JPH11273895A - マイクロ波を利用したプラズマ発生装置 - Google Patents
マイクロ波を利用したプラズマ発生装置Info
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- JPH11273895A JPH11273895A JP10093874A JP9387498A JPH11273895A JP H11273895 A JPH11273895 A JP H11273895A JP 10093874 A JP10093874 A JP 10093874A JP 9387498 A JP9387498 A JP 9387498A JP H11273895 A JPH11273895 A JP H11273895A
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Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイクロ波プラズマを利用して物体を加工処
理するプラズマ発生装置、例えば、物体面にダイヤモン
ドを化学気相成長させて物体をコ−テングしたり、物体
をスパッタリングし、エッチングし、または、物体をシ
ンタリングするためのプラズマ発生装置を計算式による
算出値にもとづいて装置設計すること。 【解決手段】 供給したガス(H2CH4)をプラズマ2
5によって加熱し、プラズマ化ガスによって物体28に
ダイヤモンドを化学気相成長させるプラズマ発生装置に
おいて、物体28に成長するダイヤモンドの厚み成長速
度H(r)、プラズマ25の中心部から物体28面上ま
での距離rとし、 H(r)=K・(1/r2) の計算式による算出値から、ダイヤモンドの厚み成長速
度H(r)、または、物体28の距離rを定める構成と
なっている。ただし、Kは真空度P、ガス流量L、マイ
クロ波出力Eなどから定まる比例係数である。
理するプラズマ発生装置、例えば、物体面にダイヤモン
ドを化学気相成長させて物体をコ−テングしたり、物体
をスパッタリングし、エッチングし、または、物体をシ
ンタリングするためのプラズマ発生装置を計算式による
算出値にもとづいて装置設計すること。 【解決手段】 供給したガス(H2CH4)をプラズマ2
5によって加熱し、プラズマ化ガスによって物体28に
ダイヤモンドを化学気相成長させるプラズマ発生装置に
おいて、物体28に成長するダイヤモンドの厚み成長速
度H(r)、プラズマ25の中心部から物体28面上ま
での距離rとし、 H(r)=K・(1/r2) の計算式による算出値から、ダイヤモンドの厚み成長速
度H(r)、または、物体28の距離rを定める構成と
なっている。ただし、Kは真空度P、ガス流量L、マイ
クロ波出力Eなどから定まる比例係数である。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空室に供給した
ガスをマイクロ波プラズマによって加熱し、プラズマ化
ガス(プラズマの作用を受けたガス)によって物体を加
工処理するためのプラズマ発生装置、例えば、物体面に
ダイヤモンドを化学気相成長させる等の物体のコ−テン
グ加工処理や物体のスパッタリング、エッチング、また
は、物体のシンタリングの加工処理を行なうプラズマ発
生装置に関する。
ガスをマイクロ波プラズマによって加熱し、プラズマ化
ガス(プラズマの作用を受けたガス)によって物体を加
工処理するためのプラズマ発生装置、例えば、物体面に
ダイヤモンドを化学気相成長させる等の物体のコ−テン
グ加工処理や物体のスパッタリング、エッチング、また
は、物体のシンタリングの加工処理を行なうプラズマ発
生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は物体面にダイヤモンドを化学気相
成長させて物体をコ−テング加工処理する第1の従来例
を示した空胴共振形のプラズマ発生装置の概略構成図で
ある。このプラズマ発生装置は、矩形導波管11により
マイクロ波MW(周波数:2450MHz)を伝送して
共振室(真空室)12内にプラズマ13を発生させる構
成となっている。
成長させて物体をコ−テング加工処理する第1の従来例
を示した空胴共振形のプラズマ発生装置の概略構成図で
ある。このプラズマ発生装置は、矩形導波管11により
マイクロ波MW(周波数:2450MHz)を伝送して
共振室(真空室)12内にプラズマ13を発生させる構
成となっている。
【0003】なお、導波管11は一端側が共振室12に
連結され、その他端側がインピ−ダンス整合器を介して
マイクロ波発振器に連結されている。また、この導波管
11と共振室12との間には、石英ガラスなどの誘電体
材料からなる隔壁14を設け、共振室12を気密構造と
してある。
連結され、その他端側がインピ−ダンス整合器を介して
マイクロ波発振器に連結されている。また、この導波管
11と共振室12との間には、石英ガラスなどの誘電体
材料からなる隔壁14を設け、共振室12を気密構造と
してある。
【0004】さらに、上記共振室12は真空ポンプ15
によって空気排出されて真空室となっており、また、こ
の共振室12には、水素(H2)ガス、メタン(CH4)
ガスなどがダイヤモンドの要素ガスとしてガス供給管1
