CN100423194C - 等离子体表面加工设备的电极结构 - Google Patents

Abstract

在等离子体成膜设备中，连接到电源(4)的两个第一种电极(51)和两个接地的第二种电极(52)以第二种电极(52)、第一种电极(51)、第一种电极(51)和第二种电极(52)的顺序安置。在中心第一种电极(51)之间形成的第一种流道(50a)使用于形成到膜中的原材料气体(第一种气体)从其中通过。在两侧的第一种和第二种电极(51、52)之间形成的第二种流道的等离子体放电空间(50b)使可激发气体(第二种气体)从其中通过，可激发气体被等离子体激发使得原材料可形成到膜中，但是可激发气体本身仅仅被激发，但是不形成到膜中。那些气体汇集在第一种和第二种流道之间的交叉部分(20c)，通过共同喷气通道(25a)喷出。这样可以防止设备组成构件例如电极被膜粘附。

Description

等离子体表面加工设备的电极结构

技术领域

本发明涉及一种等离子体表面加工技术，其中通过在一对电极之间施加电场以等离子体化加工气体，对于半导体等的基材的表面进行例如成膜、蚀刻、灰化、清理、表面改性等加工。更具体地，本发明涉及一种适合在等离子体成膜设备中布置基材远离基材的电极之间的电场施加空间的所谓的远程控制型的设备。

背景技术

等离子体表面加工设备配备一对电极(例如，日本专利申请公开第H11-236676号)。加工气体引入到该对电极之间，并且在它们之间施加电场产生辉光放电。这样加工气体被等离子体化。将这样等离子体化的加工气体吹到半导体基材等的基材表面上。这样可以对基材表面进行例如成膜(CVD)、蚀刻、灰化、清理和表面改性的加工。

配备到单一设备上的电极的数目不局限于两个。例如，在日本专利申请公开第H05-226258号中公开的等离子体加工设备中，布置多个电极以致它们的极性交替出现。

等离子体表面加工系统包括将基材放置在一对电极之间的电场施加空间的所谓直接系统、和其中基材远离电场施加空间放置和在电场施加空间中等离子体化的加工气体吹到这个基材上的所谓远程型。它进一步包括其中将整个系统放在减压容器中和在较低压力环境中进行加工的低压等离子体加工系统和在接近大气压力的压力(大致为常压)下进行加工的常压加工系统。

例如，如日本专利申请公开第H11-251304号公开的，远程型常压表面加工设备包括吹出加工气体的喷气嘴。在这个嘴内，一对电极以对面关系布置。至少一个电极热喷涂膜在其对表面配备固体电介质层例如陶瓷。为了防止在常压电极间的空间中可发生的电弧放电发生进行这种布置。喷嘴形成有与电极之间的电场施加空间连接的喷气通道。基材布置在这个喷气通道前面。

根据加工的目的选择用于等离子体表面加工的气体。在成膜(CVD)的情况中，使用包含膜的原材料的气体。这个原材料气体引入到电极之间并与等离子体反应以在基材表面形成膜。

但是，这个成膜加工技术有这样的问题：本来趋于粘附在基材上的膜易于粘附在设备侧面上。特别地，在远程型中，气体从喷气通道吹出之前容易粘附在电极表面。气体也容易粘附到喷嘴的喷气通道的周围区域或相对于基材的喷嘴的相对表面。这导致原材料的增加量的损失。更频繁地需要维护例如电极等的替换和其清理。主组件例如电极的完全地替换意味着组件原料的巨大浪费。而且，为了粘附在喷气通道的周围区域上的粘附物(污点)完全地清理喷嘴是非常地麻烦。另外，在维护时必须暂时地停止加工。

顺便提及，日本专利申请公开第H03-248415号公开了一种技术：其中在常压CVD中一般地从喷嘴的周围区域到它的放电部件的壁表面由金属网组成，从金属网的网孔中吹出惰性气体，由此防止膜粘附到设备侧面上。但是这个技术又有这样的问题：加工气体流被通过网孔的惰性气体干扰，这样严重地降低了成膜到基材上的效率。

并且常压等离子体表面加工具有和低压环境相比自由基的平均自由程(寿命)短的这样的问题。因为这个原因，如果放置喷嘴离基材太远，由于失活不能形成膜。另一方面，如果放置喷嘴离基材太近，在施加电场的侧面上的电极和基材之间容易发生电弧，并且在一些情况下基材会损坏。

在常压等离子体表面加工中，在电极的背面(相对表面的相反侧表面)和在电极的边缘可能发生电弧(异常的放电)。当包含氩气的稀有气体或氢气用作加工气体时这特别明显地发生。

针对上述情形进行了本发明。因此本发明的一个目的是提供一种解决在所有等离子体表面加工中的等离子体成膜时，特别是在远程型的等离子体成膜时，膜粘附到电极等上的问题的技术。本发明的另一个目的是提供一种在防止电弧放电时能进行有利的成膜加工的技术。

发明内容

为了解决上述问题，根据本发明的第一方面，提供一种在等离子体作用下在基材表面上形成膜的等离子体成膜设备，包括：

(A)包含膜的原材料的第一种气体供应源；

(B)由等离子体放电引起达到激发状态的但是不包含能形成到膜形式中的组分的第二种气体供应源；

(C)要与基材对面地放置的加工头；

该加工头设置有：

(a)接地的接地电极；和

(b)连接到电源并在接地电极和电场施加电极之间形成等离子体放电空间的电场施加电极；

该加工头形成有：

(c)以避免等离子体空间或离等离子体空间很近地通过的方式从第一种气体供应源引入第一种气体到基材的第一种流道；

(d)包括等离子体放电空间且在使第二种气体通过等离子体放电空间之后使来自第二个气体供应源的第二种气体接触第一种气体的第二种流道。

由于上述布置，可以阻止膜粘附到组成等离子体放电空间的电极的表面上。这样原材料的损失减少。并且可以减少维护例如电极的替换和清理的麻烦。

在第一方面中，例如第一种和第二种流道相互汇聚和朝着表面与基材对面地放置的加工头的表面开口的共同喷气道连接是可以的。(见图3，其它地方一样)。还可以接受的是：第一种和第二种流道的下游端间隔地朝着表面要与基材相对放置的加工头的表面开口，并且这些开口端分别作为第一种气体的喷气口和第二种气体的喷气口(见图11，其它地方一样)。在前种共同喷气结构(common blowoff construction)中，第一种气体和等离子体化的第二种气体在共同喷气通道中接触以可靠地反应。在后种单个喷气结构(individual blowoff construction)中，可以肯定地防止膜在喷气通道的内周表面上形成。

在共同喷气结构中，例如，第一种和第二种流道中的一个线性地与共同喷气通道连通，另一个与上述的一种流道以一个角度交叉。第一种和第二种气体中的一个以喷气方向线性地流动，另一个气体可以与其汇集。

在共同喷气结构中第一种和第二种流道之间的交叉角度例如是直角。但是，交叉角度不局限于此，它可以是钝角或锐角。第一种和第二种流道都可以与共同喷气通道成一定的角度。

在第一方面中，例如，电极作为限定第一种流道的构件配置。由于这种布置，具体的第一种流道形成构件可以被省略或缩短。

在第一方面中，例如，加工头设置有相同极性的以相互邻接关系布置的两个电极，第一种流道在有相同极性的电极之间形成。有相同极性的电极可以指电场施加电极，或它们可以是接地电极。

在第一方面中，例如，加工头配备电场施加电极和接地电极各两个，这样总共四个，以相互邻接关系安置两个电场施加电极，这样在它们之间形成第一种流道，并且和所述各两个相应的接地电极的每一个都对面地布置两个电场施加电极的每一个，这样在它们之间形成等离子体放电空间(见图3，其它地方一样)。

例如以接地电极、电场施加电极、电场施加电极和接地电极的顺序布置四个电极，由于这种布置方式，两个等离子体放电空间和进而第二种流道都布置在两边，单一的第一种流道夹在它们之间。

在这个四电极和三流道结构中，例如，加工头包括覆盖朝向电极的基材的表面的基材相对构件(base material opposing member)，所述基材相对构件形成有三种流道的各个喷气通道(见图11)。由于这种布置，构成了单一喷气结构的一实施方式。

并且，在四电极和三流道结构中，如下结构是可以接受的：加工头包括要覆盖面向电极的基材的表面的基材相对构件，在基材相对构件和每个电场施加电极之间形成作为第二种流道的一部分的连通通道，等离子体放电空间和第一种流道通过连通通道相互连通，由第一种和第二种气体的共同喷气通道形成基材相对构件，因此共同喷气通道与第一种流道和连通通道之间的交叉部件是连续的(见图3)。由于这种布置，组成单个喷气结构的一种模式。

