(57)【要約】【課題】基板のエッジ部分でのプラズマ濃度は他の部分よりも濃く、基板温度がエッジ部分で一段と高いものとなって、基板表面の温度分布に大きな不均一が生じ、かつプラズマによる結晶成長の速度に関しても基板表面での分布に大きな不均一が発生する結果、成長した結晶が凹入湾曲面状を呈し、滑らかさに欠けて不規則な階段状に乱れ、クラックなどの欠陥が生じる。【解決手段】原料ガスとマイクロ波の相互作用でプラズマ７を生成するプラズマチャンバ３と、結晶が形成されるべき基板６をセットした基板ホルダ５を載置するためのステージ４を備える。基板ホルダ５には基板６を没入状態でセットするための凹所５ａが形成されている。この凹所５ａは、その底部側に、基板６から基板ホルダ５への熱の逃げを抑制するための基板保温支持体２７を嵌め入れるものとなっている。基板６の上面位置は凹所５ａの上部開放端５ｂの位置かそれより低くする状態となっている。【選択図】図７
2013121885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマチャンバと、前記プラズマチャンバ内に配置されたステージと、前記ステージ上に載置される基板ホルダと、を備え、前記基板ホルダは、単結晶ダイヤモンド成長用の核となる基板をセットする凹所を備え、前記凹所は、少なくとも、その内部に前記基板をセットした状態で当該基板の上面が、前記凹所の上部開放端位置以下となる深さを有する、マイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記凹所の底部に、前記基板の上面位置を前記凹所の上部開放端位置以下にする状態で前記基板を載置支持し、かつ前記基板から前記基板ホルダへの熱の逃げを抑制する材料からなる保温支持体を１枚ないし複数枚入れてあり、前記複数枚入れるときは、それら保温支持体は前記凹所内で積層される請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記基板ホルダには、前記凹所が複数設けられている請求項１または２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記基板を、前記基板保温支持体と共に前記凹所内で上下方向に変位可能に構成し、さらに、前記基板上への単ダイヤモンド結晶の成長に伴って前記基板の上面位置が前記凹所の上部開放端位置以下になるよう前記基板を下降させる請求項２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記基板の前記凹所内における前記上下方向の高さを調整することができる高さ調整機構を備えた、請求項４に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマチャンバ内のステージ上に基板ホルダをセットした上でプラズマチャンバ内にガスとマイクロ波とを導入して基板ホルダ上の基板に原料ガス成分の結晶成長を行うマイクロ波プラズマ処理装置にかかわり、詳しくは、化学気相成長（ＣＶＤ）の種としての基板における温度分布の不均一が結晶成長の品質劣化をもたらすという不都合を解消するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のマイクロ波プラズマ処理装置は、宝飾や半導体の材料用に大きい単結晶ダイヤモンドの成長を行う場合に好適なものである。特に窒素ガスを導入するタイプではバルクダイヤモンドを高速に成長させることに成功している。これは、マイクロ波ＣＶＤプロセスとして知られている。
【０００３】
マイクロ波プラズマ処理装置では大よそ次のような作業が行われる。まず、結晶を成長させるべき基板を基板ホルダにセットし、その基板ホルダをプラズマチャンバ内のステージ上に載置する。プラズマチャンバを閉鎖した上でプラズマチャンバ内を高度の減圧状態とし、プラズマ生成ガスをプラズマチャンバ内に導入するとともにマイクロ波をプラズマチャンバ内に導入する。マイクロ波がもつ電磁波エネルギーによりガスが解離してプラズマ化し、さらに、ダイヤモンド結晶形成用の原料ガスを導入することで、化学気相成長により基板上にダイヤモンド結晶が形成される。
【０００４】
ステージは金属製で、ステージの下面に導入されたマイクロ波は、さらに、誘電体窓を通過し、ステージの端部からステージの上面に回り込み、その上面と上空間に伝播する。マイクロ波は、ステージの端部から中心に至る。ステージの中心になると、マイクロ波は、強くなる。ステージの中心に置く基板ホルダの上方近傍のマイクロ波エネルギは大きく、そこへガスを導入してプラズマ化する。
【０００５】
この場合、プラズマによる結晶成長対象の基板（化学気相成長の種）をセットする基板ホルダは、基板とともにプラズマによって高温にさらされる。良好な結晶成長のためには基板および基板ホルダが所定の高い温度に保たれている必要がある。もし、基板が温度低下や上昇などを引き起こせば、結晶成長の劣化につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表平９−５０３６１１号公報（米国特許公報５５０１７４０号明細書）
【特許文献２】特開２００６−２１９３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の技術にあっては、図１７（ａ），（ｂ）に示すように、化学気相成長の種である基板８３上に形成される結晶８４の厚みがかなり不均一なものとなりがちであった。特に、ダイヤモンドの結晶を作るダイヤモンド結晶形成装置ではその傾向が強いものとなっていた。結晶８４の中央部は厚みが薄く、周辺部にかけて次第に厚みを増し、端縁部で最大の厚みをもつような凹入湾曲面状を呈することが多い。しかも、その表面には滑らかさはなく、不規則な階段状に乱れている。さらに、クラックなどの欠陥も生じやすい。なお、図１７では結晶８４の様子を誇張して描いている。
【０００８】
このような不具合現象の原因を調べてみると、次のような理由によるものと考えられる。すなわち、従来の技術にあっては、基板ホルダとこれにセットされる基板（種）との関係が単純なものであり、そのことが原因となって、プラズマガスによる基板上へ結晶成長に品質劣化をもたらしている可能性がある。この点を、図１８を用いて、以下に説明する。図１８の円弧内は一部の拡大図である。
【０００９】
図１８において、８１はステージ、８２は基板ホルダ、８３は単結晶ダイヤモンド成長の種（成長核）となる基板である。基板ホルダ８２の主要上面は平坦な載置面８２ａに形成されており、その平坦な載置面８２ａに対して単純な形で基板８３が載置されている。