6より供給される。そして、ダイヤモンドを成長させる
物体17(例えば、シリコンウェハ−等)は、共振室1
2内に発生するマイクロ波プラズマ13の発光部内に保
持されている。
によって空気排出されて真空室となっており、また、こ
の共振室12には、水素(H2)ガス、メタン(CH4)
ガスなどがダイヤモンドの要素ガスとしてガス供給管1
6より供給される。そして、ダイヤモンドを成長させる
物体17(例えば、シリコンウェハ−等)は、共振室1
2内に発生するマイクロ波プラズマ13の発光部内に保
持されている。
【0005】このようなプラズマ発生装置は、導波管1
1よりマイクロ波MWが伝送されると、マイクロ波の電
界強度が強くなる共振室12内の部所にプラズマ13が
発生する。このプラズマ13の発生によって水素ガスや
メタンガス等の要素ガスが加熱され、プラズマ化ガスに
よって物体17の面上にダイヤモンドを化学気相成長さ
せる。
1よりマイクロ波MWが伝送されると、マイクロ波の電
界強度が強くなる共振室12内の部所にプラズマ13が
発生する。このプラズマ13の発生によって水素ガスや
メタンガス等の要素ガスが加熱され、プラズマ化ガスに
よって物体17の面上にダイヤモンドを化学気相成長さ
せる。
【0006】図7は物体面にダイヤモンドを化学気相成
長させて物体をコ−テング加工処理する第2の従来例を
示した同軸線路形のプラズマ発生装置の概略構成図、図
8は図7上のA−A線断面図である。このプラズマ発生
装置は、外部導体21aとこの外部導体21aの内部中
央を通る棒状の内部導体21bとからなる同軸線路21
によってマイクロ波MW(周波数:2450MHz)を
伝送する構成となっている。つまり、この同軸線路21
がインピ−ダンス整合器22を介してマイクロ波発振器
に連結されている。
長させて物体をコ−テング加工処理する第2の従来例を
示した同軸線路形のプラズマ発生装置の概略構成図、図
8は図7上のA−A線断面図である。このプラズマ発生
装置は、外部導体21aとこの外部導体21aの内部中
央を通る棒状の内部導体21bとからなる同軸線路21
によってマイクロ波MW(周波数:2450MHz)を
伝送する構成となっている。つまり、この同軸線路21
がインピ−ダンス整合器22を介してマイクロ波発振器
に連結されている。
【0007】また、この同軸線路21の一端側が真空室
23に連結されている。この真空室23は気密構造とす
るため、真空室23と同軸線路21とを仕切部材24に
よって仕切ってある。なお、この仕切部材24は、マイ
クロ波を透過させ、マイクロ波電力を吸収しない石英ガ
ラスなどの誘電体材で形成されている。
23に連結されている。この真空室23は気密構造とす
るため、真空室23と同軸線路21とを仕切部材24に
よって仕切ってある。なお、この仕切部材24は、マイ
クロ波を透過させ、マイクロ波電力を吸収しない石英ガ
ラスなどの誘電体材で形成されている。
【0008】上記した同軸線路21の内部導体21b
は、その先端部21cが仕切部材24を通って真空室2
3内に突入している。そして、真空室23内に突入させ
た上記先端部21cは、マイクロ波電界がその先端で強
くなるように、マイクロ波の波長λに対して、(λ/
4)+n・(λ/2)の長さに定められている。(n=
0,1,2,3・・・・・・・・) また、上記した先端部21cの先端は、マイクロ波電界
を集中させ、プラズマ25を発生し易くするため鋭利の
形状となっている。
は、その先端部21cが仕切部材24を通って真空室2
3内に突入している。そして、真空室23内に突入させ
た上記先端部21cは、マイクロ波電界がその先端で強
くなるように、マイクロ波の波長λに対して、(λ/
4)+n・(λ/2)の長さに定められている。(n=
0,1,2,3・・・・・・・・) また、上記した先端部21cの先端は、マイクロ波電界
を集中させ、プラズマ25を発生し易くするため鋭利の
形状となっている。
【0009】上記した真空室23は、約1Torr〜数
百Torr程度の真空度に調整するための真空ポンプ2
6を備え、また、水素(H2)ガスやメタン(CH4)ガ
スなどのダイヤモンド要素ガスを真空室23に供給する
ガス供給管27を備えている。
百Torr程度の真空度に調整するための真空ポンプ2
6を備え、また、水素(H2)ガスやメタン(CH4)ガ
スなどのダイヤモンド要素ガスを真空室23に供給する
ガス供給管27を備えている。
【0010】一方、真空室23には、ダイヤモンドを化
学気相成長させる物体(例えば、シリコンウェハ−等)
28と、この物体28を取付けるようにして物体28を
加熱するヒ−タ29とが配設されている。そして、物体
28については、プラズマ25の発光部の外方、つま
り、プラズマ25の発光部外でダイヤモンドを化学気相
成長させることができる発光部外位置に配設する構成と
なっている。なお、30はヒ−タ29の給電線である。
学気相成長させる物体(例えば、シリコンウェハ−等)
28と、この物体28を取付けるようにして物体28を
加熱するヒ−タ29とが配設されている。そして、物体
28については、プラズマ25の発光部の外方、つま
り、プラズマ25の発光部外でダイヤモンドを化学気相
成長させることができる発光部外位置に配設する構成と
なっている。なお、30はヒ−タ29の給電線である。
