专利名称：等离子体处理方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种等离子体处理方法和设备。更详细地说，本发明涉及，但不是唯独的，将碳质材料保护膜粘附到较软基片上以便在基片上形成透明的电绝缘涂敷层的一种方法。
迄今，有许多方法可以将硬而薄的钻石状碳质薄膜淀积到基片上。这里“钻石状碳”一词是指硬度特大的碳，举例说，它既不能用剃刀片切割又不能用钢丝绒刮出痕来。其化学键合方式与石墨SP2的三角形键合方式不同，看来是SP3钻石般的四面体键合方式占优势。用X射线检查钻石状碳膜可能有也可能没有结晶性的迹象。
日本专利申请昭56-146936叙述了一个实例，在该实例中，碳的淀积过程是与已淀积的碳材料用加速离子进行轰击的同时进行的，从而有选择地除去软质材料部分而留下较硬的材料。这种方法在提高如此淀积出来的碳膜的硬度方面技术效果优越。但按这个方法涂敷基片以在其上产生溅射作用，需要给基片加偏压。因此当基片由绝缘材料制成时，这种方法的好处就有所减少。
因此本发明的一个目的是提供一种新型的等离子体处理设备和方法。
为达到上述和其它目的和优点，如在待处理的玻璃基片之类的基片两侧，除在真空室设有一对产生等离子气体用的电极外，还在基片两侧的真空室中设置另一对辅助电极。往各辅助电极之间加较低频的电压，使等离子体的离子轰击基片。
通过等离子处理，可以淀积出硬质薄膜，因为离子的轰击作用必然会有选择地除去淀积过程中淀积出来的材料的较软部分。碳质薄膜是用碳化物气体形成时，其硬度和电阻率可通过加入氟化物气体加以控制。包含在淀积出来的碳膜中的氟还起提高碳膜防水性能的作用。这种碳膜适宜用作汽车玻璃窗上的保护性涂敷层。
其它适合用本发明进行处理的基片系由例如电阻率不小于1015欧厘米的绝缘材料制成，例如聚酯、醇酸树脂、无油醇酸树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂和氨基树脂等。特别是，在造汽车中适用的有机材料有丙烯酸清漆、丙烯酸黑色素和丙烯酸氨基甲酸酯。
结合附图阅读下面的详细说明即可更好地理解本发明的内容。附图中
图1是本发明一个实施例的等离子体CVD(化学汽相淀积)设备的横向剖视示意图;
图2A和2(B)是用本发明的涂敷了碳保护膜的汽车窗玻璃的垂直和水平剖视图;
图2(C)是图2(A)和2(B)所示实施例的一个修改方案的横向剖视示意图;
图3(A)和3(B)是涂敷了本发明碳保护膜的一个圆筒的水平和透视剖面示意图;
图4(A)和4(B)是涂敷了本发明的碳保护膜的一条尺的透视图和剖视图;
图5(A)和5(B)是涂敷了本发明的碳保护膜的直角尺的透视图和剖视图。
现在参看图1，这是一个化学汽相沉积设备的示意图。该设备包括下列各部分一真空室9，其中形成有一个淀积空间;一抽真空系统25，包括一回转泵25和一涡轮分子泵22，该两个泵通过阀21连接到室7上;一供气系统30，包括四条供气管线，各管线设有连接到反应室7的流量计29和阀28;一对网状铝电极3-1和3-2，安置在淀积空间内的上部位置和下部位置;一电源40，供供电给网状电极3-1和3-2之用;多个基片架20，供固定基片1之用，各基片架通过电容器19连接到室7上;多个网状铝电极50(13-n，13-n′)，各电极介在毗邻各基片之间;偏压供应装置17，供往毗邻各电极50之间加交流电压之用。反应室7配备有一闸阀9，待涂敷的基片即通过该闸阀配置入室7中。
电源40包括第一电源15-1、第二电源15-2和相位调节器26。第一电源15-1经由具有LCR(电感-电容-电阻)电路的匹配器16-1将交流电压供到网状电极3-1上。第二电源15-2经由具有LCR电路的匹配器16-2将交流电压供到网状电极3-2上。相位调节器26连接在第一电源15-1与第二电源15-2之间。第一和第二电源都分别在端子5-1和5-2处接地。偏压供应器17配备有第一和第二交流电压源17-1和17-2，两电压源将交流电压供到各毗邻电极13-n与13-n′之间。电压源17-1和17-2的一个端子在5-3处接地。