【００１０】
このような基板８３の載置状態で、マイクロ波は、ステージ８１の端部から回り込んで、基板ホルダ８２の上方の中心領域に伝播してくる。そして、マイクロ波は、基板ホルダ８２の中心領域になればなるほど、強くなる。その強いマイクロ波で、基板ホルダ８２の上方にプラズマ８５が発生する領域がある。そのとき、基板８３の上方近傍にプラズマ８５を吸収したマイクロ波パワーが分布し、基板８３の端部８３ａのところにマイクロ波の中の電界が集中する。
【００１１】
その結果、基板８３の端部８３ａでの電界強度は他の部分に比べてかなり高いものとなる。したがって、基板８３の端部８３ａにはマイクロ波がより高い密度状態で導波される。その結果、端部８３ａでのプラズマ濃度は他の部分よりも濃いものとなるとともに、基板温度も端部８３ａで一段と高いものとなる。
【００１２】
つまり、基板８３ではその表面の温度分布に大きな不均一が生じ、かつプラズマによる結晶成長の速度に関しても基板表面での分布に大きな不均一が発生する。その結果として、前述のとおり成長した結晶８４が凹入湾曲面状を呈し、滑らかさに欠けて不規則な階段状に乱れ、クラックなどの欠陥が生じることとなっている。
【００１３】
このような不都合は、結晶塊が大きくなるほど顕著になる。つまり、従来の技術においては、十分に大きなバルク単結晶の成長が期待できないのである。この点に鑑みると、さらなる改善が求められる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するため、本発明によるマイクロ波プラズマ処理装置は、プラズマチャンバと、前記プラズマチャンバ内に配置されたステージと、前記ステージ上に載置される基板ホルダと、を備え、前記基板ホルダは、単結晶ダイヤモンド成長用の核となる基板をセットする凹所を備え、前記凹所は、少なくとも、その内部に前記基板をセットした状態で当該基板の上面が、前記凹所の上部開放端位置以下となる深さを有する。
【００１５】
本発明によれば、基板を基板ホルダに形成した凹所に、基板の上面位置が凹所の上部開放端位置以下となるようにセットすることができる。
【００１６】
これにより、基板のエッジ部分が電界強度の最強の領域に直接的にさらされ過剰に昇温されることを避け、基板表面の温度分布を均一化する。結果、基板温度を結晶成長上適正な温度に保ちながら基板表面の温度分布を均一化することが可能となり、基板に対するプラズマによる結晶成長を高品質のものにすることが可能となる。
【００１７】
本発明の好ましい態様は、前記凹所の底部に、前記基板の上面位置を前記凹所の上部開放端位置以下にする状態で前記基板を載置支持し、かつ前記基板から前記基板ホルダへの熱の逃げを抑制する基板保温支持体を１枚ないし複数枚入れてあり、前記複数枚入れるときは、それら基板保温支持体は積層されていることである。
【００１８】
基板保温支持体の作用により、基板の温度は、基板ホルダ表面、凹所などより高くなる。これで、基板の上に単結晶成膜が出来るようになり、また、基板ホルダ表面などに多結晶成膜の生成も少なくなる。これにより、基板上に、高品質の膜を長時間にわたり成膜することが可能となる。
【００１９】
この態様では、凹所内で基板と凹所底面との間に基板保温支持体を介在させているので、基板を凹所底面に直接セットする場合に却って基板温度が結晶成長上適正な温度以下になってしまうのを回避する。
【００２０】
そのため、基板温度を結晶成長上適正な温度に保ちながら基板表面の温度分布を均一化することが可能となり、基板に対するプラズマによる結晶成長を高品質のものにすることが可能となる。
【００２１】
この場合、基板保温支持体は、例えばモリブデンから構成されるのが好ましい。
【００２２】
なお、モリブデンからなる基板保温支持体を複数用いる場合は、それらの間に隙間が発生して基板から基板ホルダへの熱伝導が低くなり、前記熱の逃げが一層抑制されるという効果がある。
【００２３】
モリブデン製の多数の基板保温支持体を用いると、凹所にある基板から凹所底部および凹所内周部への熱の逃げの抑制が効果的に行われ、基板を結晶成長上適正な高温状態に保ちつつ、基板温度分布の均一化を達成しやすい。しかも、モリブデン製であって気化しにくいので、プラズマによる結晶成長ゆえに相当な高温にさらされる環境下でも長期にわたって所期の機能を発揮させることが可能となる。
【００２４】
また、前記の基板保温支持体の形態について、これを複数の支持板が積層されて構成されていると、積層された複数枚の支持板は、それらが密着されていても、顕微鏡レベルでは相互間に隙間が生じている。この隙間は熱の逃げを抑制する効果を増強する。したがって、基板を結晶成長上適正な高温状態に保つ上で効果がある。
【００２５】
また、前記の基板保温支持体について、基板ホルダにおける凹所に対し、その凹所の内周面に接する状態で基板保温支持体が内装されているのが好ましい。この構成は、基板保温支持体自体の位置の安定性をもたらす。
【００２６】
また、前記の基板ホルダにおける凹所について、その凹所の内周面の寸法が基板の外周面の寸法より大きくされているのが好ましい。これは、基板の外周部が凹所内周面に接触するのを避け、基板上で成長する結晶が凹所内周面に架橋してしまう不都合を回避する。
【００２７】
また、前記の基板ホルダについて、凹所および基板保温支持体の組が複数設けられている態様もある。凹所および基板保温支持体の組が複数ある構成は、基板上への結晶成長の生産性を向上することにつながる。
【００２８】
本発明の好ましい態様は、前記基板を前記基板保温支持体と共に前記凹所内で上下方向に変位可能に構成し、さらに、前記基板上への結晶成長に伴って前記基板の上面位置が前記凹所の上部開放端位置以下になるよう前記基板を下降させることである。
【００２９】
この態様において、結晶成長に伴って結晶成長面の高さ位置を調整する。この調整は、結晶成長の品質に影響する。特に単結晶ダイヤモンドの成長の場合には顕著な影響が生じる。この対策として、前記の基板保温支持体を基板ホルダの凹所内で上下方向に変位可能に構成する。
【００３０】
好ましくは、前記基板の下降は自動制御することである。
【００３１】
なお、前記自動下降のための機構は、当該プラズマ処理装置の運転状況を監視するコントローラと、前記コントローラによって制御されるステッピングモータと、前記ステッピングモータの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構と、前記運動変換機構によって下降変位させられ前記基板保温支持体に対して下方から作用するロッド状体とを有し、前記コントローラは前記基板上への結晶成長の進行に応じて前記ステッピングモータを駆動するように構成することができる。