【0011】この従来例のプラズマ発生装置は、同軸線
路21によってマイクロ波MWが伝送されると、内部導
体21bの先端部21cの先端でマイクロ波電界が強く
なりプラズマ25が発生する。これより、ダイヤモンド
の要素ガスがプラズマ25によって加熱し、プラズマ化
ガスが物体28上に降り注ぎダイヤモンドが化学気相成
長される。
路21によってマイクロ波MWが伝送されると、内部導
体21bの先端部21cの先端でマイクロ波電界が強く
なりプラズマ25が発生する。これより、ダイヤモンド
の要素ガスがプラズマ25によって加熱し、プラズマ化
ガスが物体28上に降り注ぎダイヤモンドが化学気相成
長される。
【0012】なお、ダイヤモンドを化学気相成長させる
上記した物体17、28は、ダイヤモンド基板などのよ
うにダイヤモンドの核をもった物体以外のものについて
は、ダイヤモンド粉を混合させたアルコ−ル液の容器に
入れ、この容器に超音波をかけたり、その他の手段によ
って物体面にダイヤモンドの核を作る前工程処理が行な
われる。
上記した物体17、28は、ダイヤモンド基板などのよ
うにダイヤモンドの核をもった物体以外のものについて
は、ダイヤモンド粉を混合させたアルコ−ル液の容器に
入れ、この容器に超音波をかけたり、その他の手段によ
って物体面にダイヤモンドの核を作る前工程処理が行な
われる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】マイクロ波プラズマを
使って物体を加工処理する上記したようなプラズマ発生
装置については、設計の拠り所となる基本的なモデルが
未だに存在しないため、経験に頼って装置設計を行なっ
ている現状にある。
使って物体を加工処理する上記したようなプラズマ発生
装置については、設計の拠り所となる基本的なモデルが
未だに存在しないため、経験に頼って装置設計を行なっ
ている現状にある。
【0014】例えば、プラズマと物体との立体的位置関
係によって加工処理速度がどのように変るのか皆目見当
がつかなかった。一般には、全てプラズマ発生装置の特
有の構造に左右されると考えられていた。
係によって加工処理速度がどのように変るのか皆目見当
がつかなかった。一般には、全てプラズマ発生装置の特
有の構造に左右されると考えられていた。
【0015】本発明は上記した実情にかんがみ、製品と
して必要となる物体のコ−テング、スパッタリング、エ
ッチング、シンタリングなどの加工処理状態を目標とし
て装置設計することができるマイクロ波を利用したプラ
ズマ発生装置を提供することを目的とする。
して必要となる物体のコ−テング、スパッタリング、エ
ッチング、シンタリングなどの加工処理状態を目標とし
て装置設計することができるマイクロ波を利用したプラ
ズマ発生装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明では、第1の発明として、真空室に供給し
たガスをマイクロ波プラズマによって加熱し、プラズマ
化ガスによって物体を加工処理するマイクロ波を利用し
たプラズマ発生装置において、プラズマの中心部から物
体面までの距離r、または、物体の加工処理速度H
(r)を、 H(r)=K・(1/r2) K: 真空度、ガス流量、マイクロ波出力等によって決
まる比例係数 の条件式にしたがって定めて構成したことを特徴とする
マイクロ波を利用したプラズマ発生装置を提案する。
ため、本発明では、第1の発明として、真空室に供給し
たガスをマイクロ波プラズマによって加熱し、プラズマ
化ガスによって物体を加工処理するマイクロ波を利用し
たプラズマ発生装置において、プラズマの中心部から物
体面までの距離r、または、物体の加工処理速度H
(r)を、 H(r)=K・(1/r2) K: 真空度、ガス流量、マイクロ波出力等によって決
まる比例係数 の条件式にしたがって定めて構成したことを特徴とする
マイクロ波を利用したプラズマ発生装置を提案する。
【0017】第2の発明としては、第1の発明のH
(r)=K・(1/r2)において、比例係数Kは、真
空室の真空度Pの3乗根に比例する係数としたことを特
徴とするマイクロ波を利用したプラズマ発生装置を提案
する。
(r)=K・(1/r2)において、比例係数Kは、真
空室の真空度Pの3乗根に比例する係数としたことを特
徴とするマイクロ波を利用したプラズマ発生装置を提案
する。
【0018】第3の発明としては、第1の発明のH
(r)=K・(1/r2)において、比例係数Kは、真
空室に供給するガス流量Lの3乗根に比例する係数とし
たことを特徴とするマイクロ波を利用したプラズマ発生
装置を提案する。
(r)=K・(1/r2)において、比例係数Kは、真
空室に供給するガス流量Lの3乗根に比例する係数とし
たことを特徴とするマイクロ波を利用したプラズマ発生
装置を提案する。
【0019】第4の発明としては、第1の発明のH
(r)=K・(1/r2)において、比例係数Kは、マ
イクロ波出力Eに比例する係数としたことを特徴とする
マイクロ波を利用したプラズマ発生装置を提案する。
(r)=K・(1/r2)において、比例係数Kは、マ
イクロ波出力Eに比例する係数としたことを特徴とする
マイクロ波を利用したプラズマ発生装置を提案する。
【0020】第5の発明としては、真空室に供給したガ
スをマイクロ波プラズマによって加熱し、プラズマ化ガ
