等離子體cvd裝置及等離子體cvd方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在基材的表面形成薄膜的等離子體CVD裝置及等離子體CVD方法。
【背景技術(shù)】
[0002]迄今為止，研究了使用等離子體CVD法在各種基材的表面形成功能性薄膜的各種方法。利用等離子體CVD法獲得的薄膜發(fā)揮其致密性、柔軟性、透明性、電氣特性等特征，應(yīng)用于磁記錄材料的表面保護(hù)層、各種材料的硬涂層、氣體阻擋層、薄膜太陽(yáng)能電池的發(fā)電層等用途。
[0003]等離子體CVD法為下述方法，即，作為原料供給氣態(tài)物質(zhì)，利用等離子體向氣體賦予能量從而使其分解，使生成的活性種在基材的表面進(jìn)行化學(xué)結(jié)合，得到薄膜。為了提高薄膜的生產(chǎn)率，需要促進(jìn)利用等離子體進(jìn)行的氣體分解，盡可能多地將氣體分解而生成的活性種供給至基材表面，使其以薄膜的形式堆積成長(zhǎng)。因此，一直研究著提高等離子體密度的方案。此外，為了提高所得薄膜的膜質(zhì)、改善與基材的密合性，認(rèn)為等離子體的高密度化也是有效的，并且一直在進(jìn)行深入研究。
[0004]作為等離子體的高密度化方法之一，可以適用使用了磁場(chǎng)的磁控管電極。該方法應(yīng)用了如下技術(shù)，即，通過(guò)在電極表面將隧道(tunnel)形狀的磁感線形成為跑道(racetrack)狀，從而有效地封閉電子，得到高密度的等離子體。
[0005]例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中，示出了將磁控管電極適用于等離子體CVD法的例子。其中進(jìn)一步地通過(guò)連接氣體的入口作為電極，能夠放大高密度等離子體區(qū)域，促進(jìn)氣體的進(jìn)一步分解。
[0006]此外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，示出了下述例子，S卩，在電氣上為浮動(dòng)位準(zhǔn)(floatinglevel)的I組電極中，電極為具備磁控管結(jié)構(gòu)的磁鐵的磁控管電極。通過(guò)使用磁控管電極，能夠使等離子體內(nèi)的反應(yīng)性變高，高速地形成良質(zhì)的膜。此外，針對(duì)大面積的基材也能夠均勻且穩(wěn)定進(jìn)行成膜。
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)3公開(kāi)了下述結(jié)構(gòu)的裝置，S卩，在形成有噴出孔(其用于噴出由空心陰極放電產(chǎn)生的等離子體)的電極處，在電極內(nèi)部具備用于在電極表面形成磁控管磁場(chǎng)的磁鐵。此外，也示出了在該裝置中從噴出孔供給氧、從另外設(shè)置的原料噴出部供給硅烷化合物的方法。通過(guò)使用上述裝置及方法，能夠減少對(duì)基材的熱負(fù)荷，并得到致密且密合性良好的薄膜。
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特表2011 — 524468號(hào)公報(bào)
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2006 - 283135號(hào)公報(bào)
[0010]專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2008 - 274385號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]然而，為了滿(mǎn)足進(jìn)一步提高生產(chǎn)率的要求，想要在不降低膜質(zhì)的情況下提高成膜速度時(shí)，上述專(zhuān)利文獻(xiàn)I?3的技術(shù)存在如下問(wèn)題。
[0012]在專(zhuān)利文獻(xiàn)I的方法中，即使增加投入電力及氣體導(dǎo)入量，成膜速度在某些部位也不上升，并產(chǎn)生異常放電，無(wú)法穩(wěn)定成膜。推測(cè)其理由是，由于由磁控管等離子體產(chǎn)生的高密度等離子體區(qū)域與氣體供給位置分離，所以氣體的分解不充分，成膜速度無(wú)法上升。此夕卜，推測(cè)因?qū)怏w的入口作為電極而導(dǎo)致膜附著在氣體的入口，氣體供給量、放電變得不穩(wěn)定，產(chǎn)生異常放電。
[0013]在專(zhuān)利文獻(xiàn)2的方法中，在成膜速度的提高方面也存在極限。推測(cè)其理由是，由于設(shè)置于電極端部的氣體供給部的噴出口朝向基材，所以由磁控管等離子體產(chǎn)生的高密度等離子體無(wú)法與從噴出口噴出的氣體充分作用。
[0014]在專(zhuān)利文獻(xiàn)3的方法中，雖然從噴出孔供給的氣體被充分活性化，但是卻成為來(lái)自原料噴出部的氣體沿與基材平行的方向進(jìn)行供給的結(jié)構(gòu)，因此在基材上進(jìn)行有效成膜的量少，原料的使用效率不充分。
[0015]解決上述課題的本發(fā)明的等離子體CVD裝置如下所述。
[0016]一種等離子體CVD裝置，包括:
[0017]真空容器，和
[0018]在所述真空容器內(nèi)的等離子體CVD電極單元和基材保持機(jī)構(gòu)，
[0019]所述等離子體CVD電極單元包括:陽(yáng)極；陰極，其與所述陽(yáng)極隔開(kāi)間隔地對(duì)置；第一氣體供給噴嘴，其以氣體通過(guò)所述陽(yáng)極和陰極之間的等離子體生成空間的方式供給氣體，
[0020]所述基材保持機(jī)構(gòu)配置于通過(guò)所述等離子體生成空間后的氣體所觸碰的位置，[0021 ] 所述陽(yáng)極在氣體供給方向上的長(zhǎng)度及所述陰極在氣體供給方向上的長(zhǎng)度均比陽(yáng)極和陰極之間的距離長(zhǎng)。
[0022]解決上述課題的本發(fā)明的等離子體CVD方法如下所述。
[0023]一種等離子體CVD方法，其中，
[0024]使用本發(fā)明的等離子體CVD裝置，
[0025]在基材保持機(jī)構(gòu)中保持基材，
[0026]在等離子體生成空間中生成等離子體，
[0027]從第一氣體供給噴嘴通過(guò)等離子體生成空間向基材供給氣體，在基材的表面形成薄膜。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的等離子體CVD裝置、及使用了該等離子體CVD裝置的等離子體CVD方法，能夠以高分解效率分解氣體，結(jié)果能夠高速成膜。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0030]圖2是圖1的等離子體CVD裝置的電極單元的立體圖。