基材相对构件例如由绝缘(电介质)材料例如陶瓷组成。

就四电极和三流道结构的一个更普遍化的结构而言，可以有如下结构：加工头设置有多个电场施加电极和多个接地电极，以平行关系布置电极，因此每个在相同极性的电极之间形成的第一种流道和等离子体放电空间即每个在不同极性的电极之间形成的第二种流道被交替地布置(见图13)。术语“有相同极性的电极”指电场施加电极或指接地电极，术语“有不同极性的电极”指电场施加电极和接地电极。

在该第一种和第二种流道交替布置的结构中，优选位于布置方向相反端部的电极为接地电极。由于这种布置，可以防止电场泄漏到电极区域外边。

在交替布置的结构中，第一种和第二种流道可以一个一个地或一组一组地交替地布置。第一组由一个或多个第一种流道组成，第二组由一个或多个第二种流道组成。第二种流道和第一种流道可以交替地布置使得在多个第二种流道之后仅布置一个第一种流道。备选地，它们可以交替地布置使得在仅仅一个第二种流道之后布置多个第一种流道。一组第一个或第二种流道依照布置方向在数目上是不同的。优选地，第二种流道的数目整体地比第一种流道的大。由于这种布置，可以得到原材料气体的充分反应。

在第一方面中，例如，电场施加电极和接地电极以与电场施加电极和接地电极的相反方向的正交方向伸展，电极之间的等离子体放电空间的上游端布置在与相反方向和伸展方向正交的第一个方向的一个端部上，其下游端布置在该第一个方向的另一个端部上。由于这种布置，其中膜一次形成的范围得以扩大并且加工效率可得到提高。

在长形电极结构中，优选电场施加装置的供电线以电场施加电极的纵长方向连接到一个端部，接地线以接地电极的纵长方向连接到另一端部(见图6)。由于这种布置，可以防止供电线和接地线短路。

在第一方面的一个优选方案中，接地电极以相对关系布置在要面向加工头中基材的电场施加电极的侧面上(见图15)。由于这种布置，在电场施加电极和基材之间插入接地电极可以防止在电场施加电极和基材之间发生电弧。这样，可以防止基材损坏，加工头进而等离子体放电空间可以充分地接近基材放置。结果，在活性粒种失活之前可以肯定地将活性粒种带到基材上，可进行高速有利的成膜加工。这个插入结构对自由基的平均自由程(直到活性片失活的距离)短的大体上常压等离子体成膜加工是特别有效的。

在此使用的术语“大体上常压(接近大气压)”指1.333×10⁴～10.664×10⁴Pa的范围。特别地，因为压力调整变容易和设备的结构变简单，9.331×10⁴～10.397×10⁴Pa的范围是优选的。

在接地电极插入结构中，例如，加工头包括覆盖要面向电场施加电极的基材的表面的基材相对构件，接地电极布置在基材相对构件上。在电场施加电极和基材相对构件之间形成缝隙，该缝隙充当包括等离子体放电空间的第二种流道。优选等离子体放电空间直接与第一种流道交叉，用第一种和第二种气体的共同喷气通道构成基材相对构件，以使共同喷气通道和交叉部分是连续的。根据这个直接汇集结构，放电空间中的等离子体可以溢流到交叉部分。由于这个溢流部分，第一种气体可以直接地被等离子体化(第一种气体可以离等离子体放电空间很近地通过)。由于这种布置，成膜效率被提高。

在接地电极插入结构中，例如接收接地电极的接收凹槽形成在要面向基材相对构件的基材的表面(在电场施加侧的相反侧的表面)中。由于这种布置，接地电极直接面向基材。在这个接地电极直接对面结构中，优选基材相对构件由陶瓷组成，形成基材相对构件的接收凹槽的形成部件作为覆盖接地电极的金属主体的固体电介质层配置。由于这种布置，不再需要对接地电极提供特定的固体电介质层。

在接地电极插入结构中，例如要面向电场施加电极的金属主体的共同喷气通道的端面大体上可以与电场施加电极的金属主体同侧的端面平齐(见图20)或比其更加扩展。在面向接地电极的金属主体的共同喷气通道的侧的端面比电场施加电极的金属主体同侧的端面更加缩进也是可以的(见图21)。在前种大体上平齐或更扩展的结构中，可以确保电场不会从接地电极泄漏到基材侧面，可以确保电弧不会落到基材上，并且可以确保加工头和基材之间的距离得以缩短。在后种缩进结构中，在电场施加电极和接地电极的各端面之间可形成横向电场，第一种气体的反应空间离基材更近。

在第一方面中，例如，加工头设置有接地的导电构件使得接地的导电构件覆盖面向电场施加电极的基材的侧面(图15和23，和其它地方)。由于这种布置，在电场施加电极和基材之间插入接地的导电构件可以防止在电场施加电极和基材之间发生电弧。这样可以防止基材损坏，加工头进而等离子体放电空间可以充分接近基材。结果，在活性粒种失去活性之前可以肯定地将活性粒种带到基材上，进行高速有利的成膜过程。这个插入结构对自由基的平均自由程(活性粒种失去活性的距离)短的大体上常压等离子成膜加工是特别有效的。

在这个导电构件插入结构中，导电构件在电场施加电极和导电构件之间形成等离子体放电空间和导电部件作为接地电极配置(见图15)是可以的。由于这种布置，导电构件也可充当接地电极，这样可减少零件的数目。

在导电构件插入结构中，使导电构件和电场施加电极绝缘的绝缘构件填充在绝缘构件和电场施加电极之间(见图23)。由于这种布置，可以防止在导电构件和电场施加电极之间发生放电。

在第一方面中，优选加工头设置有输入管道，所述输入管道具有围绕其基材相对表面的周缘部分的输入口。由于这种布置，可以防止加工气体停留在该空间，顺利地放电。最终，粘附在基材相对构件上的污点减少，维护的频率减少。并且第一种和第二种气体的流量在加工头和基材之间的空间得到稳定，可以得到大体上层流的流动状态。

根据本发明的第二方面，提供了一种在等离子体作用下在基材表面形成膜的等离子体成膜设备，包括：

含有膜的原材料的第一种气体供应源；

由等离子体放电引起达到活化状态的但是不包含能形成到成膜中的组分的第二种气体供应源；

接地的接地电极；

连接到电源和以与接地电极相对的方式形成等离子体放电空间的电场施加电极；

以避开等离子体放电空间或很接近等离子体放电空间地通过的方式使来自第一种气体供应源的第一种气体流过其中的并将第一种气体吹到基材上的第一种流道形成设备；和

使来自第二种气体的第二种气体通过等离子体空间和使第二种气体接触第一种气体的第二种流道形成设备。由于这种布置，可以防止膜粘附到组成等离子体放电空间的电极的表面上。这样原材料损失减少。并且维护例如电极的替换及其清理的麻烦得以减少。

如上述，有相同极性的电极可以是第一种流道形成设备，有不同极性的电极可以是第二种流道形成设备。也就是说，例如电场施加电极包括形成第一种流道并作为第一种流道形成设备配置的表面是可以的。并且也可以将电场施加电极和接地电极作为第二种流道形成设备进行配置，其中第二种流道和等离子体放电空间形成在电场施加电极和接地电极之间。

根据第二方面的另一实施方式，接地电极布置在要面向电场施加电极的基础构件的侧面，电介质构件(绝缘构件)夹在接地电极与电场施加电极之间，使电介质构件暴露其中的切口形成在接地电极的一部分中，切口内部充当等离子体放电空间；第二种流道形成设备使第二种气体沿着接地电极吹出，进入切口；第一种流道形成设备使第一种气体以和第二种气体形成层流流体的方式在接地电极的相反侧面从第二种气体吹出(图22)。由于这种布置，第一种气体以非常接近地通过等离子体放电空间的方式流过，并在离基材更近的地方反应。并且可抑制膜对设备侧面的粘附。

在如本发明的等离子体表面加工中(特别是常压表面加工)，防止电弧(异常的放电)发生的固体电介质层配置到电场施加电极和接地电极的对表面中的至少一个。可以用热喷射涂布等在电极的金属主体上涂布这个固体电介质层(见图3)。在备选方案中，它可以是后面描述的电介质容器接收结构。