スによって物体を加工処理するマイクロ波を利用したプ
ラズマ発生装置において、物体の加工処理速度H(r、
P、L、E)を、 H(r、P、L、E)=α・3√P・3√L・E・(1/r2) α: 装置構造等とガス組成によって定まる定数 P: 真空度 L: ガス流量 E: マイクロ波出力 の条件式にしたがって定めて構成したことを特徴とする
マイクロ波を利用したプラズマ発生装置を提案する。
スをマイクロ波プラズマによって加熱し、プラズマ化ガ
スによって物体を加工処理するマイクロ波を利用したプ
ラズマ発生装置において、物体の加工処理速度H(r、
P、L、E)を、 H(r、P、L、E)=α・3√P・3√L・E・(1/r2) α: 装置構造等とガス組成によって定まる定数 P: 真空度 L: ガス流量 E: マイクロ波出力 の条件式にしたがって定めて構成したことを特徴とする
マイクロ波を利用したプラズマ発生装置を提案する。
【0021】第6の発明としては、第1または第5の発
明において、物体の加工処理としてダイヤモンドの化学
気相成長を含む物体のコ−テングの他、物体のスパッタ
リング、エッチングまたはシンタリングを行なう構成と
したことを特徴とするマイクロ波を利用したプラズマ発
生装置を提案する。
明において、物体の加工処理としてダイヤモンドの化学
気相成長を含む物体のコ−テングの他、物体のスパッタ
リング、エッチングまたはシンタリングを行なう構成と
したことを特徴とするマイクロ波を利用したプラズマ発
生装置を提案する。
【0022】
【作用】プラズマ中心部から物体面までの距離r以外の
諸条件、つまり、真空室の真空度、真空室に供給するガ
ス流量、マイクロ波出力、ガス成分及び配合、処理する
物体の状態などの諸条件を比例係数Kとすれば、物体の
加工処理速度H(r)は、物体の距離rの2乗に反比例
する。すなわち、プラズマの発光部を点光源として、H
(r)=K・(1/r2)の式が成立する。
諸条件、つまり、真空室の真空度、真空室に供給するガ
ス流量、マイクロ波出力、ガス成分及び配合、処理する
物体の状態などの諸条件を比例係数Kとすれば、物体の
加工処理速度H(r)は、物体の距離rの2乗に反比例
する。すなわち、プラズマの発光部を点光源として、H
(r)=K・(1/r2)の式が成立する。
【0023】このことから、プラズマと物体の立体的な
位置関係によって物体の加工処理速度を知ることができ
る。例えば、プラズマ中心部からシリコンウェハ−まで
の距離によって、シリコンウェハ−に成長するダイヤモ
ンドの厚み成長速度、つまり、分布量が定まる。この結
果、第1の発明によれば、加工処理状態が予め定められ
た物体を生産する場合は、この物体の加工処理速度をH
(r)として上記した計算式より距離rを算出し、この
算出値にもとづいてプラズマ発生装置を設計することが
できる。
位置関係によって物体の加工処理速度を知ることができ
る。例えば、プラズマ中心部からシリコンウェハ−まで
の距離によって、シリコンウェハ−に成長するダイヤモ
ンドの厚み成長速度、つまり、分布量が定まる。この結
果、第1の発明によれば、加工処理状態が予め定められ
た物体を生産する場合は、この物体の加工処理速度をH
(r)として上記した計算式より距離rを算出し、この
算出値にもとづいてプラズマ発生装置を設計することが
できる。
【0024】また、上記の式H(r)=K・(1/
r2)において、比例係数Kは、真空室の真空度P、真
空室に供給するガス流量Lの3乗根に比例し、マイクロ
波出力Eに比例することが実験によって確認された。こ
の結果、第5の発明によれば、物体までの距離rの他
に、真空度P、ガス流量L、マイクロ波出力Eについて
も物体の加工処理にしたがって定めることができる。
r2)において、比例係数Kは、真空室の真空度P、真
空室に供給するガス流量Lの3乗根に比例し、マイクロ
波出力Eに比例することが実験によって確認された。こ
の結果、第5の発明によれば、物体までの距離rの他
に、真空度P、ガス流量L、マイクロ波出力Eについて
も物体の加工処理にしたがって定めることができる。
【0025】
【発明の実施の形態】本発明は物体をコ−テングした
り、物体をスパッタリング、エッチングしたりする他、
物体をシンタリングする等の加工処理装置として実施す
ることができるが、ダイヤモンドを化学気相成長させて
物体をコ−テングする実施形態について図面に沿って説
明する。図1は本発明の第1実施形態を示す空胴共振器
形のプラズマ発生装置の概略構成図である。
り、物体をスパッタリング、エッチングしたりする他、
物体をシンタリングする等の加工処理装置として実施す
ることができるが、ダイヤモンドを化学気相成長させて
物体をコ−テングする実施形態について図面に沿って説
明する。図1は本発明の第1実施形態を示す空胴共振器
形のプラズマ発生装置の概略構成図である。
【0026】この第1実施形態のプラズマ発生装置は、
ガス供給口部41aをマイクロ波プラズマ13の中心に
配設させたガス供給管41を備えている。また、このプ
ラズマ発生装置は、共振室12に連通させた真空室42
を設け、真空ポンプ15によってこの真空室42から空
気排出する構成としてある。
ガス供給口部41aをマイクロ波プラズマ13の中心に
配設させたガス供給管41を備えている。また、このプ