【００３２】
また、前記基板保温支持体の複数組に対して共通に作用するアダプタが前記複数の基板保温支持体と前記ロッド状体との間に介在してもよい。
【００３３】
上記構成による作用は次のとおりである。
【００３４】
基板上への結晶成長に伴って結晶成長面がわずかずつではあるが上方に変位する。その変位の速度については経験的にあらかじめ予測がつく。コントローラは当該プラズマ処理装置の運転状況の監視によって装置運転の経過時間を把握し、その時間経過に応じてステッピングモータを駆動する。
【００３５】
この駆動の制御については、一定時間経過のたびに一定回転角度の回転指令を行う断続的な制御でもよいし、あるいは無段階連続的な制御でもよい。ステッピングモータの回転運動は運動変換機構によって上下運動つまり下降運動に切り替えられ、ロッド状体を下降させる。これに伴って、基板保温支持体も一定の速度状態で下降する。
【００３６】
つまりは、基板保温支持体上の基板は結晶成長に伴って一定の速度状態で下方に変位する。
【００３７】
基板の上面では結晶成長に伴って結晶成長面が上方に変位するが、ロッド状体の下降による基板保温支持体の下方変位は結晶成長面の上方変位を相殺する。これにより、結晶成長面の高さは、結晶成長の時間的経過にかかわらず一定に保たれる。
【００３８】
したがって、基板上における結晶成長の膜厚の精度・品質をきわめて高いものにすることが可能となる。これは、とりわけ、成膜の膜厚において、ミクロン単位、サブミクロン単位、ナノ単位の精度を要求される単結晶ダイヤモンドの成長においては、有利に作用する。
【００３９】
上記の展開例で基板ホルダに凹所および基板保温支持体の組が複数設けられている構成に言及したが、その場合に、基板保温支持体の複数組に対して共通に作用するアダプタを複数の基板保温支持体とロッド状体との間に介在する構成がある。先に、凹所および基板保温支持体の組が複数ある構成は、基板上への結晶成長の生産性を向上することにつながると述べたが、本構成においては、複数の基板保温支持体に対してロッド状体は単一共用であるため、構造の簡素化とともに複数の基板保温支持体上の基板群について、それらの結晶成長の品質を安定化する効果がある。
【発明の効果】
【００４０】
以上のように本発明によれば、基板ホルダに形成した凹所に、基板の上面位置が凹所の上部開放端位置以下となるようにセットすることで、基板のエッジ部分が電界強度の最強の領域に直接的にさらされ過剰に昇温されることを避け、基板表面の温度分布を均一化する。結果、基板温度を結晶成長上適正な温度に保ちながら基板表面の温度分布を均一化することが可能となり、基板に対するプラズマによる結晶成長を高品質のものにすることが可能となる。
【００４１】
なお、前記凹所内に基板保温支持体を嵌め入れ、その基板保温支持体上に基板を支持し、その状態で基板の上面位置が凹所の上部開放端位置以下となるように構成したことにより、基板温度を結晶成長上適正な温度に保ちながら基板温度分布を均一化し、プラズマによる基板への結晶成長の性状をより高品位なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例１のマイクロ波プラズマ処理装置の概要を示す断面模式図
【図２】本発明の実施例１のマイクロ波プラズマ処理装置のより詳しい構造を示す断面図
【図３】本発明の実施例１のプラズマチャンバ部分の詳細な構造を示す断面図
【図４】本発明の実施例１の原料ガスの供給・排出系の構造を示す斜視図
【図５】本発明の実施例１のステージにおける冷却部および熱の逃げ抑制の詳細な構造を示す断面図
【図６】本発明の実施例１のステージにおける冷却部の詳細な構造を示す水平断面図
【図７】本発明の実施例１の基板ホルダと基板との関係性を詳しく示す断面図
【図８】本発明の実施例１の基板ホルダと基板との関係性をさらに詳しく示す拡大断面図
【図９】本発明の実施例２の基板ホルダと基板との関係性を詳しく示す断面図
【図１０】試行例の説明図
【図１１】本発明の実施例３の基板ホルダの断面図
【図１２】本発明の実施例３の基板ホルダの平面図
【図１３】本発明の実施例３の基板ホルダ、ステージおよびロッド状体の部分の断面図
【図１４】本発明の実施例３の自動下降機構を含む装置の全体の断面図
【図１５】本発明の実施例３の自動下降機構の駆動要部の断面図
【図１６】本発明の実施例３のロッド状体の回転規制部の水平断面図
【図１７】従来の技術の問題点を指摘するための斜視図と断面図
【図１８】従来の技術の問題点を指摘するための断面図
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、図面を参照して本発明にかかわるマイクロ波プラズマ処理装置を詳細に説明する。
【実施例１】
【００４４】
図１〜図８を用いて本発明の実施例１のマイクロ波プラズマ処理装置について説明する。
【００４５】
まず、図１を参照して実施例１におけるマイクロ波プラズマ処理装置の概要を説明すると、符号１は、プラズマ処理のために真空に近い高度減圧レベルに減圧する減圧室、２は、減圧室１の底板部を構成する減圧室底板、３は、減圧室底板２に対して開閉自在でその閉止姿勢で減圧室底板２とともに減圧室１を形成するプラズマチャンバである。
【００４６】
また、４は、減圧室１内に配置される状態で減圧室底板２の上方に設けられた金属製のステージ、５は、基板６をセットした状態でステージ４に載置される金属製の基板ホルダ、７は減圧室１内で生成されるプラズマである。
【００４７】
８は、減圧室１に対するガス導入部、９は、減圧室１からのガス排出部、１０は、減圧室１に対してマイクロ波を導入するマイクロ波導波部、１１は、気体の通過は遮断するがマイクロ波は通す石英などの環状の誘電体窓、１２は、真空引き経路や冷却液循環路を伴う中心軸管部、１３は、ステージ４および中心軸管部１２に対する下方付勢機構である。
【００４８】
プラズマチャンバ３は、例えばアルミニウム製で、その下端縁が減圧室底板２に密着して、圧室底板２と共に減圧室１を形成する閉止状態と、減圧室底板２から離間して、減圧室１を開放する状態とに切り替え自在となっている。
【００４９】
ステージ４と中心軸管部１２とは固定連結されていて、両者は一体となって上下動可能に構成されている。ステージ４の下面と減圧室底板２の上面との間に環状の誘電体窓１１が介在されている。下方付勢機構１３によって中心軸管部１２を介してステージ４を下方に付勢することにより、誘電体窓１１はステージ４と減圧室底板２とに密着させられる。この密着により、減圧室１内の原料ガスは、マイクロ波導波部１０側に漏出しないようになっている。