也就是说，本发明的等离子体成膜设备的电极可包含由金属组成的主体和由用于在其中接收主体的由固体电介质构件组成的电介质容器(图19)。由于这种布置，即使膜(污点)粘到电极上，它也仅仅粘到电介质容器上，不粘到电极主体上。因此简单地通过仅清洗电介质容器，主体就仍可使用。并且由于整个电极主体被作为固体电介质层的电介质容器覆盖，不仅在相对另一个电极的对表面而且在后表面和边缘可以防止异常的放电发生。特别地，甚至在使用容易放电的物质如氩气或氢气作为加工气体的情况中，在后表面等可以肯定地防止异常放电发生。并且与用其中通过热喷射涂布等直接涂布电极主体表面的技术相比，对厚度进行变化是容易的。电介质容器接收结构本身不仅可以应用到属于本发明领域的等离子体成膜过程，而且可以广泛地应用到其它等离子体表面加工电极结构例如清理、蚀刻、灰化、表面改性等。它不仅可以应用到远程型等离子体加工而且可以应用到直接型等离子体加工。

优选地，电介质容器包括在其中一个表面有开口的内部空间中缩进地接收电极主体的容器主体和覆盖该开口的盖子。

成对的电场施加电极和接地电极都可以是电介质容器接收结构。在那个情况中，第二种流道的等离子体放电空间形成在电场施加电极的电介质容器和接地电极的电介质容器之间。

如下方式也是可以的：有相同极性并形成第一种流道的两个电极的每一个包含由金属组成的主体和用于在其中接收主体的由固体电介质构件组成的电介质容器，两个电极的电介质容器相互对面地放置，由此在它们之间形成第一种流道。

电极的电介质容器可以独立地形成，或它们整体地相互连接(见图28，以及其它地方)。在前种独立结构中，根据粘附(污点)情况单独地进行维护例如替换。在后种整体结构中，零件的数目减少。另外，可以容易正确地进行电极的相对定位等。在整体结构的情况中，优选气体流道形成在容器主体中，用于在其中接收电极主体的接收空间形成在两侧，这种流道夹在两侧中间。这种流道的截面可以沿着气体流动方向变化使得流道逐渐变窄或变宽或配备一个台阶。由于这种布置，可以改变气流的压力和速度。根据该整体结构，可以容易地形成刚提及的这样的变形流道。

如下方式也是可行的：每个电极和其电介质容器以正交于另一个电极的相反方向的方向延展，以及电介质容器整体地包括以延展方向均匀地分散进入电介质容器和另一个电极之间流道的气体的气体均匀化部件(见图30)。由于这种布置，不再需要另外的均匀化气体的构件，零件的数目得以减少。

电介质容器中在形成等离子体放电空间的侧面上的平板部件在等离子体放电空间的上游侧的厚度和在等离子体放电空间的下游侧的厚度可能是不同的(见图28)。并且可以在容器整体结构采用如下结构：用充当等离子体放电空间的第二种流道形成整体电介质容器，金属主体接收在整体电介质容器的每一侧，它们之间夹有流道，金属主体之间的距离在等离子体放电空间的上游侧和下游侧是不同的(见图29)。由于这种布置，当它流过时通过改变产生自由基粒种的方式可以对等离子体的情况进行许多变化。这样丰富了表面加工方法。

如下方式也是可以的：每个电极包含金属制的主体和至少布置在主体的等离子体放电空间形成表面上的固体电介质层，在等离子体放电空间形成表面的固体电介质层在等离子体放电空间的上游侧和下游侧有不同的厚度。还可以采用如下方式：每个电极包含金属制成的主体和至少布置在主体的等离子体放电空间形成表面的固体电介质层，两个电极之间的距离在等离子体放电空间的上游侧和下游侧是不同的。

作为对电极施加电场的方法或作为本发明的接地方法，可以使用供电插头(feed pin)或接地插头(grounding pin)，或将包覆的导线直接连接到电极上。

在前一种插头结构中，插头包括具有朝其顶端面开口的插孔并可抽出地插入到电极中的导电插头主体、电连接到插头主体并可滑动地接收在插头孔中的芯体部件、和接收在插头孔中并用于偏置芯体部件以被推出插头孔的顶端开口的弹簧(见图10)。由于这种布置，可确保插头和电极的电连接。并且由于供电插头可以从电极抽回，在维护时它不可能成为任何干扰。

在后一种包覆导体结构中，优选导体孔形成在电极中，包覆导体插入导体孔中，用绝缘材料包覆导线形成包覆导线，仅有位于孔的内侧的电线的顶端部从绝缘材料中暴露出来，以大体上正交于导体孔的方式将螺钉旋进电极，螺钉将电线的暴露的顶端部挤到导体孔的内周表面(见图24)。由于这种布置，导电顶端部可确保固定到电极主体上。并且在导线拉出电极的部分可确保异常放电不会发生。在维护时，通过松动螺钉可以容易地从电极中拉出导线。

在第一方面中，优选加工头可拆卸地包括由第一个和第二个气体喷出通道组成并放置在基材对面的基材相对构件(见图9)。由于这种布置，即使膜(污点)粘附到加工头的基材相对表面等上，也可以仅分离基材相对构件。然后通过仅仅将基材相对构件浸渍在化学液体例如强酸中可以仅清洗基材相对构件。因此不再需要将整个加工头进行清洗过程，并可以使维护过程简化。并且通过制备一个基材相对构件的备用部件，甚至在维护期间也可以保持表面加工连续进行。

基材相对构件的除去结构本身不仅可以应用到属于本发明领域的等离子体成膜而且可广泛应用到其它等离子体表面加工头例如清洗、蚀刻、灰化、表面改性等。并且它也可以应用到除等离子体例如热CVD外的其它表面加工头。

在相对构件除去结构中，优选进一步包括，以在其上放置基材相对构件的周边部分使表面朝向直接向下的基材相对构件的基材的方式支撑基材相对构件的支撑设备；加工头的基材相对构件的上侧面，被整体地放置在基材相对构件上。并且优选支撑设备有框架式外形使得加工头以能被向上地除去的方式被接收在其中，并且钩在基材相对构件的周边部分上的内凸缘放置在支撑设备的下端部的内周边上。由于这种布置，在维护时简单地拉起加工头，可以分离基材相对构件。并且朝下的加工头被构成，基材被布置在该头的下面。

在相对构件除去结构中，优选定位突出布置在加工头的基材相对构件的上侧和支撑设备中的一个上，使定位突起垂直固定其上的定位凹槽放置在离开加工头的基材相对构件的上侧和支撑设备中的另一个上。由于这种布置，加工头能确保定位在支撑设备上。

支撑设备优选包括具有向下开口的进口并以围绕加工头的方式放置的输入管道。由于这种布置，可以防止加工气体停留在该空间，顺利放电。最终，粘附在基材相对构件上的污点减少，维护频率减少。并且由于支撑设备和输入管道由共同的构件组成，零件的数目减少。

在第一方面中，优选加工头包括一个面向基材的部件，基材相对构件包括放置第一种和第二种气体喷出通道的喷出区域和从喷出区域膨胀由此得到形成膜的比例的膨胀区域，膨胀区域和惰性气体引入设备连接；基材相对构件的膨胀区域由有一定的气体渗透性的材料组成使得来自惰性气体引入设备的惰性气体渗透到基材相对表面，渗透程度和惰性气体从基材相对表面的渗出程度为能防止加工气体接触基材相对表面并且不干扰加工气体的流动(见图34)的程度。由于这种布置，可以在基材相对表面形成一薄层气体，特别是在膨胀区域，因此可确保防止膜粘附在基材相对表面。另外，在使加工气体在导向膨胀区域不干扰在加工头和基材之间空间的加工气体流动下充分地形成膜。

气体渗透材料优选为多孔材料。由于这种布置，可以容易地可靠地得到需要的渗透程度和渗出。特别地，从多孔材料组成气体渗透材料，也可以确保得到绝缘性能。

优选以凹向基材相对表面的方式，在基材相对构件的膨胀区域的基材相对表面的相反侧面中，形成其中临时储存来自气体引入设备的惰性气体的凹槽。由于这种布置，膨胀区域中的基材相对构件可以在厚度上减少，可以确保在基材相对表面形成惰性气体膜，因此可以更可靠地防止膜粘附到这个表面。

优选基材相对构件有短方向和纵长方向，每个区域以纵长方向伸展，膨胀区域以短方向配置在两侧，它们之间夹有喷出区域，以在纵长方向伸展的方式在每个膨胀方向形成凹槽。由于这种布置，可以一次在宽范围区域有效地形成膜，可确保防止膜粘附到两个膨胀区域。

优选基材相对构件完全整体地由气体渗透材料形成，抑制气体渗透的气体渗透抑制构件放置在面向凹槽喷气区域的内侧面。由于这种布置，可确保加工气体流不会被惰性气体在喷气区域干扰或稀释，因此可以得到高质量的成膜。