ラズマ発生装置は、共振室12に連通させた真空室42
を設け、真空ポンプ15によってこの真空室42から空
気排出する構成としてある。
【0027】さらに、この実施形態では、ダイヤモンド
を化学気相成長させる物体17をヒ−タ43に取付ける
と共に、この物体17がプラズマ13の発光部外となる
ように配設してある。なお、その他は図6に示す第1の
従来例と同様の構成であるので、同一の部材及び部所に
ついては同じ参照符号を付してその説明を省略する。
を化学気相成長させる物体17をヒ−タ43に取付ける
と共に、この物体17がプラズマ13の発光部外となる
ように配設してある。なお、その他は図6に示す第1の
従来例と同様の構成であるので、同一の部材及び部所に
ついては同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【0028】このように構成したプラズマ発生装置は、
真空室42に供給される水素ガスやメタンガスなどの要
素ガスがガス供給管41によって全てプラズマ13の中
心部に送り込まれる。この結果、供給される全ての要素
ガスがプラズマ13内に入り、プラズマ13によって加
熱され、プラズマ作用を受けたガスがヒ−タ43によっ
て昇温された物体(例えば、シリコンウェハ−、ダイヤ
モンド基板など)17の面上に降り注ぎダイヤモンドが
化学気相成長する。
真空室42に供給される水素ガスやメタンガスなどの要
素ガスがガス供給管41によって全てプラズマ13の中
心部に送り込まれる。この結果、供給される全ての要素
ガスがプラズマ13内に入り、プラズマ13によって加
熱され、プラズマ作用を受けたガスがヒ−タ43によっ
て昇温された物体(例えば、シリコンウェハ−、ダイヤ
モンド基板など)17の面上に降り注ぎダイヤモンドが
化学気相成長する。
【0029】このことから、ダイヤモンドの成長速度が
速く、ダイヤモンド生成効率の高いプラズマ発生装置と
なる。なお、上記したガス供給管41は、石英ガラス、
カ−ボン、高融点金属などの材料で構成する。
速く、ダイヤモンド生成効率の高いプラズマ発生装置と
なる。なお、上記したガス供給管41は、石英ガラス、
カ−ボン、高融点金属などの材料で構成する。
【0030】図2は本発明の第2実施形態を示す同軸線
路形のプラズマ発生装置の概略構成図、図3は図2上の
B−B線断面図、図4は同プラズマ発生装置のプラズマ
発光部を示す部分拡大図である。この第2実施形態のプ
ラズマ発生装置は、同軸線路21の内部導体21b内に
ガス供給管51を設けた構成となっている。なお、その
他は図7及び図8に示す第2の従来例と同様の構成であ
るので、同一の部材及び部所については同じ参照符号を
付してその説明を省略する。
路形のプラズマ発生装置の概略構成図、図3は図2上の
B−B線断面図、図4は同プラズマ発生装置のプラズマ
発光部を示す部分拡大図である。この第2実施形態のプ
ラズマ発生装置は、同軸線路21の内部導体21b内に
ガス供給管51を設けた構成となっている。なお、その
他は図7及び図8に示す第2の従来例と同様の構成であ
るので、同一の部材及び部所については同じ参照符号を
付してその説明を省略する。
【0031】上記したガス供給管51は、石英ガラス、
カ−ボン、高融点金属などの材料で構成し、その先端の
ガス供給口部51aが内部導体21bの先端部21cの
先端に位置するようになっている。このように構成した
プラズマ発生装置は、真空室23に供給される水素ガス
やメタンガスなどの要素ガスがガス供給管51によって
全てプラズマ25の中央に送り込まれる。
カ−ボン、高融点金属などの材料で構成し、その先端の
ガス供給口部51aが内部導体21bの先端部21cの
先端に位置するようになっている。このように構成した
プラズマ発生装置は、真空室23に供給される水素ガス
やメタンガスなどの要素ガスがガス供給管51によって
全てプラズマ25の中央に送り込まれる。
【0032】この結果、供給された全ての要素ガスがプ
ラズマ25内に入り、プラズマ25によって加熱され、
プラズマ作用を受けたガスがヒ−タ29により昇温され
た物体28に降り注ぎ、物体(シリコンウェハ−、ダイ
ヤモンド基板など)28の面上にダイヤモンドが化学気
相成長する。このことから、ダイヤモンドの成長速度が
速く、また、ダイヤモンドがプラズマ25によって加熱
されたガスのみによって成長することから、均一化され
た結晶のダイヤモンドが生成する。
ラズマ25内に入り、プラズマ25によって加熱され、
プラズマ作用を受けたガスがヒ−タ29により昇温され
た物体28に降り注ぎ、物体(シリコンウェハ−、ダイ
ヤモンド基板など)28の面上にダイヤモンドが化学気
相成長する。このことから、ダイヤモンドの成長速度が
速く、また、ダイヤモンドがプラズマ25によって加熱
されたガスのみによって成長することから、均一化され
た結晶のダイヤモンドが生成する。
【0033】上記のように構成した第1、第2実施形態
のプラズマ発生装置は、ダイヤモンドの厚み成長速度が
プラズマ(13、25)に対する物体(17、28)の
位置によって大きく変るため、所定のダイヤモンド厚み
の製品(例えば、シリコンウェハ−)を生産する場合
に、物体(17、28)の距離rを設定することが重要
となる。
のプラズマ発生装置は、ダイヤモンドの厚み成長速度が
プラズマ(13、25)に対する物体(17、28)の