[0031]圖3是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0032]圖4是圖3的等離子體CVD裝置的電極單元的立體圖。
[0033]圖5是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0034]圖6是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0035]圖7是圖6的等離子體CVD裝置的電極單元的放大圖。
[0036]圖8是圖7的電極單元的X向視圖。
[0037]圖9是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0038]圖10是圖9的等離子體CVD裝置的圓筒電極的透視放大圖。
[0039]圖11是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0040]圖12是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0041]圖13是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0042]圖14是比較例I的等離子體CVD裝置的剖面簡(jiǎn)圖。
[0043]圖15是比較例2的等離子體CVD裝置的剖面簡(jiǎn)圖。
[0044]圖16是表示構(gòu)成本發(fā)明的等離子體CVD裝置的電極單元的底面板的一例的立體剖視圖。
[0045]圖17是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的電極單元的另一例的放大圖。
[0046]圖18是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0047]圖19是圖18的等離子體CVD裝置的電極單元的立體圖。
[0048]圖20是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0049]圖21是圖18的等離子體CVD裝置的電極單元的立體圖。
[0050]圖22是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0051]圖23是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0052]圖24是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0053]圖25是表不氣體供給噴嘴的一例的放大簡(jiǎn)圖。
[0054]圖26是表示氣體供給噴嘴的另一例的放大簡(jiǎn)圖。
[0055]圖27是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0056]圖28是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0057]圖29是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0058]圖30是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0059]圖31是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0060]圖32是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0061]圖33是表示用圓筒電極構(gòu)成陰極時(shí)的陰極的高度的圖。
[0062]圖34是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
[0063]圖35是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的另一例的剖面簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0064]以下，一邊參照附圖，一邊說(shuō)明本發(fā)明的最佳實(shí)施方式的例子。
[0065]圖1是表示本發(fā)明的等離子體CVD裝置的一例的剖面簡(jiǎn)圖。本發(fā)明的等離子體CVD裝置在真空容器I的內(nèi)部具備用于保持基材3的基材保持機(jī)構(gòu)2、和以與基材保持機(jī)構(gòu)2相對(duì)的方式配置的等離子體CVD電極單元4。等離子體CVD電極單元4包括陽(yáng)極5和與所述陽(yáng)極5隔開(kāi)間隔地對(duì)置的陰極6。此外，在陰極6連接有電源7。電源7使陽(yáng)極5和陰極6之間產(chǎn)生電場(chǎng)。利用該電場(chǎng)，在等離子體CVD電極單元4的內(nèi)部的、夾在陽(yáng)極5和陰極6之間的等離子體生成空間8內(nèi)，生成等離子體。
[0066]等離子體CVD電極單元4包括第一氣體供給噴嘴9。第一氣體供給噴嘴9以氣體通過(guò)陽(yáng)極5和陰極6之間的等離子體生成空間8的方式供給氣體?；谋３謾C(jī)構(gòu)2配置于通過(guò)等離子體生成空間8后的氣體所觸碰的位置。如上所述地配置第一氣體供給噴嘴9時(shí)，能夠向生成等離子體的等離子體生成空間8高效地供給氣體，氣體的分解效率提高。
[0067]由于經(jīng)分解的氣體會(huì)乘著從第一氣體供給噴嘴9噴出的氣流而朝基材保持機(jī)構(gòu)2的方向流動(dòng)，所以經(jīng)分解的氣體高效地到達(dá)基材3的表面，形成薄膜。因此，成膜速度提高。
[0068]圖2是圖1的等離子體CVD裝置的等離子體CVD電極單元4的立體圖。優(yōu)選陽(yáng)極5在氣體供給方向上的長(zhǎng)度hi及陰極6在氣體供給方向上的長(zhǎng)度h2均比陽(yáng)極5和陰極6之間的距離w長(zhǎng)。如果長(zhǎng)度hi及h2比距離w長(zhǎng)，則從第一氣體供給噴嘴9噴出的氣體通過(guò)等離子體生成空間8的距離變長(zhǎng)，氣體的分解效率提高，能夠在基材3上迅速形成薄膜。
[0069]如圖2所示，優(yōu)選等離子體CVD電極單元4在與基材保持機(jī)構(gòu)2的平面平行的方向上的長(zhǎng)度長(zhǎng)。若等離子體CVD電極單元4為這樣的形狀，則即使基材3的面積大，也能高效地成膜。
[0070]如圖6所示，優(yōu)選陰極6在與陽(yáng)極5相對(duì)的面上具備等離子體產(chǎn)生面，并且在內(nèi)部具備磁鐵12。通過(guò)該磁鐵12，從而在陰極6的等離子體產(chǎn)生面的表面形成磁控管磁場(chǎng)。通過(guò)形成這樣的結(jié)構(gòu)，由于能夠在陰極6的表面產(chǎn)生等離子體，所以能夠在緊湊的空間內(nèi)生成密度高的等離子體。此外，等離子體CVD電極單元4在真空容器I內(nèi)的配置的自由