【００５０】
なお、中心軸管部１２が上下動するのに対して、減圧室底板２やこれに固定連結のマイクロ波導波部１０は原則的に位置固定となっている。
【００５１】
中心軸管部１２は、減圧室底板２に形成されたマイクロ波導入口２ａに挿通されている。マイクロ波導波部１０は、水平導波管部１０ａと垂直導波管部１０ｂを有し、垂直導波管部１０ｂは、中心軸管部１２を挿通する状態で減圧室底板２の下面に固定されている。垂直導波管部１０ｂの内周面と中心軸管部１２の外周面との間には、同軸状のマイクロ波誘導通路１０ｃが形成されている。
【００５２】
このマイクロ波誘導通路１０ｃは、減圧室底板２に形成されたマイクロ波同軸導波入口２ａに連通し、結果的に、マイクロ波をステージ４の下面に導くようになっている。マイクロ波は、さらに、誘電体窓１１を通過し、ステージ４の端部からステージ４の上方に回り込み、その上面とその上空間に伝播する。マイクロ波は、そのステージ４の端部から中心に至る。マイクロ波がステージ４の中心に至ると、マイクロ波は強くなる。
【００５３】
マイクロ波誘導通路１０ｃからステージ４の下面、さらに誘電体窓１１を通してステージ４の端部からステージ４の上面に回り込むマイクロ波の伝播形態は、中心軸Ｏ周りで周方向に均等分布の状態である。
【００５４】
ここで、概略以上のように構成されたマイクロ波プラズマ処理装置の動作の概要を説明する。
【００５５】
（１）プラズマチャンバ３の開放姿勢で、基板６をセットした基板ホルダ５をステージ４上に載置し、ステージ４の中心で基板ホルダ５を固定する。このとき、センタリングの治具を用いて基板ホルダ５をステージ４の中心に置く。真空引きによって基板ホルダ５をステージ４に固定した後に治具は取り除かれる。
【００５６】
（２）減圧室底板２に対してプラズマチャンバ３を閉止姿勢にし、減圧室底板２とプラズマチャンバ３とによって減圧室１を形成する。
【００５７】
（３）ガス吸引経路１５を通しガス排出部９を介して減圧室１を真空引きして圧力を制御する。
【００５８】
（４）減圧室１が所定の真空度に達したらプラズマ生成用のガスとして水素ガスをガス導入経路１４を通しガス導入部８を介して減圧室１内に導入する。
【００５９】
（５）水素ガスの導入に伴い減圧室１が所定の圧力レベルまで達すると、マイクロ波導波部１０によってマイクロ波を導入する。マイクロ波は水平導波管部１０ａから垂直導波管部１０ｂ（マイクロ波誘導通路１０ｃ）および減圧室底板２のマイクロ波同軸導波入口２ａを通ってステージ４の下面に至る。さらに、マイクロ波は、環状の誘電体窓１１を通ってステージ４の端部からステージ４の上面に回り込み、その上面とその上空間に伝播する。
【００６０】
上記のとおり、マイクロ波はプラズマチャンバ３内で周方向に均等分布の状態で伝播する。そして、導入された水素ガスとマイクロ波の相互作用でプラズマ７の立ち上がりがなされる。水素ガスはプラズマの立ち上げに必要である。
【００６１】
（６）減圧室１内が所定の圧力状態、所定の温度状態になり、プラズマ７のエネルギーレベルが所定レベルに達したら、さらに原料ガスとしてメタンガスをガス導入部８を介して減圧室１内に導入する。
【００６２】
メタンガスはダイヤモンドのバルク単結晶の成長を行うときの原料ガスである。このとき、併せて酸素ガスや窒素ガスを導入することもある。水素ガスは引き続いて導入される。プラズマ７の生成中においては、ガス吸引経路１５を通しガス排出部９を介して減圧室１を真空引きすると、圧力を制御する動作は継続される。
【００６３】
これにより、減圧室１内では常に新鮮なメタンガスや水素ガスが導入される。
【００６４】
次に、実施例１のマイクロ波プラズマ処理装置のより詳しい構造を図２を用いて説明する。
【００６５】
まず、下方付勢機構１３について説明しておく。基本的構造は特許文献１に記載のものと同様である。マイクロ波導波部１０の垂直導波管部１０ｂの下部にスプリングブロック１６が取り付けられている。
【００６６】
一方、中心軸管部１２の下端部に付勢力受け板１７が外嵌され、中心軸管部１２の下端に固定ボルト１８でストッパブロック１９が固定され、このストッパブロック１９は付勢力受け板１７の下面に当接している。付勢力受け板１７に螺着された付勢力調整ボルト２０がスプリングブロック１６の凹部に挿入され、その周囲に嵌合させたスプリング２１がスプリングブロック１６と付勢力調整ボルト２０との間で伸長付勢力を張っている。
スプリング２１の伸長付勢力が付勢力調整ボルト２０を介して付勢力受け板１７に伝わり、さらにストッパブロック１９を介して中心軸管部１２に伝わり、最終的にステージ４を介して誘電体窓１１を下方に向けて減圧室底板２に押圧するように作用する。スプリング２１と付勢力調整ボルト２０の組は複数ある。
【００６７】
次に、ガスの供給・排出系の構造について図２〜図４を用いて説明する。
【００６８】
プラズマチャンバ３の中央天井部においてガス導入部８は次のように構成されている。プラズマチャンバ３の中央天井部が上側壁８ａと下側壁８ｂとの二重壁状に構成され、その上側壁８ａと下側壁８ｂとの間に流速緩和室８ｃが形成されている。
【００６９】
上側壁８ａの中心部にはガス導入経路（パイプ）１４が接続されるようになっている。下側壁８ｂにおいては複数のガス導入口８ｄが中心軸Ｏ周りで周方向に均等分布の状態に形成されている。このガス導入部８の構造は、たとえて言えば風呂のシャワーヘッドの構造に似ている。
【００７０】
より具体的には、図４に示すようにガス導入口８ｄは下側壁８ｂにおいて、同心円状の複数の円弧上においてそれぞれ周方向等間隔に形成されている。ただし、ガス導入口８ｄは１つの円弧上において周方向等間隔に形成されているのでもよい。図示は省略しているが、このガス導入経路１４の上流側では混合栓が取り付けられ、その混合栓の部分で水素ガスやメタンガスその他のガスが単独であるいは混合されて供給されるようになっている。
【００７１】
一方、ガス排出部９は次のように構成されている。
【００７２】
円環状の絶縁物（誘電物）からなる排出パイプ２４が、ステージ４の外周縁の外側下方（環状の誘電体窓１１の外側）において、減圧室底板２の上面に固定されている。この場合、排出パイプ２４が金属であれば、底板２に溝を作り、その溝の中に４を収納すると共に、底板２の上面と排出パイプ２の上面との高さが同一にするとよい。円環状の排出パイプ２４は中心軸Ｏを中心とする半径一定の円弧の上に配置されている。
【００７３】