工作时，将室7抽成真空之后，在0.001至1乇将碳化物气体通入淀积空间8中。举例说，碳化物气体由C2F6和C2H4按1∶4至4∶1(例如1∶1)的比例组成，将该碳化物气体通入室7中，使室7中的压强变为0.5乇。碳材料的透明度和电阻率可通过调节C2F6相对于C2H4的引入速度改变包含在待淀积的碳材料中的氟含量来加以控制。淀积空间的温度不得高于150℃。将1兆赫至100兆赫(例如13.56兆赫)的交流电压从第一电源15-1和第二电源15-2加到网状电压3-1和3-2。用调相器26将上述电压之间的相位差调节到0°或180°。借助于高频电压将碳化物气体转化成等离子状态，并将碳沉积到基片上。淀积速率为100至1000埃/分。碳膜在平坦表面的淀积厚度可以是0.1至8微米，在凸出表面的淀积厚度可以是1至3微米。与此同时，将交流电压加到各毗邻电极13-n和13-n′之间，以便感应出垂直于各基片的电场。各电极13-n和13-n′之间交流电压的频率选取10赫和100千赫的范围，例如50赫。在如此较低的频率下，等离子体的离子能跟随电场轰击准备在其上淀积碳的基片表面。因此淀积出来的碳材料的硬度高，例如达600至6000公斤/平方毫米。碳的电阻率为例如从1′×106至5×1012欧厘米，一般为1×107至1×1011欧厘米。光能带隙不窄于1.0电子伏特，一般为1.5至5.5电子伏特。碳材料含30原子%或以下的氢和0.3至10原子%的氟。
按本发明将碳质薄膜涂敷在一些基片上。图2(A)和2(B)是涂敷以0.1至8微米厚的碳质薄膜45的准备装配到汽车前窗的曲面玻璃或塑料窗格玻璃1的水平和垂直剖视图。窗格玻璃1的整个表面涂敷有本发明的碳膜。碳膜可以只涂敷窗格玻璃的一面。在这种情况下，在图1所示的设备中处理的窗格玻璃系彼此平行配置，使它们象图2(C)所示的那样配对。图3(A)和3(B)例示了在一筒形基片上形成的碳涂敷层。图4(A)和4(B)例示了在塑料尺1上形成的碳涂敷层。涂敷层41的厚度为例如0.1至8微米。图5(A)和5(B)例示了在一直角尺上形成的碳涂敷层。涂敷层的厚度为0.5微米。
尽管这里以举例的方式具体介绍了几个实施例，但应该理解的是，本发明并不局限于所介绍的个别实例，在不脱离本发明在本说明书所附的权利要求书中所述的范围的前提下是可以作种种修改和更改的。举例说，可应用本发明将前窗、侧窗或后窗或侧镜涂敷以碳保护膜。
权利要求
1.一种等离子体处理设备，其特征在于，该设备包括一真空室；一真空泵，连接到所述真空室，以便将所述真空室抽成真空；-气体引入系统，连接到所述真空室，以便将反应气体输入所述真空室中；-对第一电极，设在所述真空室中；-第一电压源，用以将第一高频交流电压加到所述各第一电极之间，以便将所述真空室中的反应气体转化成等离子体；-基片架，用以将所述设备要处理的基片支撑在所述各第一电极之间；-对第二电极，配置得使所述基片架所支撑的基片位于所述各第二电极之间；和-第二电压源，用以将第二交流电压加到所述各第二电极之间，所述第二交流电压的频率低到所述等离子体能跟随的程度。
2.权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一交流电压的频率选取1兆赫至50兆赫的范围。
3.权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第二交流电压的频率选取10赫至100千赫的范围。
4.权利要求3所述的设备，其特征在于，所述基片架适宜支撑多个基片，以便将所述基片彼此分开平行配置。
5.权利要求4所述的设备，其特征在于，所述各第二电极分别配置在所述诸基片各毗邻基片之间。
6.一种用等离子体在真空室中进行处理基片的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤在真空室中将所述基片配置在一对第一电极之间;在适当的压强下往所述真空室中输入反应气体;和往所述第一电极之间输入第一交流高频电压，以便产生所述反应气体的等离子体，并对所述基片进行等离子体处理;其中第二交流电压系以所述等离子体能跟随所述第二电压的第二频率加到一对配置得将所述基片夹在其间的第二电极之间。
7.权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基片由绝缘材料制成。
8.权利要求7所述的方法，其特征在于，为了在所述基片上沉积薄膜，令所述反应气体分解。
9.权利要求8所述的方法，其特征在于，所述反应气体是碳化物气体。
10.权利要求9所述的方法，其特征在于，所述薄膜由钻石状碳制成。
全文摘要
介绍了一种等离子体化学汽相淀积法和设备。该设备包括一真空室，真空室中设有两对电极。往其中一对电极加高频电压，以便在真空室中产生反应气体的等离子体。待涂敷的基片配置在另一对电极之间。往该另一对电极加频率较低的电压。借助于该低频电压，基片在淀积的过程中就受到等离子体的轰击。轰击的作用在于除去淀积材料较软的部分。
文档编号C23C16/26GK1041189SQ8910723
公开日1990年4月11日 申请日期1989年9月16日 优先权日1988年9月16日
发明者山崎舜平, 土屋三憲, 林茂则, 广濑直樹, 石田典也, 佐佐木麻里, 川野笃 申请人:株式会社半导体能源研究所