优选凹槽在其深度方向的中间部分配备隔板，隔板具有比气体渗透材料更充分高的气体渗透性，凹槽通过隔板分割成连接惰性气体引入设备的上段凹槽部分和在基材相对构件附近的下段凹槽部分。由于这种布置，惰性气体在凹槽内被均匀化。隔板优选由网孔比气体渗透材料更足够粗的多孔板组成。并且气体渗透抑制构件优选仅放置在指向上段凹槽部分的喷气区域的内侧面上。下段凹槽部分优选在容量方面比上段凹槽部分更大。通过仅在上段凹槽部分放置气体渗透抑制构件，可以使下段凹槽在容量上比上段凹槽部分更大。

在第一方面中，优选第一种流道的下游端和第二种流道的下游端交叉，交叉部分充当第一种和第二种气体的共同喷气口(见图37)。由于这种布置，可以防止膜粘附到各个电极的对面表面上。并且在喷气的同时，相互混合第一种气体和等离子体化的第二种气体，在不等待气体分散和在活化粒种失去活性之前可以得到充分的成膜反应。这样成膜效率提高。

在这个混合同时喷气结构中，第一种和第二种流道优选以锐角相互交叉。由于这种布置，当第一种和第二种气体在混合时喷向基材，使得第一种和第二种气体形成单一气流。

在混合同时喷气结构中，优选加工头包括开有喷气口和面向基材的表面，第一种和第二种流道中的一个正交于基材相对表面，另一个倾斜于基材相对表面并以锐角与一种流道交叉。由于这种布置，在其前面从右面朝着基材吹出气体中的一种，将另一种气体对角地汇聚到第一种提到的气体中，得到单一气流。

在混合同时喷气结构中，优选布置第一种和第二种流道使得第二种流道以夹有或围绕第一种流道的方式布置，它们之间布置第二种流道，第二种流道朝着下游端接近第一种流道，在喷气口相互交叉。由于这种布置，第二种气体可汇聚到相反侧或围绕着第一种气体。“在这些第二种流道之间夹有第一种流道”的一个例子包括在第一种流道的相反侧面布置两个第二种流道的布置。类似地，“第二种流道围绕第一种流道”的一个例子包括这样的布置：其中同心地布置第二种流道，在它们之间布置第一种流道，因此第二种流道将接近第一种流道。同心的第二种流道在截面上能围绕第一种流道的环形外形，在直径上向下游端逐渐地减少。备选地，同心的第二种流道可以这样构造，它们由许多以第一种流道的周边方向间隔地布置的分支通道以围绕第一种流道的方式组成，那些分支通道朝着下游逐渐地接近第一种流道。第一种和第二种流道可以是相反的关系。即也可以如此布置：布置第一种流道使得它们夹有或围绕它们之间布置的第二种流道，第一种流道朝着下游侧逐渐地接近第二种流道最终在喷气口相互交叉。

在混合同时喷气结构中，优选加工头设置有电场施加电极和接地电极各两个，两个电场施加电极以相互面对的方式布置在第一种流道上，电场施加电极中的每一个都面向接地电极中的每一个，它们之间形成第二种流道，两个第二种流道以朝着下游端接近第一种流道的方式布置，它们之间夹有第一种流道中的一个，那些通道中的三个在喷气口相互交叉。由于这种布置，等离子体化的第二种气体从第一种气体的两侧汇聚到第一种气体。

并且优选加工头包括面向基材开有喷气口的表面；在两个电场施加电极之间的第一种流道正交于基材相对表面，两个电场施加电极中的每个包括位于面向第一种流道的侧面的反面上并相对于基材相对表面倾斜的第一个表面；两个接地电极的每一个包括平行地面对相应电场施加电极的第一个表面并在它们之间形成第二种流道的第二个表面。由于这种布置，各个电场施加电极可以布置在基材的相反侧上，在它们之间夹有接地电极，可以防止从电场施加电极到基材的电弧放电，可确保进行有利的成膜加工。并且，通过在它之前从右面冲着基材喷出第一种气体和对角地汇集等离子体化的第二种气体到第一种气体的相反侧，可以得到单一气流。

在有第一种流道的相反侧上布置两个第二种流道的结构中，两个第二种流道优选相互对称，在它们之间夹有第一种流道。由于这种布置，等离子体化的第二种气体从第一种气体的相反侧均匀地汇集到第一种气体。

接地电极优选包括基材相对表面，由于这种布置，可以更加确保不会发生从各个电场施加电极到基材的电弧放电。

附图简要说明

图1是本发明第一实施方式实施方式的等离子体成膜设备的示意图。

图2是等离子体成膜设备的加工头的气体均匀化部分的前截面图。

图3是加工头的喷嘴部分的前截面图。

图4是沿气体均匀化部分的纵长方向截取的侧面截面图。

图5是沿图3的V-V线截取的喷嘴部分的侧面截面图。

图6是在图3的VI-VI线截取的喷嘴部分的左侧部分的平面截面图。

图7是加工头的仰视图。

图8是加工头的喷气部分的放大图。

图9是表示在维护时分离加工头的头主体和喷嘴顶端组成构件的方式的前截面图。

图10是喷嘴部分的供电插销的详细图。

图11是本发明的第二实施方式的等离子体成膜设备中的加工头的喷嘴部分的前截面图。

图12是第二实施方式的加工头的仰视图。

图13是本发明第三实施方式的等离子体成膜设备中的加工头的前截面图。

图14是表示第三实施方式的改进方案的截面图。

图15是本发明第四实施方式的等离子体成膜设备中的加工头的喷嘴部分的前截面图。

图16是在图15的XVI-XVI线截取的喷嘴部分的侧面截面图。

图17是在图15的XVII-XVII线截取的喷嘴部分的平面截面图。

图18是第四实施方式的加工头的底部的视图。

图19是第四实施方式的电场施加电极的分解透视图。

图20是第四实施方式的喷气部分的放大图。

图21是表示第四实施方式的接地电极结构的改进方案的喷气部分的放大图。

图22是本发明第五实施方式的等离子体成膜设备的示意构造图。

图23是本发明第六实施方式的等离子体成膜设备的示意结构图。

图24是表示电场施加电极和电源线的连接结构的改进方案的示意图。

图25是表示电极的感应容器的改进方案的分解透视图。

图26是表示感应容器的另一个改进方案的前截面图。

图27是图26的感应容器的分解透视图。

图28是表示带感应容器的电极结构的改进方案的透视图。

图29是表示感应容器的电极结构的另一个改进方案的透视图。

图30是有气体均匀化部分集成感应容器的电极结构的前截面图。

图31是在图30的XXXI-XXXI线截取的气体均匀化部分集成感应容器的侧面图。

图32是有树型通道的感应容器的电极结构的前截面图。

图33是在图32的XXXIII-XXXIII线截取的树型通道的感应容器的侧面图。

图34是表示本发明第七实施方式的常压等离子体成膜设备的示意结构图和设备的加工头的前截面图。

图35是在图34的XXXV-XXXV线截取的加工头的下板的平面图。

图36是在图35的XXXVI-XXXVI线截取的加工头的喷嘴部分的侧面截面图。

图37是表示本发明第八实施方式的常压等离子体成膜设备的示意结构和设备的加工头的前截面的图。

图38是图37的加工头的喷嘴的放大截面图。

具体实施方式

此后参照附图描述本发明的实施方式。

图1表示本发明第一实施方式的常压等离子体成膜设备M1。常压等离子体形成设备M1包含包括机壳10的框架、支撑在框架的机壳10上的加工头3、连接到加工头3的两类加工气体源1，2、和电源4。在加工头3的下面，将具有大面积的板状基材W(待加工的材料)用移动设备以左右方向移动(未表示出)。当然，固定基材W和移动加工头3也是可以的。在常压等离子体成膜设备M1中，在这个基材W的上表面上形成膜A(图8)例如无定形硅(a-Si)和氮化硅。

在这两类加工气体源中，原材料气体源1(第一种气体源)在其中存储形成膜A，例如上述无定形硅的原材料气体(第一种气体，例如硅烷)。可激发气体源2(第二种气体源)在其中存储可激发气体(第二种气体例如氢气和氮气)。可激发气体当被等离子体激发时引起原材料例如硅烷反应以形成膜A例如无定形硅等。另一方面，可激发气体不包括甚至被等离子体激发时不能单独形成膜的组分(膜原材料)。每个气体可以以液相存储和用蒸发器蒸发。

原材料气体和可激发气体一般地称为“加工气体”。

脉冲电源4(电场施加设备)输出脉冲电压给电极51。这个脉冲电压优选有10μs或更低的脉冲上升时间和/或脉冲下降时间、200μs或更低的脉冲持续时间、1-1000kV/cm的电场强度和0.5kHz或更高的频率。