円環状の排出パイプ２４の頂線の部分には複数のガス排出口２４ａが中心軸Ｏ周りで周方向に均等分布の状態に形成されている。複数のガス排出口２４ａは１つの円周上に配置されている。
【００７４】
円環状の排出パイプ２４の下面で周方向の等間隔４箇所に、下方に向けて連通状態で連設された４つの縦パイプ２４ｂが、減圧室底板２を上下に貫通している。
【００７５】
一方の２つの縦パイプ２４ｂは、１つの横パイプ２４ｃに共通に接続され、他方の２つの縦パイプ２４ｂは、別の１つの横パイプ２４ｃに共通に接続される。
【００７６】
前記２つの横パイプ２４ｃそれぞれの中心には、縦横にＬ形に曲がった各別のパイプ２４ｄに接続され、これら各別の２つのＬ形パイプ２４ｄがさらに、もう１つの横パイプ２４ｅで共通に接続され、この横パイプ２４ｅの中心が、図示略の真空ポンプを含むガス吸引パイプ１５に接続される。
【００７７】
尚、これらパイプ２４ｂ、２４ｃ，２４ｄ，２４ｅを、排出パイプ２４とガス吸引パイプ１５とを接続する連絡パイプ系２４Ａとして示す。また、図１ないし図３で、連絡パイプ系２４Ａは、図解の都合で、断面で示す。
【００７８】
複数のガス導入口８ｄの分布の中心と複数のガス排出口２４ａの分布の中心とを結ぶ中心線に関してステージ４および基板ホルダ５の中心は一致している。
【００７９】
ガス導入経路（パイプ）１４の終端から流速緩和室８ｃに流入した原料ガスは水平方向へ広がる流速緩和室８ｃにおいてその勢いが緩和される。すなわち、真下へ向かう急激な勢いが流速緩和室８ｃでの流速緩和によって抑えられ、水平方向へ広がりながら、複数のガス導入口８ｄから減圧室１内に流入する。
【００８０】
ガス排出部９では真空ポンプ２５の駆動により連絡パイプ２４ｃ、縦パイプ２４ｂおよび円環状の排出パイプ２４を介して複数のガス排出口２４ａから減圧室１に対する真空引きが行われる。したがって、複数のガス導入口８ｄから減圧室１内に流入したガスは複数のガス排出口２４ａに向かって吸い込まれてゆく。
【００８１】
複数のガス導入口８ｄは周方向に均等分布に配置され、複数のガス排出口２４ａも周方向に均等分布に配置されているから、減圧室１内におけるガスの流れは図４に示すように周方向均等分布の状態となり下方の円環状の排出パイプ２４の頂線上の周方向均等分布のガス排出口２４ａに吸引されていく。
【００８２】
ある１つのガス導入口８ｄから減圧室１内に流入してきたガスの流線は、そのガス導入口８ｄと周方向で同一位相にある１つのガス排出口２４ａに向かうが、それだけでなくその１つのガス排出口２４ａの周方向両隣にあるそれぞれ１つまたは２，３のガス排出口２４ａにも向かう。
【００８３】
もっとも、流線の密度には差異があり、中央のガス排出口２４ａでの流線密度が最も高く、中央から離れるほど流線の密度は小さくなる。
【００８４】
このことがすべてのガス導入口８ｄとそれぞれに位置対応するガス排出口２４ａとの間の流線について当てはまるので、平均的にはガスの流線は周方向に均等分布の状態となる。
【００８５】
さらに、この原料ガスの流線についての周方向均等分布の状態は、ガス導入口８ｄの高さ位置からガス排出口２４ａの高さ位置までの鉛直方向のどの高さ位置でもほぼ保たれている。
【００８６】
次に、マイクロ波の導入のための構造について説明する。マイクロ波導波部１０の垂直導波管部１０ｂから減圧室底板２のマイクロ波導入口２ａを通ってステージ４の下面に導入されたマイクロ波は環状の誘電体窓１１を透過してステージ４の端部からステージ４の上面に回り込み、その上面とその上空間に伝播する。マイクロ波は、ステージ４の端部から中心に至る。マイクロ波は、ステージ４の中心に至ると、強くなる。この状態のマイクロ波は、周方向に均等分布の状態である。
【００８７】
マイクロ波がプラズマ生成用の水素ガスに作用することにより基板ホルダ５の上方でプラズマ７が生成されるが、マイクロ波の分布が周方向に均等分布であり、ガス流線の分布も周方向に均等分布であるため、生成されるプラズマ７も周方向に均等分布の状態となる。
【００８８】
次に、中心軸管部１２について説明する。中心軸管部１２は、導体外管１２ａと中間管１２ｂと真空引き通路用内管１２ｃの三重構造となっている。
【００８９】
真空引き通路用内管１２ｃはその内部通路が真空引きされるもので、その真空引きにより基板ホルダ５をステージ４に密着固定するようになっている。
【００９０】
すなわち、基板ホルダ５の底部には真空引き用スペース２２（図５参照）が凹入形成されており、基板ホルダ５をステージ４の上面に載置した状態で、その真空引き用スペース２２が確保される。一方、真空引き通路用内管１２ｃは、その上端部がステージ４を貫通し、真空引き用スペース２２に臨むようになっている。
【００９１】
したがって、真空引き通路用内管１２ｃの下端側から真空引きを行うと、真空引き用スペース２２が高度に減圧され、その内圧が減圧室１の内圧より低くなると、その圧力差により基板ホルダ５がステージ４に密着し固定化される。
【００９２】
なお、真空引きに先立ってセンタリングの治具を用いてステージ４の中心に対する基板ホルダ５の位置決めが行われる。
【００９３】
次に、ステージ４の冷却のための構造について図５、図６を用いて説明する。
【００９４】
ステージ４には冷却液通路２３ｂが渦巻き状に形成されている。その渦巻き状の冷却液通路２３ｂの内周側端部に対して中間管１２ｂと真空引き通路用内管１２ｃとの間の冷却液の送り通路２３ａが連通されている。
【００９５】
また、渦巻き状の冷却液通路２３ｂの外周側端部がステージ４の下部側に形成された連絡通路２３ｃを経て導体外管１２ａと中間管１２ｂとの間の冷却液の戻り通路２３ｄに連通されている。したがって、中間管１２ｂの下端側から冷却液の送り通路２３ａに冷却液を圧送すると、冷却液が中間管１２ｂから渦巻き状の冷却液通路２３ｂに流れ込み、渦巻き状の冷却液通路２３ｂを中心部から外周部にかけて何回も旋回するように流動したのち、さらに連絡通路２３ｃを通って導体外管１２ａの冷却液の戻り通路２３ｄの上端へと流れ込み、導体外管１２ａの下端部から外部へと排出される。
【００９６】
冷却液が渦巻き状の冷却液通路２３ｂの内部を流動する過程でステージ４を冷却する。
【００９７】
この冷却について説明すると、基板ホルダあるいは基板の温度を維持するためには、基板ホルダを載置するステージの方は、温度上昇しないよう冷却することが好ましい。
【００９８】
何故なら、ステージの冷却が不十分であると、ステージの温度がプラズマにより上昇し、基板ホルダや基板の温度が変化し、それにより、成膜の品質が悪くなるからである。そこで、ステージに冷却液通路を形成し冷却液を流すことでステージを冷却することが行われる。なお、冷却液通路２３ｂの形態は渦巻き状に限定されない。
