等离子体cvd装置及等离子体cvd方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于在基材的表面形成薄膜的等离子体CVD装置及等离子体CVD方法。
【背景技术】
[0002]迄今为止，研究了使用等离子体CVD法在各种基材的表面形成功能性薄膜的各种方法。利用等离子体CVD法获得的薄膜发挥其致密性、柔软性、透明性、电气特性等特征，应用于磁记录材料的表面保护层、各种材料的硬涂层、气体阻挡层、薄膜太阳能电池的发电层等用途。
[0003]等离子体CVD法为下述方法，即，作为原料供给气态物质，利用等离子体向气体赋予能量从而使其分解，使生成的活性种在基材的表面进行化学结合，得到薄膜。为了提高薄膜的生产率，需要促进利用等离子体进行的气体分解，尽可能多地将气体分解而生成的活性种供给至基材表面，使其以薄膜的形式堆积成长。因此，一直研究着提高等离子体密度的方案。此外，为了提高所得薄膜的膜质、改善与基材的密合性，认为等离子体的高密度化也是有效的，并且一直在进行深入研究。
[0004]作为等离子体的高密度化方法之一，可以适用使用了磁场的磁控管电极。该方法应用了如下技术，即，通过在电极表面将隧道(tunnel)形状的磁感线形成为跑道(racetrack)状，从而有效地封闭电子，得到高密度的等离子体。
[0005]例如在专利文献I中，示出了将磁控管电极适用于等离子体CVD法的例子。其中进一步地通过连接气体的入口作为电极，能够放大高密度等离子体区域，促进气体的进一步分解。
[0006]此外，在专利文献2中，示出了下述例子，S卩，在电气上为浮动位准(floatinglevel)的I组电极中，电极为具备磁控管结构的磁铁的磁控管电极。通过使用磁控管电极，能够使等离子体内的反应性变高，高速地形成良质的膜。此外，针对大面积的基材也能够均匀且稳定进行成膜。
[0007]专利文献3公开了下述结构的装置，S卩，在形成有喷出孔(其用于喷出由空心阴极放电产生的等离子体)的电极处，在电极内部具备用于在电极表面形成磁控管磁场的磁铁。此外，也示出了在该装置中从喷出孔供给氧、从另外设置的原料喷出部供给硅烷化合物的方法。通过使用上述装置及方法，能够减少对基材的热负荷，并得到致密且密合性良好的薄膜。
[0008]专利文献1:日本特表2011 — 524468号公报
[0009]专利文献2:日本特开2006 - 283135号公报
[0010]专利文献3:日本特开2008 - 274385号公报
【发明内容】
[0011]然而，为了满足进一步提高生产率的要求，想要在不降低膜质的情况下提高成膜速度时，上述专利文献I?3的技术存在如下问题。
[0012]在专利文献I的方法中，即使增加投入电力及气体导入量，成膜速度在某些部位也不上升，并产生异常放电，无法稳定成膜。推测其理由是，由于由磁控管等离子体产生的高密度等离子体区域与气体供给位置分离，所以气体的分解不充分，成膜速度无法上升。此夕卜，推测因将气体的入口作为电极而导致膜附着在气体的入口，气体供给量、放电变得不稳定，产生异常放电。
[0013]在专利文献2的方法中，在成膜速度的提高方面也存在极限。推测其理由是，由于设置于电极端部的气体供给部的喷出口朝向基材，所以由磁控管等离子体产生的高密度等离子体无法与从喷出口喷出的气体充分作用。
[0014]在专利文献3的方法中，虽然从喷出孔供给的气体被充分活性化，但是却成为来自原料喷出部的气体沿与基材平行的方向进行供给的结构，因此在基材上进行有效成膜的量少，原料的使用效率不充分。
[0015]解决上述课题的本发明的等离子体CVD装置如下所述。
[0016]一种等离子体CVD装置，包括:
[0017]真空容器，和
[0018]在所述真空容器内的等离子体CVD电极单元和基材保持机构，
[0019]所述等离子体CVD电极单元包括:阳极；阴极，其与所述阳极隔开间隔地对置；第一气体供给喷嘴，其以气体通过所述阳极和阴极之间的等离子体生成空间的方式供给气体，
[0020]所述基材保持机构配置于通过所述等离子体生成空间后的气体所触碰的位置，[0021 ] 所述阳极在气体供给方向上的长度及所述阴极在气体供给方向上的长度均比阳极和阴极之间的距离长。
[0022]解决上述课题的本发明的等离子体CVD方法如下所述。
[0023]一种等离子体CVD方法，其中，
[0024]使用本发明的等离子体CVD装置，
[0025]在基材保持机构中保持基材，
[0026]在等离子体生成空间中生成等离子体，
[0027]从第一气体供给喷嘴通过等离子体生成空间向基材供给气体，在基材的表面形成薄膜。
[0028]根据本发明的等离子体CVD装置、及使用了该等离子体CVD装置的等离子体CVD方法，能够以高分解效率分解气体，结果能够高速成膜。
【附图说明】
[0029]图1是表示本发明的等离子体CVD装置的一例的剖面简图。
[0030]图2是图1的等离子体CVD装置的电极单元的立体图。
[0031]图3是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0032]图4是图3的等离子体CVD装置的电极单元的立体图。
[0033]图5是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0034]图6是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0035]图7是图6的等离子体CVD装置的电极单元的放大图。