位置によって大きく変るため、所定のダイヤモンド厚み
の製品(例えば、シリコンウェハ−)を生産する場合
に、物体(17、28)の距離rを設定することが重要
となる。
【0034】しかし、この距離rをどのように設定すれ
ばよいのかの目安がないため、実験を繰返して設定した
り、経験にもとづいて設定する他はなかった。そこで、
上記実施形態では、 H(r)=K・(1/r2) ・・・・・(1) から距離rを算出し、この算出値にしたがって上記距離
rが設定してある。
ばよいのかの目安がないため、実験を繰返して設定した
り、経験にもとづいて設定する他はなかった。そこで、
上記実施形態では、 H(r)=K・(1/r2) ・・・・・(1) から距離rを算出し、この算出値にしたがって上記距離
rが設定してある。
【0035】すなわち、所定のダイヤモンド厚みを得る
ためのダイヤモンド成長速度を加工処理速度H(r)と
すれば、この成長速度H(r)が、プラズマ(13、2
5)の中心部から物体(17、28)面までの距離rの
2乗に反比例して定まることが本出願の発明者によって
確認された。すなわち、プラズマの中心から放射される
粒子にガウスの定理が当てはまる。ガウスの定理を粒子
について当てはめて説明する。点源(プラズマの中心)
から単位時間に同量の粒子が連続的に放出されている。
この時、点源から放出される粒子は、点源を中心として
単位半径の単位球の表面のどの部分にも均等に降り注
ぐ。単位時間に点源から放出された粒子の数と、単位球
表面上に単位時間降り注ぐ粒子の数は同じである。球の
半径が大きくなった場合でも、この球表面に単位時間に
降り注ぐ粒子の数は、単位球表面に単位時間に降り注ぐ
粒子の数と同じである。また、この球表面のどの部分に
も均等に降り注ぐ。点源から放出される粒子数が時間的
に変化する場合も、球表面に粒子が到達する時間を考慮
すれば上記のことは成立する。
ためのダイヤモンド成長速度を加工処理速度H(r)と
すれば、この成長速度H(r)が、プラズマ(13、2
5)の中心部から物体(17、28)面までの距離rの
2乗に反比例して定まることが本出願の発明者によって
確認された。すなわち、プラズマの中心から放射される
粒子にガウスの定理が当てはまる。ガウスの定理を粒子
について当てはめて説明する。点源(プラズマの中心)
から単位時間に同量の粒子が連続的に放出されている。
この時、点源から放出される粒子は、点源を中心として
単位半径の単位球の表面のどの部分にも均等に降り注
ぐ。単位時間に点源から放出された粒子の数と、単位球
表面上に単位時間降り注ぐ粒子の数は同じである。球の
半径が大きくなった場合でも、この球表面に単位時間に
降り注ぐ粒子の数は、単位球表面に単位時間に降り注ぐ
粒子の数と同じである。また、この球表面のどの部分に
も均等に降り注ぐ。点源から放出される粒子数が時間的
に変化する場合も、球表面に粒子が到達する時間を考慮
すれば上記のことは成立する。
【0036】つまり、プラズマ(13、25)と物体
(17、28)は相互作用をもたないが、放射する粒子
の線は逆2乗で拡散することから、ニュ−トンの万有引
力の法則、F(r)=GMm・(1/r2)や電荷に働
く力を示すク−ロンの法則、F(r)=(Qq/4πε
0)・(1/r2)と同様に考えられ、ダイヤモンドの厚
み成長速度についてH(r)=K・(1/r2)の式が
成立することが判明した。
(17、28)は相互作用をもたないが、放射する粒子
の線は逆2乗で拡散することから、ニュ−トンの万有引
力の法則、F(r)=GMm・(1/r2)や電荷に働
く力を示すク−ロンの法則、F(r)=(Qq/4πε
0)・(1/r2)と同様に考えられ、ダイヤモンドの厚
み成長速度についてH(r)=K・(1/r2)の式が
成立することが判明した。
【0037】したがって、真空度P、ガス流量L、マイ
クロ波出力E、ガス成分及び配合、物体の状態、ヒ−タ
温度、装置構造などを比例係数Kとすれば、H(r)=
K・(1/r2)より距離rを算出して装置設計するこ
とにより、所定のダイヤモンド厚み成長速度H(r)を
得ることができる。
クロ波出力E、ガス成分及び配合、物体の状態、ヒ−タ
温度、装置構造などを比例係数Kとすれば、H(r)=
K・(1/r2)より距離rを算出して装置設計するこ
とにより、所定のダイヤモンド厚み成長速度H(r)を
得ることができる。
【0038】また、上記(1)式の比例係数Kは、真空
室(23、42)の真空度Pの3乗根に比例し、真空室
(23、42)に供給するガス流量Lの3乗根に比例
し、また、マイクロ波出力Eに比例することが実験によ
って確認された。したがって、装置構造とガス組成が定
まれば、装置構造とガス組成の比例定数αとして、上記
(1)式の比例係数Kは、 K=α・3√P・3√L・E ・・・・・・(2) となる。
室(23、42)の真空度Pの3乗根に比例し、真空室
(23、42)に供給するガス流量Lの3乗根に比例
し、また、マイクロ波出力Eに比例することが実験によ
って確認された。したがって、装置構造とガス組成が定
まれば、装置構造とガス組成の比例定数αとして、上記
(1)式の比例係数Kは、 K=α・3√P・3√L・E ・・・・・・(2) となる。
【0039】この結果、プラズマ(13、25)の中心