【００９９】
中心軸管部１２は、上記のような基板ホルダ５の固定のための真空引きをする真空引き通路用内管１２ｃと、ステージ４の冷却のための中間管１２ｂおよび導体外管１２ａを含んでいる。
【０１００】
ステージ４は渦巻き状の冷却液通路２３ｂを形成し、ステージ４と中心軸管部１２が一体化されている。さらに、その一体物が下方付勢機構１３によって押し下げられ、環状の誘電体窓１１の下端、上端が減圧室底板２とステージ４とに圧接される。これにより、減圧室１内の原料ガスがマイクロ波導波部１０側に漏出されることが確実に防止される。
【０１０１】
渦巻き状の冷却液通路２３ｂは、その上流側端部がステージ４の半径方向内方にあり、下流側端部が半径方向外方にあるが、渦巻き状の冷却液通路２３ｂの下流側端部２３ｂ1 において連絡通路２３ｃとの間に堰止め用連絡通路２６が設けられている。
【０１０２】
堰止め用連絡通路２６は、細径通路２６ａと中継通路２６ｂを備えている。中継通路２６ｂは短い通路で、渦巻き状の冷却液通路２３ｂの下流側端部２３ｂ1 の外側に配されている。中継通路２６ｂの下流側端部には連絡通路２３ｃの上流側端部（傾斜部）が連絡されている。
【０１０３】
細径通路２６ａは、渦巻き状の冷却液通路２３ｂの下流側端部２３ｂ1 と中継通路２６ｂの上流側端部との間に架け渡されている。細径通路２６ａは、上下方向での位置が渦巻き状の冷却液通路２３ｂや中継通路２６ｂの最上位位置を含む高位位置に設定されている。細径通路２６ａの最も低い部分は渦巻き状の冷却液通路２３ｂの最も低い部分よりも高くなる状態に構成されている。
【０１０４】
高位の細径通路２６ａのこの構成は、渦巻き状の冷却液通路２３ｂから中継通路２６ｂへの冷却液の流動の形態をオーバーフローとする。
【０１０５】
中間管１２ｂの内側の冷却液の送り通路２３ａからステージ４の渦巻き状の冷却液通路２３ｂに流入した冷却液は、何回も旋回したのち堰止め用連絡通路２６における中継通路２６ｂを介しさらに連絡通路２３ｃを介して導体外管１２ａの内側の冷却液の戻り通路２３ｄに排出されていく。
【０１０６】
このとき、渦巻き状の冷却液通路２３ｂから中継通路２６ｂに至る前に必ず高位の細径通路２６ａを通らなければならない。
【０１０７】
この高位の細径通路２６ａが渦巻き状の冷却液通路２３ｂや中継通路２６ｂの最上位レベルにあるため、冷却液の圧送ポンプの圧送力が何らかの事情により所定圧力より低下したとしても、渦巻き状の冷却液通路２３ｂの縦断面の円形空間において冷却液はその下端から上端まで満たされた状態で流動することになる。
【０１０８】
もし、堰止め用連絡通路がない冷却液通路の場合には、冷却液の流動の態様は、冷却液通路２３ｂの縦断面の円形空間において上端には達することなく、上側部分に空気層を残す状態での流動となる。
【０１０９】
ステージ４において最も高温になるゆえに最優先で冷やすべき部位は、基板ホルダ５の下端部に接触するステージ上面近傍部である。しかるに、冷却液通路２３ｂの上部に空気層が存在すればステージ上面近傍部に対する冷却液による冷却作用が大幅に低下してしまう。冷却液の圧送ポンプの圧送力が所定圧力より低下したとしても空気層は出現せず、ステージ４の上面近傍部に対して高い冷却効果、安定した冷却効果を発揮させることができる。
【０１１０】
次に、本発明の実施例の構造部分について説明する。
【０１１１】
図５、図７に示すように、基板ホルダ５には、平面視で縦横方向に複数行×複数列の凹所５ａが形成されている。それぞれの凹所５ａは、ここに基板保温支持体２７を落とし込み、さらに基板保温支持体２７の上面に基板６を載置するようにしている。なお、図７（ａ）では冷却液通路の部分は図示を省略している。
【０１１２】
基板保温支持体２７は、本実施例ではモリブデン製の複数の支持板２７ａを積層して構成されたものとなっている。図７の（ｂ）から（ｃ）にかけて示すように、１枚目の支持板２７ａを凹所５ａの底面に載置し、以下、他の支持板２７ａを積層し、最上位の支持板２７ａに基板６を載置する。この状態で、基板６および基板保温支持体２７が基板ホルダ５の凹所５ａに没入状態でセットされる。
【０１１３】
凹所５ａにセットされた基板６は、図７（ｃ）に示すように、その上面６ａの位置が凹所５ａの上部開放端５ｂの位置より低くなっている（同じ高さでも構わない）。
【０１１４】
基板６は、表裏面が平坦平行な形状を有する。なお、基板６は、実施形態ではＨＰＨＴ単結晶ダイヤモンド成長用の基材で構成されるが、これに限定されない。ホモエピタキシャルＣＶＤ単結晶ダイヤモンドや、ヘテロエピタキシャルＣＶＤ単結晶ダイヤモンド基材や、その他の基材を含む。
【０１１５】
このような基板ホルダ５への基板６のセットの構造は、次のような効果を発揮する。
【０１１６】
基板６を凹所５ａに没入状態でセットしてあり、基板６の上面６ａが凹所５ａの上部開放端５ｂより低く、図７（ｄ）に示すように基板６のエッジ部分６ｂよりも凹所５ａの上部開放端５ｂの方が上位に位置するので、図７（ｄ）の矢印で示すように、凹所５ａの上部開放端５ｂに電界の集中域がくるようになる。
【０１１７】
つまり、基板６のエッジ部分６ｂは電界の集中を免れ、プラズマ７の高温で濃度が高い領域から受ける過剰な昇温を避けることができる。その結果として、基板６の表面の温度分布が均一化される。
【０１１８】
基板保温支持体２７を凹所５ａ内に設置すると、基板６の温度は、基板ホルダ５の凹所５ａの中に置いても、基板ホルダ５よりも高くなる。この場合、実施形態では、この基板保温支持体２７を構成する金属として、融点が高く、熱伝導が低い金属が好ましく、実施形態では、その金属としてモリブデンを使用する。その理由は、モリブデンは、その融点が高く、かつ、熱膨張率が低いからである。
【０１１９】
このように実施形態では、凹所５ａ内にモリブデン製の基板保温支持体２７を設置し、その上に基板６を配置したので、基板温度が結晶成長上適正な温度以下になってしまうのを回避し、基板６に対するプラズマ７による結晶成長を高品質のものにすることができる。
【０１２０】
また、基板保温支持体２７を複数枚の支持板２７ａの積層体としてあることは、次の効果をもたらす。図８は積層された支持板２７ａの上下面の断面形状を強調表示している。
顕微鏡レベルでは支持板２７ａの上面２７ｂも下面２７ｃも微細な凹凸状態を呈しており、複数枚の支持板２７ａを積層すると、接触境界にはかなりの隙間２８が生じることになる。
【０１２１】
基板６から基板ホルダ５への熱の逃げは、上位の支持板２７ａから順次に下位の支持板２７ａにかけて伝わるように行われるが、複数段の隙間２８の存在のために、その熱の逃げは大幅に抑制される。