[0036]图8是图7的电极单元的X向视图。
[0037]图9是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0038]图10是图9的等离子体CVD装置的圆筒电极的透视放大图。
[0039]图11是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0040]图12是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0041]图13是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0042]图14是比较例I的等离子体CVD装置的剖面简图。
[0043]图15是比较例2的等离子体CVD装置的剖面简图。
[0044]图16是表示构成本发明的等离子体CVD装置的电极单元的底面板的一例的立体剖视图。
[0045]图17是表示本发明的等离子体CVD装置的电极单元的另一例的放大图。
[0046]图18是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0047]图19是图18的等离子体CVD装置的电极单元的立体图。
[0048]图20是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0049]图21是图18的等离子体CVD装置的电极单元的立体图。
[0050]图22是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0051]图23是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0052]图24是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0053]图25是表不气体供给喷嘴的一例的放大简图。
[0054]图26是表示气体供给喷嘴的另一例的放大简图。
[0055]图27是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0056]图28是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0057]图29是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0058]图30是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0059]图31是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0060]图32是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0061]图33是表示用圆筒电极构成阴极时的阴极的高度的图。
[0062]图34是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
[0063]图35是表示本发明的等离子体CVD装置的另一例的剖面简图。
【具体实施方式】
[0064]以下，一边参照附图，一边说明本发明的最佳实施方式的例子。
[0065]图1是表示本发明的等离子体CVD装置的一例的剖面简图。本发明的等离子体CVD装置在真空容器I的内部具备用于保持基材3的基材保持机构2、和以与基材保持机构2相对的方式配置的等离子体CVD电极单元4。等离子体CVD电极单元4包括阳极5和与所述阳极5隔开间隔地对置的阴极6。此外，在阴极6连接有电源7。电源7使阳极5和阴极6之间产生电场。利用该电场，在等离子体CVD电极单元4的内部的、夹在阳极5和阴极6之间的等离子体生成空间8内，生成等离子体。
[0066]等离子体CVD电极单元4包括第一气体供给喷嘴9。第一气体供给喷嘴9以气体通过阳极5和阴极6之间的等离子体生成空间8的方式供给气体。基材保持机构2配置于通过等离子体生成空间8后的气体所触碰的位置。如上所述地配置第一气体供给喷嘴9时，能够向生成等离子体的等离子体生成空间8高效地供给气体，气体的分解效率提高。
[0067]由于经分解的气体会乘着从第一气体供给喷嘴9喷出的气流而朝基材保持机构2的方向流动，所以经分解的气体高效地到达基材3的表面，形成薄膜。因此，成膜速度提高。
[0068]图2是图1的等离子体CVD装置的等离子体CVD电极单元4的立体图。优选阳极5在气体供给方向上的长度hi及阴极6在气体供给方向上的长度h2均比阳极5和阴极6之间的距离w长。如果长度hi及h2比距离w长，则从第一气体供给喷嘴9喷出的气体通过等离子体生成空间8的距离变长，气体的分解效率提高，能够在基材3上迅速形成薄膜。
[0069]如图2所示，优选等离子体CVD电极单元4在与基材保持机构2的平面平行的方向上的长度长。若等离子体CVD电极单元4为这样的形状，则即使基材3的面积大，也能高效地成膜。
[0070]如图6所示，优选阴极6在与阳极5相对的面上具备等离子体产生面，并且在内部具备磁铁12。通过该磁铁12，从而在阴极6的等离子体产生面的表面形成磁控管磁场。通过形成这样的结构，由于能够在阴极6的表面产生等离子体，所以能够在紧凑的空间内生成密度高的等离子体。此外，等离子体CVD电极单元4在真空容器I内的配置的自由