部より物体(17、28)面までの距離r、真空度P、
ガス流量L、マイクロ波出力Eの装置構成要部を総体的
に、または、構成要部の一部を変えて装置設計する場合
は、 H(r、P、L、E)=α・3√P・3√L・E・(1/r2)・・・・(3) の式にもとづいて算出し、その算出値にもとづいて装置
設計することにより、所定のダイヤモンドの厚み成長速
度H(r、P、L、E)を得ることができるプラズマ発
生装置となる。
部より物体(17、28)面までの距離r、真空度P、
ガス流量L、マイクロ波出力Eの装置構成要部を総体的
に、または、構成要部の一部を変えて装置設計する場合
は、 H(r、P、L、E)=α・3√P・3√L・E・(1/r2)・・・・(3) の式にもとづいて算出し、その算出値にもとづいて装置
設計することにより、所定のダイヤモンドの厚み成長速
度H(r、P、L、E)を得ることができるプラズマ発
生装置となる。
【0040】図5は上記第2実施形態と同様に装置設計
した第3実施形態を示すプラズマ発生装置の概略構成図
を示す。この第3実施形態は、ガス供給口部61aをプ
ラズマ25の発光部外周近くに配設したガス供給管61
を備えている。このように構成しても供給されたガスが
ほとんどプラズマ25内に入るので、第2実施形態のプ
ラズマ発生装置とほぼ同様の効果を得ることができる。
なお、図1の実施形態に備えたガス供給管41について
も、そのガイ供給口部41aをプラズマ13の発光部外
周近くに配設することによってほぼ同様の効果を得るこ
とができる。
した第3実施形態を示すプラズマ発生装置の概略構成図
を示す。この第3実施形態は、ガス供給口部61aをプ
ラズマ25の発光部外周近くに配設したガス供給管61
を備えている。このように構成しても供給されたガスが
ほとんどプラズマ25内に入るので、第2実施形態のプ
ラズマ発生装置とほぼ同様の効果を得ることができる。
なお、図1の実施形態に備えたガス供給管41について
も、そのガイ供給口部41aをプラズマ13の発光部外
周近くに配設することによってほぼ同様の効果を得るこ
とができる。
【0041】以上、本発明の好ましい実施形態について
説明したが、本発明はダイヤモンドを化学気相成長させ
るプラズマ発生装置にかぎらず、物体にコ−ティングし
たり、物体面をスパッタリングし、エッチングし、ま
た、物体をシンタリングする等のプラズマ発生装置につ
いても同様に実施することができる。なお、真空室(2
3、42)に供給するガスは、コ−ティング、スパッタ
リング、エッチング、シンタリング等の物体の加工処理
に応じて変える必要がある。
説明したが、本発明はダイヤモンドを化学気相成長させ
るプラズマ発生装置にかぎらず、物体にコ−ティングし
たり、物体面をスパッタリングし、エッチングし、ま
た、物体をシンタリングする等のプラズマ発生装置につ
いても同様に実施することができる。なお、真空室(2
3、42)に供給するガスは、コ−ティング、スパッタ
リング、エッチング、シンタリング等の物体の加工処理
に応じて変える必要がある。
【0042】また、本発明を実施する場合は、物体をプ
ラズマ中心部から距離rの位置に配設すればよいから、
物体をプラズマの発光部に入れるようにしても実施する
ことが可能である。さらに、コ−ティング加工などの処
理速度を速めるためにはガスをプラズマ内に直接に導く
ことが好ましいが、このような加工処理速度を考慮しな
ければ、ガスは単に真空室に供給する構成とすることが
できる。
ラズマ中心部から距離rの位置に配設すればよいから、
物体をプラズマの発光部に入れるようにしても実施する
ことが可能である。さらに、コ−ティング加工などの処
理速度を速めるためにはガスをプラズマ内に直接に導く
ことが好ましいが、このような加工処理速度を考慮しな
ければ、ガスは単に真空室に供給する構成とすることが
できる。
【0043】なお、本発明を第2、第3実施形態で示し
たように同軸線路形のプラズマ発生装置として実施する
ときは、内部導体21bの先端部21cについては、カ
−ボンその他、タングステン、モリブデン、タンタルな
どの高融点金属材からなる導電性材料によって構成する
ことが望ましい。
たように同軸線路形のプラズマ発生装置として実施する
ときは、内部導体21bの先端部21cについては、カ
−ボンその他、タングステン、モリブデン、タンタルな
どの高融点金属材からなる導電性材料によって構成する
ことが望ましい。
【0044】
【発明の効果】上記した通り、本発明によれば、マイク
ロ波プラズマを利用して物体を加工処理するプラズマ発
生装置の各構成要部を計算により求めた算出値にもとづ
いて設計することができる。
ロ波プラズマを利用して物体を加工処理するプラズマ発
生装置の各構成要部を計算により求めた算出値にもとづ
いて設計することができる。
【0045】この結果、製品として予め定めた物体の加
工処理値にしたがった装置設計と装置製造が簡単とな
る。言い換えれば、算出値にもとづいて装置設計したプ
ラズマ発生装置により、予め定められた加工処理値の製
品を生産することができる。
工処理値にしたがった装置設計と装置製造が簡単とな
る。言い換えれば、算出値にもとづいて装置設計したプ
ラズマ発生装置により、予め定められた加工処理値の製
品を生産することができる。
【図1】第1実施形態を示す空胴共振器形プラズマ発生