【０１２２】
もし、基板保温支持体を複数枚の支持板の積層体とするのではなく、１つの塊で構成した場合には、前記のような隙間はなく、基板から塊の基板保温支持体を介しての基板ホルダへの熱の逃げ量は増大する。
【０１２３】
本実施例では、積層体として隙間を利用するようにしたので、基板６を凹所５ａに没入状態でセットすることで却って基板温度が結晶成長上適正な温度以下になってしまうのを効果的に防止することができる。
【０１２４】
複数枚の支持板２７ａからなる基板保温支持体２７は、その外周面が凹所５ａの内周面に接触しており、凹所５ａ内での基板保温支持体２７は位置の安定した状態で内装されることになる。この接触にもかかわらず、上記の熱の逃げ抑制の効果が高いので、基板温度低下の抑制には支障とはならない。
【０１２５】
また、凹所５ａの内周面の寸法は基板６の外周面の寸法より大きくされていて、基板６の外周部は凹所５ａの内周面から離間している。これにより、基板６上で成長する結晶が凹所５ａの内周面に架橋してしまうのを回避する。
【実施例２】
【０１２６】
次に、基板ホルダにおける凹所の数に関しての変形例を実施例２とし、この実施例２について図９を用いて説明する。図９において、実施例１の図７におけるのと同じ符号は同一構成要素を指しているので、詳しい説明は省略する。
【０１２７】
基板ホルダ５の中心部において１つのみの凹所５ａが形成されている。
【０１２８】
この凹所５ａに、複数枚のモリブデン製の支持板２７ａの積層体からなる基板保温支持体２７が嵌め入れられ、その上面に基板６が載置されている。
【０１２９】
実施例１の場合と同様に、基板６の上面６ａは凹所５ａの上部開放端５ｂの位置より低くなっている（同じ高さでも構わない）。
【０１３０】
基板６のエッジ部分６ｂよりも凹所５ａの上部開放端５ｂの方が上位に位置するので、凹所５ａの上部開放端５ｂに電界の集中域がくるようになり、基板６のエッジ部分６ｂは電界の集中を免れ、プラズマ７の高温で濃度が高い領域から受ける過剰な昇温を避けることができる。
【０１３１】
その結果として、基板６の表面の温度分布が均一化される。
【０１３２】
ここで試行例を説明する。条件はおおむね次のとおりである。
【０１３３】
基板（種）として高圧高温（ＨＰＨＴ）Ｉｂ型ダイヤモンド（窒素を含有し黄色を帯びる）の基板を用いた。
【０１３４】
水素ガスの供給量は５００ｓｃｃｍ、
メタンガスの供給量は５〜８０ｓｃｃｍ（水素ガス基準で０．１〜１８％）、
窒素ガスの供給量は０〜２ｓｃｃｍ（メタンガス基準で０〜３％）、
結晶成長中のプラズマチャンバ内圧力は５０〜４００Ｔｏｒｒ（好ましくは１００〜２００Ｔｏｒr）、
成膜中の基板温度は、８００〜１３００℃（好ましくは、１０００〜１２５０℃）、
マイクロ波のパワーは２〜５ｋＷ、周波数は２．４５ＧＨｚである。
【０１３５】
なお、ｓｃｃｍ（standard cc/min）は大気圧下、一定温度（０℃あるいは２５℃など）で規格化された流速である。成膜時間については、膜厚に応じて変化し、１０分〜１００時間である。
【０１３６】
得られた結果を図１０に示す。厚さが十分にあり、しかも結晶３０はその表面が全面にわたってきわめて平坦で滑らかなものが得られた。
【実施例３】
【０１３７】
次に、自動高さ調整機構を追加した構成の変形例を実施例３とし、この実施例３について図１１〜図１６を用いて説明する。これらの図において、実施例１，２の各図におけるのと同じ符号は同一構成要素を指しているので、詳しい説明は省略する。
【０１３８】
図１１、図１２に示すように、基板ホルダ５において、基板保温支持体２７の下側部ですべての基板保温支持体２７の領域にわたる上向きの凹所５ｃが形成され、上側部の凹所５ａ群と下側部の凹所５ｃの間の境界壁部５ｄに上下の貫通孔５ｅが形成されている。
【０１３９】
下側部の凹所５ｃには、すべての基板保温支持体２７に共通に作用してそのすべての基板保温支持体２７を同時的に昇降させるアダプタ２９がセットされている。
【０１４０】
このアダプタ２９の上面には基板保温支持体２７と同数の複数行複数列のロッド２９ａが一体的に突出されており、各ロッド２９ａが境界壁部５ｄの各貫通孔５ｅに挿通された上で各基板保温支持体２７の底部に固定連結されている。
【０１４１】
アダプタ２９の底部にはその中央に中心軸部２９ｂが下方に向けて一体的に突出されている。
【０１４２】
複数の基板保温支持体２７とアダプタ２９とは一体となって上下動するが、下動により基板保温支持体２７の底面が凹所５ａの底面に当接した状態では、ロッド２９ａの部分を除くアダプタ２９の上面と基板ホルダ５における上下間の境界壁部５ｄの下面との間に隙間が生じるような寸法関係に設計されている。
【０１４３】
なお、上動によりロッド２９ａの部分を除くアダプタ２９の上面が境界壁部５ｄの下面に当接した状態では、基板保温支持体２７の底面と凹所５ａの底面との間に隙間が生じることになる。これらの隙間は、凹所５ａ内において基板保温支持体２７の昇降を許容し、同じことだが、凹所５ｃ内においてアダプタ２９の昇降を許容するために必要である。
【０１４４】
次に、このような基板保温支持体２７およびアダプタ２９を備えた基板ホルダ５について、アダプタ２９を介して基板保温支持体２７を自動的に昇降させるための高さ調整機構４０の構造について説明する。
【０１４５】
図１４、図１５において、３１はコントローラ、３２はステッピングモータ、３３はカップリング、３４は運動変換機構、３５はロッド状体、３６はフレーム、３７はシーラントである。運動変換機構３４は、ステッピングモータ３２側の回転入力部３４ａとロッド状体３５側の上下動出力部３４ｂとからなる。
【０１４６】
上下動出力部３４ｂはロッド状体３５の下端部に固定連結されている。
【０１４７】
回転入力部３４ａは、下側の入力軸部と上側の内周面に雌ねじが形成された筒状部とからなり、入力軸部がカップリング３３によってステッピングモータ３２の回転軸に連結され、筒状部の雌ねじに対して上下動出力部３４ｂの外周面の雄ねじがかみ合わされている。
【０１４８】
ロッド状体３５および上下動出力部３４ｂの上下動は許容するが回転は規制するための構成として、ロッド状体３５の側面部には複数のヒレ状体３５ａが設けられている。
【０１４９】
このヒレ状体３５ａは、図１６に示すようにロッド状体３５の側面において外方へ突出した上下方向に細長い板状に構成されている。一方、装置のフレーム部３６には、ロッド状体３５を上下に貫通状態で挿通するロッド挿通孔３６ａが形成され、さらにそのロッド挿通孔３６ａに臨む状態で前記のヒレ状体３５ａを回転規制状態かつ上下動許容状態でガイドするガイド溝３６ｂが形成されている。ロッド状体３５は中心軸管部１２の内管１２ｃの中心部を上下に貫通し、さらにその上端部がステージ４における中心孔４ａの内部に位置している。
