、放電室１内の圧力は、超高純度のダイヤモンドを合成する場合においても、バックグラウンド圧力を超高真空とする必要はない。
そして、２．４５ＧＨｚ、３０００Ｗのマイクロ波を印加して、載置台４上にプラズマを発生させ、ダイヤモンド基板Ｓに成膜を行った。その結果、３０μｍ／ｈの成膜速度で、単結晶ダイヤモンド膜が成長した。プラズマの大きさに対するパワー密度から、特許文献１と同等以上の成長速度が得られていた。
また、マイクロ波の電力を大きくすることにより、ダイヤモンドの成長速度も増大するため、３ｋＷより高い６ｋＷまでの電力のマイクロ波を印加することによって、より高い成膜速度の実現が可能であることが明らかである。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲内で種々の変更及び変形を行うことができる。上述した実施形態では、単結晶のダイヤモンド基板上に単結晶ダイヤモンドの膜を形成するホモエピタキシャル成長の例を説明したが、ダイヤモンド基板以外の基板を使用するヘテロエピタキシャル成長も可能である。また、本発明では、成膜するダイヤモンドは単結晶ダイヤモンドに限定されず、多結晶ダイヤモンドでもよい。多結晶ダイヤモンドを成膜する場合には、通常、基板としてシリコン基板や金属基板が用いられる
また、上述した実施形態では、放電室の上半球面及び下半球面の内面形状を扁平楕円体とした例を説明したが、本実施形態では、放電室の上半球面及び下半球面の内面形状は、扁平楕円体に限定されない。

１，１ａ，１ｂ放電室
１０最大直径部
１１上半球面
１１０，１１１ポート
１２下半球面
１３最大直径面
１４冷却用パイプ
２同軸アンテナ部材
２０同軸パイプ
３，３ａ，３ｂ共振アンテナ（基板ホルダ）
３０外周
３１上面
４載置台
４１上面
５導波管
６真空シール部
１００ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置
Ｓダイヤモンド基板

Claims

基板の表面にダイヤモンド膜を形成するダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置であって、
扁平なドーム形状を有する上半球面と扁平なドーム形状を有する下半球面とで構成された放電室と、
前記下半球面を貫通して前記放電室の中心軸線に沿って延在し、前記放電室の内部へマイクロ波を供給する同軸アンテナ部材と、
前記放電室内で、前記同軸アンテナ部材の先端部に取り付けられ、前記放電室の最大直径面に沿って前記中心軸線と同心に拡がった円盤状の共振アンテナと、
円形外周を有し、前記共振アンテナの上面の中央に前記中心軸線と同心に配置された、前記基板が載置される載置台と、
を備えることを特徴とする、ダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。
マイクロ波の波長が２．４５ＧＨｚである場合に、前記共振アンテナの直径が、１６０ｍｍ～１９０ｍｍである
ことを特徴とする、請求項１記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。
マイクロ波の波長が２．４５ＧＨｚである場合に、前記放電室の最大直径部と前記共振アンテナの外周との距離が、４５ｍｍ～６５ｍｍである
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。
マイクロ波の波長が９１５ＭＨｚである場合に、前記共振アンテナの直径が、４２５ｍｍ～５１０ｍｍである
ことを特徴とする、請求項１記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。
マイクロ波の波長が９１５ＭＨｚである場合に、前記放電室の最大直径部と前記共振アンテナの外周との距離が、１２０ｍｍ～１７５ｍｍである
ことを特徴とする、請求項１又は４記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。
前記最大直径面から前記下半球面の最低部までの高さが、前記最大直径面から前記上半球面の最高部までの高さよりも低い
ことを特徴とする、請求項１～５のいずれかに記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。
前記放電室の前記上半球面及び前記下半球面は、それぞれ扁平回転楕円体を赤道面で切断した半球形状を有する
ことを特徴とする、請求項１～６のいずれかに記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。
マイクロ波の波長が２．４５ＧＨｚである場合に、
前記上半球面の扁平回転楕円体の極半径は、８０ｍｍ～１００ｍｍであり、
前記下半球面の扁平回転楕円体の極半径は、２０ｍｍ～４０ｍｍである
ことを特徴とする、請求項７記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。
マイクロ波の波長が９１５ＭＨｚである場合に、
前記上半球面の扁平回転楕円体の極半径は、２１０ｍｍ～２７０ｍｍであり、
前記下半球面の扁平回転楕円体の極半径は、５０ｍｍ～１１０ｍｍである
ことを特徴とする、請求項７記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。
前記同軸アンテナ部材の先端部から前記共振アンテナの上面の中心までの経路長が、マイクロ波の波長の実質的に（２ｎ＋１）／４倍である
ことを特徴とする、請求項１～９のいずれかに記載のダイヤモンド合成用ＣＶＤ装置。