実験/量産用 プラズマ・真空装置メーカーのアリオス株式会社 単結晶ダイヤモンド合成用CVD装置

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単結晶ダイヤモンド合成用CVD装置

単結晶ダイヤモンド合成用CVD装置 DCVD-031L

概要

高純度のダイヤモンド合成実験のために作られた、プラズマCVD装置です。
ダイヤモンドの単結晶成長 (ホモエピタキシャル) 実験はもちろんのこと、 各種のガス導入により、ダイヤモンド半導体の合成実験も可能です。 新しい給電方式 や高速成長への試みなどに取り組んでいます。

特徴

  1. アリオス独自のプラズマ技術によりプラズマが室壁に接触しませんので、デバイス作成向け単結晶高純度ダイヤモンド合成実験が可能です。
  2. 球形コンパクトチャンバー+特殊電極により、高効率な運転が可能です。
  3. 放電状態を見ながらの実験が可能です。
  4. 試料導入はロードロック方式により短時間で行えます。
  5. 完全なシールド構造により、マイクロ波の漏れ対策は万全です。
  6. 全て空冷仕様により、電力とガス供給のみでの運転が可能です。

仕様

           
到達真空度 1×10-5 Pa以下
排気系 ターボ分子ポンプ+ロータリーポンプ (成膜室)、スクロールポンプ (交換室)
圧力調整 手動(ニードルバルブ)、APC(※オプション)
真空計 フルレンジ真空計+隔膜真空計 (成膜室)、熱電対真空計 (交換室)
マイクロ波出力 0~300W 連続可変 (2.45GHz ± 50MHz)+立体回路
マイクロ波供給方式 アンテナ給電式 (試料ステージ兼用)
試料ホルダー φ10mm (Mo 製) 加熱はプラズマ加熱 (MAX 1000℃)、□5mm 基板対応
温度測定 放射温度計
ガス供給系 MFC2系統 (H2 、CH4) 1/4 SwagelokTM (又は VCRTM) 接続
試料交換 試料交換室、搬送系 (トランスファーロッドによる手動搬送)
リーク量 1×10-8 Pa・m3/sec以下 (Oリング透過分を除く)
本体架台 キャスター、アジャスター付き (電源部を含む)、重量 約150kg
用力 AC100V 単相10A
AC200V 単相10A (仕様変更することがございます。)
プロセスガス : H2 、CH4 (1/4 SwagelokTM or 1/4 VCRTM)
圧縮空気 (バルブ作動用) : 0.5~0.7MPa (接続経 Rc 1/4)

外観寸法図

オプション


装置構成と成膜

アリオスのダイヤモンド合成用CVD装置は、単結晶ダイヤモンド成長に特化した技術を採用しています。(特許取得済み)
成膜中のプラズマを 図1に、チャンバー断面図を 図2に示します。 本装置を開発するにあたり、重要な要求項目として挙がっていたのは、半導体素子の基板として使える単結晶ダイヤモンドを作ることでした。

成膜中の試料ホルダー 成膜チャンバーの断面図
図1:成膜中の試料ホルダー図2:成膜チャンバーの断面図
この要求を満たすためには、不純物濃度が充分に低いダイヤモンド単結晶を製造する装置が必要になります。 もし、プラズマがチャンバー壁に接触しますと、そこから不純物が発生し、この目的は達成できません。 ですので、プラズマがチャンバー壁に接触せずに、空中あるいは基板近傍にのみ発生させることが必要でした。 また、ダイヤモンドの結晶成長では、マイクロ波プラズマが最も成功例が多かったので、駆動源として マイクロ波 を使うことも既定路線でした。 空中にプラズマを発生させる方法はいくつかありますが、いずれも大型の装置となってしまいます。
そこで私たちは給電部をアンテナ構造とし、その先端に試料ホルダーを取り付ける方法を考案しました。 1/4 波長アンテナの先端は最大電圧となりますので、先端にプラズマを点火し、それを試料ホルダーとします。 さらに球体チャンバーを使い、アンテナの先端をその中心部に配置し、その半径を共振する寸法とし、共振によるアンテナ先端の電界強度を高くしました。
球形チャンバーでは最も電界強度の高い場所は中心、すなわち試料ホルダー近傍だけとなり、寄生的なプラズマ発生も防げます。 球形チャンバーの内面は不純物除去、高真空の点から鏡面仕上げとしますので、結果的に光をよく反射します。 このことにより、アンテナ先端の試料ホルダーから発せられる熱線はチャンバー壁で跳ね返され、再び試料ホルダーに照射され、ヒーターを使わずに成膜に必要な基板温度を得ることができます。 このような仕組みにより、200W 以下のマイクロ波電力で、良質な単結晶ダイヤモンドを製造可能な装置ができました。 マイクロ波は導波管から同軸変換器を介して、球形チャンバー中央の試料ホルダーに給電されます。
[参考]日刊工業新聞に弊社の”半導体ダイヤモンド高速成長技術”が掲載A-STEP成果集

単結晶ダイヤモンドCVD装置 高速度成長ならアリオス

放電中の単結晶ダイヤモンド合成用CVD装置

ダイヤモンドの成長条件

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