【０１５０】
ロッド状体３５の上端面は基板ホルダ５におけるアダプタ２９の下方に突出する中心軸部２９ｂの下端面に当接している（図１１参照）。ロッド状体３５は内管１２ｃだけでなく導体外管１２ａと中間管１２ｂも貫通するが、その貫通部の液漏れを防止するためにシーラント３７が介在されている。
【０１５１】
また、ロッド状体３５の上端部を挿入するステージ４の中心孔４ａは、中心軸管部１２の真空引きを行う内管１２ｃの内部に連通している。
【０１５２】
ロッド状体３５が下動すれば、それに伴ってアダプタ２９および複数組の基板保温支持体２７ならびに基板６が自重により同時的に同量だけ下動する。この自重による下動が許容されるように、アダプタ２９の外周面と基板ホルダ５における下側の凹所５ｃの内周面との摺動摩擦係数ならびに各基板保温支持体２７の外周面と上側の凹所５ａの内周面との摺動摩擦係数が十分に小さくされている。
【０１５３】
次に、上記のような自動高さ調整機構４０を具備するマイクロ波プラズマ処理装置の動作について説明する。
【０１５４】
コントローラ３１は、１パルス入力で最小回転角を進んだり戻ったりするようにモータ駆動パルスを発生する。ステッピングモータ３２は、このコントローラ３１からのモータ駆動パルスにより、目的の回転角へ回転駆動するよう制御される。ステッピングモータ３２の回転はカップリング３３を介して運動変換機構３４の下側の回転入力部３４ａに伝わり、この回転入力部３４ａを所定角度回転させる。
【０１５５】
ヒレ状体３５ａがフレーム３６のガイド溝３６ｂによって回転規制されたロッド状体３５の下端に連結の、運動変換機構３４の上下動出力部３４ｂは、回転入力部３４ａの回転の結果、所定の距離だけ上動し停止する。これで、ロッド状体３５の上端部に当接しているアダプタ２９が所定量だけ持ち上げられ、これに伴って複数の基板保温支持体２７が所定の初期高さ位置まで上昇され、停止する。
【０１５６】
次いで、実施例１で説明した手順に従って基板ホルダ５上の複数の基板６に対するプラズマによる結晶成長が開始される。そして、結晶成長に伴って以下の制御が行われる。
【０１５７】
自動高さ調整機構４０におけるコントローラ３１は結晶成長の進捗状況を監視する。結晶成長に使われた時間が所定の単位時間を経過するか否かをチェックし、経過するに至ったタイミングで、コントローラ３１は、ステッピングモータ３２に対してモータ駆動パルスを発生する。その結果、ステッピングモータ３２が所定の回転角度単位で回転し、運動変換機構３４を介してロッド状体３５が所定の寸法単位で下動を実行する。
【０１５８】
ロッド状体３５が下動すると、アダプタ２９および複数の基板保温支持体２７およびその上の基板６も自重により所定の寸法単位で下動する。すなわち、基板６上への結晶成長に伴って結晶成長面がわずかずつではあるが上方に変位することになるが、自動高さ調整機構４０の上記の制御は、この結晶成長面の上方変位を打ち消すものとして作用する。その打ち消しの精度は、高精度に行うことが好ましい。
【０１５９】
結果、結晶成長の継続にかかわらず結晶成長面の高さ位置は一定不変であり、結晶成長面は所定の高さ位置に保持されることになる。つまり、基板ホルダ５の上方位置で発生しているプラズマ７の最下面領域に対して結晶成長面の離間寸法が結晶成長の時間的経過にかかわらず常に一定に保たれることになる。したがって、各基板６上における結晶成長の精度・品質をきわめて高いものにすることができる。
【０１６０】
以上、３つの実施例について説明したが、次のような形態も本発明は含み得るものとする。
【０１６１】
ガス導入部８やガス排出部９の形態については、上記の実施例にあっては原料ガスの流線分布を周方向で均等にするための特別な工夫が施されているが、そのことは本発明にあっては必ずしも必須としなくてよきものとする。冷却液通路の構造や基板ホルダの真空引きの構造についても同様である。冷却液については、通常は冷却水としてよいが、水以外の液体を用いることもある。
【０１６２】
また、原料ガスの種類は任意である。もっとも、本発明はダイヤモンドの結晶を成長させるダイヤモンド結晶形成装置に適用した場合に大きな成果をもたらすと期待され、その場合の原料ガスはメタンガスである場合が多い。マイクロ波の周波数については任意とする。プラズマチャンバ３における高度の減圧状態の圧力値についても任意とする。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
本発明は、プラズマを用いて基板に結晶成長するマイクロ波プラズマ処理装置において、とりわけダイヤモンドの結晶を成長させるダイヤモンド結晶形成装置において、基板エッジ部分への過剰昇温を避け、基板温度を結晶成長上適正な温度に保ちながら基板温度分布を均一化し、プラズマによる基板への結晶成長の性状を高品位なものとする技術として有用である。
【符号の説明】
【０１６４】
１  減圧室
２  減圧室底板
３  プラズマチャンバ
４  ステージ
５  基板ホルダ
５ａ  凹所
５ｂ  凹所の上部開放端
６  基板
６ａ  基板の上面
６ｂ  基板のエッジ部分
７  プラズマ
８  ガス導入部
９  ガス排出部
１０  マイクロ波導波部
１１  誘電体窓
１２  中心軸管部
１３  下方付勢機構
２７  基板保温支持体
２７ａ  支持板
２９  アダプタ
３１  コントローラ
３２  ステッピングモータ
３４  運動変換機構
３５  ロッド状体
４０  高さ調整機構
【図１】
2013121885.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013121885.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013121885.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2013121885.tif 000015
【図１４】
2013121885.tif 000016
【図１５】
2013121885.tif 000017
【図１６】
2013121885.tif 000018
【図１７】
2013121885.tif 000019
【図１８】
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