接收和支撑加工头3的机壳10包括具有例如在侧面图中为半环形结构的左和右壁11和连接壁11的下部分的前和后低壁。在平面图中机壳10为正方形。作为加工头3的支撑设备的机壳10也充当输入管道。即，如图3和6所示，前、后、左和右壁11、12是中空结构。那些中空部分10b的下端部朝着壁11、12的下端面开口，由此形成围绕加工头3的下端外周的输入口10a。如图1所示，与中空部分10b连续的开口11b位于左和右壁11的上端部。排气通道13从每个上端开口11b伸展。在汇集后，那些排气通道13连接到泵14(排气设备)上。

加工头3有背面和前面方向长的大体上长方体外形。机壳10接收和支撑加工头3使得加工头3被前、后、左和右壁11、12围绕。现在将描述加工头3的支撑结构。

如图3和7所示，机壳10在左和右壁11的内壁表面的下端边缘上每个地设置有内凸缘11d。加工头3的下框架24放置在凸缘11d上，使得下框架24的左和右部分钩在内凸缘11d上。如图5和7所示，机壳10也在前和后壁12上每个地配备内凸缘12d。下框架24的前和后部件分别放置在内凸缘12d上。

如图1所示，前和后壁12在每个都有以倒三角形的形式凹陷的定位凹槽12b(头支撑部件)的上端面上形成。另一方面，加工头3的侧框架23设置有倒三角形结构的定位突起23a。定位突起23a固定到定位凹槽12b。由于这种布置，加工头3定位到机壳10并被其支撑。

定位凹槽配备在加工头3上和定位突起配备在机壳(支撑设备)10上也是可以的。

如图1所示，加工头3由气体均匀化部分30和其上叠置有气体均匀化部分30的喷嘴部分20组成。将气体从气体源1、2在上侧面引入气体均匀化部分30。气体均匀化部分30以加工头3的纵长方向均匀化这个气体，将它供应给位于下面的喷嘴部分20。

更具体地，如图2和4所示，通过层压多个前后方向延展的铜制板31至38构成气体均匀化部分30。那些板31至38即气体均匀化部分30包括向左边和向右边假想地划分设置的三个气体流动区域30B、30A、30B。

如图1所示，第二级板32在其前端部(一个端部)配备相应于区域30B、30A、30B向左和向右以并行关系安置的三个气体塞32P。在中心原材料气体流动区域30A的气体塞32P通过原材料气体管道1a和原材料气体源1连接。在左和右可激发气体流动区域30B、30B的气体塞32P通过可激发气体管道2a和可激发气体源2连接。可激发气体管道2a从可激发气源2以单根管道的形式延长，然后分支成两根管道，以和各个区域30B、30B的气体塞32P连接。

如图2所示，在第二级至最下面的级的板32至38设置有每个都分别形成在区域30B、30A、30B的气体均匀化通道30x。那些气体均匀化通道30x具有相互相同的结构。

如图2和4所示，就在各个区域30B、30A、30B的气体均匀化通道30x而言，第二级板32在其前端部形成有与气体塞32P连接的入口32b。第二级板32进一步形成有以板32的后和前方向延伸到中心部分并朝其下表面开口的深反向凹槽32a。

第三级板33以其后和前方向在中心部分形成有一对连接到反向凹槽32a的左和右连通孔33a、33b。

第四级板34形成有连接到连通孔33a并向后伸展的线凹槽34b、从这个线凹槽34a的终端(后端)伸展到其下表面的连通孔34c、与连通孔33b连通连的向前伸展的线凹槽34b、和从这个线凹槽34b的终端(前端)伸展到其下表面的连通孔34d。

第五级板35形成有与连通孔34c连通的大致以后和前纵长方向伸展在整个长度的线凹槽35a、与连通孔34d连通并以后和前纵长方向大体地伸展在整个长度的线凹槽35b、和多个从各个线凹槽35a、35b伸展到下表面并以后和前方向相等间隔排列的小孔(压力损失形成通道)35c、35d。

第六级板36形成有与小孔35c、35d连通的以后和前纵长方向大体伸展在整个长度的宽线槽(膨胀室)36a和多个从线槽36a伸展到下表面并以后前方向等间隔地Z字形排成两排的小孔36b。

第七级板37形成有与小孔36b连通的以后和前纵长方向大体地伸展在整个长度的宽线槽(膨胀室)37a和多个从线槽37a伸展到下表面并以后前方向等间隔地Z字形安置成两排的小孔37b。

最下级板38形成有与小孔37b连通的以后和前纵长方向大致伸展在整个长度的宽通孔(膨胀室)38a。这个通孔38a构成气体均匀化通道30x的下游端。如后面描述的，通孔38a和绝缘板27的导向通道27b、27a、27b连通。

最上级板31在其中接收适于加热气体均匀化通道30x并以后和前方向伸展的薄长板加热器31H。第二至最下级板32-38沿区域30B、30A、30B的边沿形成有窄缝30s。由于这种布置，区域30B、30A、30A相互单个地相互热隔绝(分开)。

在图1和2中，附图标号39S表示连接最上级板31和第二级板32的螺钉，附图标号39L表示将第二至最小级板32至38连接在一起的螺钉。

接着，将描述加工头3的喷嘴部分20。如图3所示，喷嘴部分20包括喷嘴体21、容纳在喷嘴体21中的电极单元50、覆盖这个单元50的绝缘板27、位于单元50的下侧的基材相对构件24、25。如图6所示，喷嘴体21包括以后和前方向伸长的金属制的左和右侧框架22、和分别位于侧框架22的前和后端部件之间的绝缘树脂制的前和后侧框架23。喷嘴体21具有在后和前方向为长的箱式构造。侧框架22用螺栓26A连接到气体均匀化部分30的最下级板38(图30)。

如图3和7所示，构成基材相对构件的一个零件的下框架24由金属例如不锈钢和铝制成，它具有以后和前方向伸展的长方形构造。如上述，以钩在机壳10的内凸缘11d、12d上的方式支撑下框架24。侧框架22放置在下臂24上。尽管下臂24和侧框架22仅仅接触没有相互连接，但是它们可以通过一个易拆除连接装置例如螺栓和钩子连接。

如图3所示，台阶24a形成在下框架24的内周边缘上。构成基材相对构件的长方形底板25的周缘部件以钩在其上的方式放置并支撑在这个台阶24a上。底板25由陶瓷(电介质构件或绝缘构件)例如氧化铝组成。电极接收凹槽25c形成在底板25的上表面中。电极单元50固定到这个接收凹槽25c上。

如图3和5所示，更浅的凹槽25d位于在底板25的上表面中形成的接收凹槽25c上。凹槽25d是宽的，以后和前方向伸展。如图3所示，从凹槽25d伸展到下表面的喷气通道25a形成在底板25的左右方向的中心部分。如图7所示，喷气通道25a具有象窄缝的构造，以后和前方向伸展。

如图3所示，陶瓷组成的绝缘板27(绝缘构件)垂直地夹在气体均匀化部分30的最下级板38和电极单元50之间。绝缘板27形成有以纵长方向大致伸展在整个长度的以左右方向独立地排列的三个气体导向通道27b、27a、27b。中心原料气体导向通道27a垂直地穿透绝缘板27。右侧可激发气体导向通道27b从绝缘板27的上表面向左下方倾斜，最后到达板27的下表面。左侧可激发气体导向通道27b从绝缘板27的上表面向右下方向伸展，最后到达板27的下表面。

如图3和6所示，电极单元50包括由四个(多个)电极51、52组成的电极组、一对左右侧板53和一对前后端板54。电极51、52的每一个通过给金属例如铝和不锈钢制成的主体56的表面配备防止电弧的固体电介质层59构成。金属主体56在截面中具有垂直方向长的正方形构造并以后和前方向伸长。固体电介质层59由电介质构件例如陶瓷组成，用热喷涂等在如后面描述的流道50b的侧面的表面和金属主体56的上和下表面上以膜的形式涂布。代替热喷涂，可以将树脂片如聚四氟乙烯贴在金属主体56上。

四个电极51、52以左右方向按相互平行关系排列。

在电极组中，在中间侧面的两个电极51是电场施加电极(第一种电极)，在左和右两端(在安排方向的两端)的两个电极是接地电极(第二种电极)。因此，以左右方向依次排列接地电极52、电场施加电极51、电场施加电极51和接地电极52以构成电极组。

每个电极51、52都在其中形成温度控制通道，使温度控制冷却水在其中通过。

电极单元的侧面板53每个都由绝缘树脂制成。侧面板53沿左和右电极52的后表面(电极51的相对侧的反侧表面)，从左和右侧夹住电极组。拧透侧框架22的螺栓26与侧面板53的后表面邻接。由于这种布置，电极单元50正确地定位，保留在喷嘴体21内。