装置の概略構成図である。
装置の概略構成図である。
【図2】第2実施形態を示す同軸線路形プラズマ発生装
置の概略構成図である。
置の概略構成図である。
【図3】図2上のB−B線断面図である。
【図4】図2に示す同軸線路形プラズマ発生装置のプラ
ズマ発光部を示す拡大部分図である。
ズマ発光部を示す拡大部分図である。
【図5】第3実施形態を示す同軸線路形プラズマ発生装
置の概略構成図である。
置の概略構成図である。
【図6】第1の従来例を示す空胴共振器形プラズマ発生
装置の概略構成図である。
装置の概略構成図である。
【図7】第2の従来例を示す同軸線路形プラズマ発生装
置の概略構成図である。
置の概略構成図である。
【図8】図7上のA−A線断面図である。
11 導波管 12 共振室 13 プラズマ 17 物体 21 同軸線路 21a 外部導体 21b 内部導体 23 真空室 25 プラズマ 28 物体 29 ヒ−タ 42 真空室 43 ヒ−タ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/3065 H01L 21/302 B
Claims (6)
- 【請求項1】 真空室に供給したガスをマイクロ波プラ
ズマによって加熱し、プラズマ化ガスによって物体を加
工処理するマイクロ波を利用したプラズマ発生装置にお
いて、プラズマの中心部から物体面までの距離r、また
は、物体の加工処理速度H(r)を、 H(r)=K・(1/r2) K: 真空度、ガス流量、マイクロ波出力等によって決
まる比例係数 の条件式にしたがって定めて構成したことを特徴とする
マイクロ波を利用したプラズマ発生装置。 - 【請求項2】 上記比例係数Kは、真空室の真空度Pの
3乗根に比例する係数としたことを特徴とする請求項
(1)記載のマイクロ波を利用したプラズマ発生装置。 - 【請求項3】 上記比例係数Kは、真空室に供給するガ
ス流量Lの3乗根に比例する係数としたことを特徴とす
る請求項(1)記載のマイクロ波を利用したプラズマ発
生装置。 - 【請求項4】 上記比例係数Kは、マイクロ波出力Eに
比例する係数としたことを特徴とする請求項(1)記載
のマイクロ波を利用したプラズマ発生装置。 - 【請求項5】 真空室に供給したガスをマイクロ波プラ
ズマによって加熱し、プラズマ化ガスによって物体を加
工処理するマイクロ波を利用したプラズマ発生装置にお
いて、物体の加工処理速度H(r、P、L、E)を、 H(r、P、L、E)=α・3√P・3√L・E・(1/r2) α: 装置構造等とガス組成によって定まる定数 P: 真空度 L: ガス流量 E: マイクロ波出力の条件式にしたがって定めて構成
したことを特徴とするマイクロ波を利用したプラズマ発
生装置。 - 【請求項6】 物体の加工処理としてダイヤモンドの化
学気相成長を含む物体のコ−テングの他、物体のスパッ
タリング、エッチングまたはシンタリングを行なう構成
としたことを特徴とする請求項(1)または(5)記載
のマイクロ波を利用したプラズマ発生装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10093874A JPH11273895A (ja) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | マイクロ波を利用したプラズマ発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10093874A JPH11273895A (ja) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | マイクロ波を利用したプラズマ発生装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11273895A true JPH11273895A (ja) | 1999-10-08 |
Family
ID=14094624
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10093874A Pending JPH11273895A (ja) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | マイクロ波を利用したプラズマ発生装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11273895A (ja) |
Cited By (13)
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---|---|---|---|---|
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JP2015096463A (ja) * | 2010-12-23 | 2015-05-21 | エレメント シックス リミテッド | 合成ダイヤモンド材料のドーピングの制御 |
-
1998
- 1998-03-24 JP JP10093874A patent/JPH11273895A/ja active Pending
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