电极单元50的端面板54每个都由绝缘树脂制成。端面板54以四个电极51、52的纵长方向应用到两个端面表面，从前和后侧面夹住电极组。

将描述电极51、52的馈电/接地结构。如图6所示，供电插头40例如嵌入中间侧的两个电场施加电极的每一个的前端面部分(纵长方向的一个端部)中，有与供电插头40相同的结构的接地插头40A嵌入左和右两侧的两个电极52的每一个的后端部(纵长方向的另一个端部)中。

如图10所示，电场施加电极51的供电插头40包括冲前端面开口的有轴孔41a的轴式插头主体41、支撑在轴孔41a中的桶体42、和滑动支撑在这个桶体42中的芯体部件43。插头主体41、桶体42和芯体部件43由导电金属例如不锈钢组成，并且它们在它们的内部和外周表面相互邻接而导电。

插头主体41的前端部可拉出地推进到在电场施加电极51的前端面中形成的插头孔56a中。由于这种布置，插头主体41和电极51相互电传导。盘绕的弹簧44(偏置设备)容纳在桶体42中。通过这个盘绕的弹簧44，芯体部件43以向前端方向即以推出轴孔41a的方向偏置。由于这种布置，芯体部件43的向前端部用力地挤压到插头孔56a的最里端面。结果，可确保维持供电插头40和电极主体56之间的电传导状态。

每个由绝缘构件制成的桶式插头固定器45A、45B安放在插头主体41的基础端部(头部分)上。安放固定器的插头主体41的基础端部从端板54中凸出，位于前侧端板54和侧框架23之间。如图5所示，电源线4a从这个主体41的基础端部伸展，并连接到脉冲电源4上。

接地电极52的接地插头40A具有与供电插头40的相同结构。如图6所示，接地插头40A的头部分从后侧端板54凸出。接地线4b连接到接地插头40A的头部分。使接地线4b在后侧面侧框架23的上表面和绝缘板27之间通过，并从加工头3拉出以便于接地。

如图3和6所示，加工气体即原材料气体或可激发气体的流道50a、50b在邻接电极51、52之间形成。

更具体地，在相同极性的中间侧电极51、51之间形成原材料气体的流道50a。在不同极性的左和右侧电极52、51之间形成可激发气体的流道50b(等离子体放电空间)中的每一个。因此，从左边依次安置可激发气体流道50b、原材料气体流道50a和可激发气体流道50b。

电极单元50在前和后端板54上配备三个每个都由绝缘树脂制成的片状垫片55。那些片状垫片55在邻接电极51、52之间推入，由此限定每种流道50b、50a、50b的宽度。

如图3所示，中心流道50a的上端部(上游端)通过绝缘板27的中心导向通道27a笔直地与气体均匀化部分30的中心区域30A中的气体均匀化通道30x相连，这样原材料气体源1通过管道1a。

形成每个电场施加电极51的流道50a的表面在其上侧凹进，在其下侧凸出。在流道形成表面的中间部分形成一个台阶。由于这种布置，流道50a在上侧宽度增大而在下侧宽度缩小。

在左右侧的流道50b、50b的上端部(上游端)通过绝缘板27的左和右导向通道27b、27b在气体均匀化部分30的左和右区域30B、30B中与气体均匀化通道30x、30x相连通，这样可激发气体源2通过管道2a。

每个接地电极52放置在底板25的电极接收凹槽25c的上表面上。另一方面，如图3和5所示，各个电场施加电极51间隔地安置在底板25的凹槽25d的上部分上。由于这种布置，在每个电场施加电极51的下表面和底板25之间形成缝隙20b。

如图3所示，那些左和右缝隙20b每个都充当将不同极性电极之间的流道50b和相同极性电极之间的流道50a连通的连通通道。即，左侧连通通道20b的左端部(上游端)连通到不同极性的电极之间的流道50b，右端部(下游端侧)和相同极性的电极之间的电极通道50a的下端部(下游端)交叉。右侧流通通道20b的右端部(上游端)和不同极性的右侧电极之间的流道50b连通，左端部(下游端)和相同极性的电极之间的流道50a的下游端交叉。

相同极性的电极之间的流道50a构成“第一种流道”，不同极性的电极之间的流道50a和连通通道20b构成“第二种流道”。

相同极性的电极51、51构成“第一种流道形成设备”。不同极性的电极51、52、和电极51和底板25构成“第二种流道形成设备”。

左和右连通通道20b是水平的，正交于竖直的第一种流道50a。左和右第二种流道50b、20b相对于夹在它们之间的中心第一种流道20a相互对称。

如在放大的基座上的图8所示，底板25的喷气通道25a和三种流道20b、50a、20b的交叉部分(汇聚部分)连通。这个喷气通道25a充当原材料气体和可激发气体的共同喷气通道，它的下游端(喷气口)朝底板25的下表面开口。喷气通道25a位于竖直流道50a的正下面。

现在描述这样构造的常压等离子体成膜设备的操作。

来自可激发气体源2的可激发气体(第二种气体)例如氢气通过气体管道2a从加工头3的两个左和右塞32P引入到左和右区域30B中的气体均匀化通道30x，被那些通道30x以后和前纵长方向均匀化。这样均匀化的可激发气体分别通过左和右导向通道27b引入到左和右流道50b中。

另一方面，来自脉冲电源4的电压供应给电场施加电极51，在不同极性的电极51、52之间施加脉冲电场。这样，如图8所示，在左和右流道50b中产生辉光放电，可激发气体被等离子体化(激发和活化)。将这样等离子体化的可激发气体从流道50b导向到连通通道20b，使其流向交叉部分20c。这个激发的气体本身不包含因激发粘附和沉积在陶瓷等的表面的任何组分。因此，从来不会发生膜粘附到不同极性的电极51、52之间的对面表面、电极51的下表面和底板25的上表面(第二种流道形成表面)上。

在可激发气体流动的同时，来自原材料气体源1的原材料气体(第一种气体)例如硅烷通过气体管道1a从加工头3的中心气体塞32P引入到中心区域30A中的气体均匀化通道30x，以后和前纵长方向均匀化。此后，该气体通过中心导向通道27a引入到相同极性的电极之间的中心流道50a。尽管脉冲电压供应给两个电场施加电极51的每一个，但是在相同极性的电极51、51之间没有施加电场，从不发生在流道50a中发生等离子体放电。这样使原材料气体通过而不被等离子体化。因为这个原因，膜不粘附到相同极性的电极51之间的对面表面(第一种流道形成表面)上。

由于没有膜粘附到四个电极的任何地方，电极51、52的维护变得容易。并且在电极之间通过时可发生的原材料损失被消除。

通过流道50a的原材料气体在通道50a变窄的通道50a的下侧减少，因此压力增加。

在通过中心流道50a之后，原材料气体流向左和右连通通道20b之间的交叉部分20c。在左和右流道50b中等离子体化的可激发气体通过连通通道20b也流向交叉部分20c。这样，原材料气体和等离子体化的可激发气体(活性粒种)接触使得发生例如分解和激发的反应，由此产生自由基反应产物p，其变为膜。

从左和右通道20b进入交叉部分20c的可激发气体流被原材料气体流推动和向下弯曲。这样，可激发气体大部分沿喷气通道25a的右侧边缘表面和左侧边缘表面流动，原材料气体大部分以夹在左和右可激发气体流之间的方式流动，通过喷气通道25a的中间侧。这使得反应产品p有可能很少接触喷气通道25a的边缘表面。因此膜到喷气通道25a的边缘表面的粘附减少，原材料气体损失可进一步减少。

然后，加工气体(可激发气体和原材料气体)大体上以层流的状态从喷气通道25a喷出。这样，将反应产品p应用到紧接放在喷气通道25a下面的基材W的上表面上，可以形成需要的膜A。

由于气体被气体均匀化部分30以后和前方向均匀化，可以形成在后和前方向均匀的膜A。

此后，加工气体以左和右两个方向以离开喷气通道25a的方式流过加工头3和基材W之间的空间。此时，可激发气体大部分偏向加工头3侧，原材料气体大部分偏向位于其下的基材W侧。这样，可以以几乎不接触底板25和下框架24的下表面的状态维持反应产品p。结果，到那些构件25、24的膜粘附减少，除膜频率减少。

加工气体通过入口10a进入机壳10，然后通过真空泵14的激励放电。通过控制这个真空泵14的入口压力等，可以以大体的层流状态维持可激发气体和原材料气体。可以更确保膜不会粘附到加工头3上。

例如，即使成膜在基材相对构件(下框架24和底板25)上，也可以如图9所示拉出加工头3和从机壳10取出它，仅仅基材相对构件24、25保留钩在机壳10的内凸缘11d、12d上的状态。这样，基材相对构件24、25可以很容易地从加工头3分离开。此后，仅将基材相对构件24、25浸在化学液体例如强酸中进行清理过程，使膜除去。由于整个加工头3不再需要进行清理过程，维护工作得以简化。另一方面，通过制备基材相对构件24、25的备用部件，将它们放在设备M1上，甚至在清理过程中也可以保持成膜加工继续进行。

根据常压等离子体成膜设备M1，由于电源线4a从加工头的一个端部拉出，接地线4b从另一个端部拉出(图5和7)，可以防止那些线4a、4b短路。

并且，供电/接地线4a、4b和电极主体56通过供电/接地插头40、40A可以确保容易地电连接。由于供电/接地插头40、40A能容易地除去，在维护时它们不受任何干扰。

并且两个接地电极52安置在左和右外侧，两个电场施加电极51夹在它们之间，也可以防止电场泄漏到外边并且整个加工头3可容易地接地。

接着描述本发明的其它方案。在此后描述的方案中，在图中用相同的参考数字表示与上述方案中相同的结构，使得其描述简化。

图11和12表示本发明的第二实施方式。在第二实施方式中，第一种和第二种气体的喷气口分别地形成。

更具体地，如图12所示，底板25形成以后和前方向伸展并以左和右方向等间隔地平行安置的三个缝隙式的单个喷气通道25b、25a、25b。

如图11所示，左侧喷气通道25b笔直地与不同极性的左侧电极52、51之间的流道50b的下部分连通。中心喷气通道25a笔直地与相同极性的中心电极51、51之间的流道50a的下部分连通。右侧喷气通道25b笔直地与不同极性的右侧电极51、52之间的流道50b的下部分连通。这三个喷气通道25b、25a、25b的下端部朝底板25的下表面开口。中心喷气通道25a的下端开口构成原材料气体(第一种气体)的喷气口，左和右喷气通道25b的下端开口构成可激发气体(第二种气体)的喷气口。

底板25在电极接收凹槽25c中不配备第一实施方式的凹槽25d，电场施加电极51和接收凹槽25c的上部分邻接。因此不形成第一实施方式的连通通道20b。

导向到中心流道50a的原材料气体直接通过喷气通道25a喷出，此后使其在底板25和基材W之间以左和右两个方向分别地流动。另一方面，导向到左和右流道50b的可激发气体被不同极性的电极51、52之间的电场等离子体化(激发和活化)，此后通过左和右喷气通道25b喷出。流动在基材W上的原材料气体接触这样喷出的可激发气体。结果，发生反应。这样在基材W上形成膜A。此后，可激发气体和原材料气体以它们垂直地重叠的大致层流的状态流向入口10a，然后它们放电。

图13表示本发明的第三实施方式。

在第三实施方式中，由八个(多个)平面电极51、52组成的电极组位于加工头3的金属导体制成的喷嘴体20B内。那些电极是相互平行的关系，从左边起以接地电极52、电场施加电极51、接地电极52、接地电极52、电场施加电极51、电场施加电极51和接地电极52的顺序等间隔地安置。由于这种安置，在不同极性的电极之间的第二种流道(等离子体放电空间)50b和在相同极性的电极之间的第一种流道50a交替地排列。每个第一种流道50a使来自原材料气体源(未表示出)的原材料气体(第一种气体)通过其中，每个第二种流道50b使来自可激发气体源(未表示出)的可激发气体(第二种气体)通过其中。

以电极组安置方向位于对面端部的接地电极52沿喷嘴体20B在它们的背表面邻接，并与这个喷嘴体20B电传导。尽管没有具体地表示出，中心侧的两个接地电极52在对面端部以纵长方向(图13的纸表面的正交方向)和喷嘴体20B毗连，并与这个喷嘴体20B电传导。喷嘴体20B通过接地线4b接地。由于这种布置，整个加工头3可以接地，同时接地电极52也可接地。

在第三实施方式中，位于相对外侧面处的接地电极52可能与喷嘴体20B整体地形成。即，喷嘴体20B也可以充当位于相对的外侧面的接地电极52。

在第三实施方式中，电极组的电极数目不局限于8个，但是它可以是3、5-7或9个或更多个。安置那些电极使得交替地形成使第二种气体通过的不同极性空间(第二种流道)和使第一种气体通过的相同极性空间(第一种流道)。即，以第二种电极、第一种电极、第一种电极、第二种电极、第二种电极、第一种电极、第一种电极、第二种电极、第二种电极、第一种电极、第一种电极、第二种电极等的顺序安置那些电极。作为接地电极的第二种电极优选安置在最外侧。假如电极的数目总体上是偶数，第一种电极的数目等于第二种电极的数目。假如电极的数目总体上是奇数，第二种电极的数目比第一种电极的数目大1个。相同极性的电极(优选接地电极)安置在最外侧和挨着最外侧的内部位置上，并且第一种气体通过最外侧的对面空间也是可以的。长度几乎等于大面积基材的整个长度的多个第一种和第二种电极以上述顺序安置在基材的整个宽度上，使得整个基材上一次形成膜也是可以的。

并且第一种和第二种流道可以一个接一个地交替地安置。也可采用如下方式：多个“第一种和第二种流道中至少一个”相互邻接地安置，这样邻接的流道和其它流道的组平行交替安置。

图14表示这样的交替安置结构的一个改进方案。在这个改进方案的加工头3中，一组电极以第二种电极52、第一种电极51、第二种电极52、第二种电极52、第一种电极51和第二种电极52的顺序安置。由于这种安置方式，这样的第一种流道50a之一安置在中心，这样的第二种流道50b中的两个安置在其对面的左和右侧。即，两个(多个)第二种流道50b和一个第一种流道50a平行地交替地安置。在图14中，第二种电极52的接地线未表示出。

根据图14的改进方案，可以得到原材料气体和等离子体化的可激发气体反应的大的反应区域，可以充分地反应原材料气体以形成膜，反应效率(产率)可得到提高。并且从各个第二种流道50ab轻微地喷出等离子体化的可激发气体，可以确保得到大体上层流状态。

图15-20表示本发明的第四实施方式。

在第四实施方式中，如第一实施方式，第二种流道安置在左和右侧，它们之间夹有中心第一种流道。那三种流道汇聚并与单一的共同喷气通道25a连通。第四实施方式不同于第一实施方式之处在于接地电极的安置位置和第二种流道的等离子体放电部分的位置。

更具体地，如图15-17所示，在第四实施方式的加工头3中，代替第一实施方式的接地电极52的虚设电极隔板52S放置在接收第一实施方式的接地电极52的位置(图3和6)。虚设电极隔板52S每个都有与第一实施方式的接地电极52的大体相同的构造，但是它们由绝缘构件(电介质构件)例如陶瓷而不是导电金属组成。因此虚设电极隔板52S和电场施加电极51之间的流道50b不充当等离子体放电空间。使可激发气体在没有被等离子体化的情况下通过流道50b。

第四实施方式的底板25不仅具有作为加工头3的基材相对构件或喷气口组成构件的功能而且有作为接地电极的保持部件的功能。即如图15和18所示，一对浅接收凹槽25e在底板25的下表面形成有夹在它们之间的共同喷气通道25a。凹槽25e以后和前方向伸展。由长形薄金属导电板组成的接地电极52A固定到每个接收凹槽25e。由于这种安置方式，接地电极52A以对面关系安置在面向电场施加电极51的基材W那侧(下侧)上。因此两个电场施加电极51和底板25之间的那些连通通道20b分别充当等离子体放电空间。

如图20所示，等离子PL不仅放置在连通通道20b的内部而且溢流到交叉部分20c。

在由例如氧化铝的电介质构件组成的底板25中，覆盖金属制成的接地电极52A的上表面的部分和沿接地电极52A的喷气通道25a侧上的端面的部分(即喷气通道25a形成部分)具有担当接地电极的固体电介质层的作用。

如图20所示，面向左侧接地电极(金属主体)52A的共同喷气通道25a的右侧端面和左侧电场施加电极51的金属主体56的同侧端面(右侧端面)平齐。面向右侧接地电极(金属主体)52A的共同喷气通道25a的左侧端面与右侧电场施加电极51的金属主体56的同侧端面(左侧端面)平齐。各个接地电极52A的共同喷气通道25a侧上的端面可以从电场施加电极主体56的同侧端面扩展。

如图15所示，在每个接地电极52A的共同喷气通道25a侧的相反侧上的端面从电场施加电极主体56的后表面凸起。

如图16所示，接地电极52A的纵长方向的相反端边缘与由金属导体组成的下框架24接触。使地线4b从下框架24的后端部(供电插头40的安置侧的相反侧)伸展并接地。

通过在单一长形金属导电板中形成充当喷气通道25a的缝隙构成接地电极52A。

第四实施方式不同于第一实施方式之处也在于电极51的固体电介质层结构。

即，如图19所示，在第四实施方式中的电场施加电极51的固体电介质层由容器57组成，容器57由电极主体56而不是整体地热喷涂在电极主体56上的热喷涂膜59(图3)独立地形成。容器57包括由陶瓷(电介质构件)例如氧化铝和玻璃组成的容器主体57a和由容器主体57a的相同材料组成的盖子57b。容器57以后和前方向延长。

容器主体57a包括电极主体56的相同构造的内部空间。容器主体57a向其后表面(在其它电极51的对面侧的相反侧的表面)开口。电极主体56可拆除地接收在容器主体57a的内部空间中。容器主体57a的后表面用盖子57b封住。由于这种安置方式，电极主体56的整个表面用由容器57组成的固体电介质层覆盖。

盖子57b和容器主体57a是可拆除关系。

容器主体57a例如在其前侧端板上，形成有使供电插头40插入的孔57c。

在每个电场施加电极57a的容器主体57a中，在与另一个电极51对面侧上的板的上侧是薄的，下侧是厚的，在中间部分形成一个台阶。由于这种布置，在该对电极51之间的流道50a的上侧宽，下侧窄。

根据第四实施方式，来自可激发气体源2的可激发气体在左和右流道50b、50b中不被等离子体化，但是它在挨着流道50b、50b的连通通道20b、20b中等离子体化(激发并活化)。由于可激发气体不包含任何成膜组分，因此膜不粘附到电极51的下表面上或底板25的上表面(连通通道20b形成表面)上。

如图20所示，在左和右连通通道20b中等离子体化的可激发气体流向交叉部分20c。并且来自原材料气体源1的原材料气体通过中心流道50a进入交叉部分20c。由于这种布置，膜原材料和等离子体化的可激发气体反应产生形成膜的反应产品p。另外，原材料气体也通过溢流到交叉部分20c(原材料气体很接近等离子体放电空间地流动)的等离子体PL。这样，原材料气体直接被等离子体化，可以得到更多的反应产品p。结果，成膜到基材W的效率被提高。

由于接地电极52A(接地导电构件)插入在电场施加电极51和基材W之间，可以防止电弧落到基材W上，这样可以防止基材W损坏。

并且，由于在面向接地电极52A的共同喷气通道25a的侧上的端面和电场施加电极主体56的同侧端面平齐，可以防止电场从接地电极52A的共同喷气通道25a的侧端面向下泄漏，更加确保电弧不会落在基材W上。这样可以使加工头3接近基材W，加工头3和基材W之间的距离(工作距离)可充分地减少，因此可以使工作距离比常压下自由基的短的失活距离(例如2mm)更短。这样在反应产品p失活之前确保将基材W带到预定位置。结果，可高速可靠地形成膜。

由于电场施加电极主体56完全地装入作为固体电介质层的容器57中，更确保防止异常放电发生。

在膜粘附到电场施加电极51的容器57上的情况中，从喷嘴体21除去电极61以分解。在分解时，可以容易地抽出供电插头40。从容器主体57a除去盖子57b，容易地取出电极主体56。由于膜仅仅粘附到容器57上，例如仅替换容器57，将电极主体56放入新容器中。通过这样做，不再需要制备多个电极主体56。将主体56放入新容器的工作也是容易的。

另一方面，对于粘附膜的容器57，尝试了将容器57浸在强酸中或采用任何其它合适的方法从容器57除去膜。这使得可能重复使用容器57，从而避免了材料的浪费。由于独立地为每个电极51形成容器57，维护的工作可以单独地进行。

通过由金属导体代替电介质构件组成虚设的电极隔板52S和将其接地，电极隔板52S和平面电极52A可一起用作接地电极部分。这样整个第二种流道50b、20b可充当等离子体放电空间。在这种情况中，接地电极52S可能具有和电场施加电极51相同的电介质容器接收结构。

在第二实施方式的单个的喷气结构中(图11)，四个电极51、52的每一个可以具有电介质容器接收结构。

图21表示第四实施方式的接地电极结构的改进方案。

在这个改进方案中，在面向每个接地电极(金属主体)52A的共同喷气通道25a的侧面上的端面从电场施加电极51的金属主体56的同侧端面向后设置。形成底板25的表面的共同喷气通道52a大致和电场施加主体56的同侧端面平齐。但是本发明不局限于此。另外，共同喷气通道25a形成表面也可以凹缩接近接地电极52A的端面。即共同喷气通道25a的宽度可以大约增加到左和右接地电极52A的对面端面之间的距离。

根据这个改进方案，电场施加电极主体56和接地电极主体52A之间的替换形成侧向电场。这个侧向电场引起等离子体PL从底板25的电极52A移到扩展部分25H的下侧附近。由于这种布置，在更接近基材W的位置发生原材料气体的进一步反应，这样以更高的速度可靠地形成膜。

用合适的方法将接地电极主体52A的整个表面涂布上薄的电介质构件59A。由于这种布置，可以更确保防止异常的放电发生。

图22表示本发明的第五实施方式。

第五实施方式的加工头3X包括金属导体组成的电场施加电极51X、和覆盖电极51X的下部分(面向基材W的侧)的接地电极(接地传导构件)52X。由陶瓷等组成的固体电介质构件28装载在上和下电极51X、52X之间。固体电介质构件28是两个电极51X、52X共同的固体电介质层。通过这个固体电介质构件28，两个电极51X、52X是电绝缘的。在接地电极52X的中心部分处形成中断器部分52b。从这个中断器部分52b暴露出固体电介质构件28的下表面。

两个喷气喷嘴61、62的顶部分安置在接地电极52X的侧面。原材料气体喷气喷嘴61(第一种流道形成设备)的基础端部通过原材料气体管道1a和原材料气体源1连通，可激发气体喷气喷嘴62(第二种流道形成设备)的基础端部通过可激发气体管道2a和可激发气体源2连接。在那些喷气喷嘴61、62末端的喷出轴对角地朝向接地电极52X和基材W之间的空间放置。并且，可激发气体喷气喷嘴62放置在原材料气体喷气喷嘴61的上侧(更接近接地电极52X)。

根据第五实施方式，将可激发气体从上侧喷嘴62喷到接地电极52X和基材W之间的空间，同时将原材料气体从下侧喷嘴61喷到相同空间。此时，形成可激发气体偏向上侧和原材料气体偏向下侧的大致层流。上侧可激发气体流入中断器部分52b。

另一方面，脉冲电源4的脉冲电压施加在中断器部分52b中产生侧向电场。这样，中断器部分52b的内部充当等离子体放电空间，流向中断器部分52b的可激发气体被等离子体化(激发和活化)。原材料气体接触这个等离子体化的可激发气体。或原材料气体很接近等离子体放电空间52b地流动。这样原材料气体就在基材W附近反应，高速地可靠地形成膜A。由于甚至在可激发气体通过等离子体放电空间52b之后，可激发气体流体也比原材料气体更接近接地电极52X，因此可以防止或抑制膜对接地电极52X的下表面即加工头3X的下表面的粘附。

由于接地电极52X(接地传导构件)插入到电场施加电极51X和基材W之间，可以防止电弧落到基材W上，这样可以防止基材W损坏。

图23表示本发明的第六实施方式。

在第六实施方式的加工头3Y中，成对的电场施加电极51Y和接地电极52Y以对面关系向左和向右地远远地安置。充当等离子体放电空间的第二种流道20h垂直地形成在那些电极51Y、52Y之间。从可激发气体管道2伸展的管道2a连接到第二种流道20h的上端部(上游端)。

金属板组成的导电构件29放置在加工头3Y的下端部。导电构件29通过地线4b接地。导电构件29覆盖电场施加电极51Y的下侧面(面向基材W的侧面)。电隔离电场施加电极51Y和导电构件29的绝缘构件28Y装载在电极51Y和构件29之间。

充当第一种流道的缝隙20g水平地形成在接地电极52Y和导电构件29之间。从原材料气体源1伸展的管道1a连接到第一种流道20g的右端部(上游端)。第一种流道20g的左端部(下游端)和第二种流道20h的下端部(下游端)交叉。导电构件29正下面形成一个从第一种和第二种流道20g、20h之间的交叉部分20c伸展的喷气通道29a。喷气通道29a充当原材料气体和可激发气体的共同喷气通道。

并且在第六实施方式中，可以防止膜对电极51Y、52Y等的等离子体放电空间形成表面的粘附发生，防止电弧从电场施加电极51Y落在基材W上。

图24表示电极供电/接地结构的改进方案。用绝缘管道46b包覆导电线46a构成充当供电线4a或接地线4b的包覆导体46。包覆的导体46通过电介质容器57的孔57d插入到电极主体56的孔56d中。

在包覆的导体46的线46a中，仅仅位于孔56d的最里侧的终端部从绝缘管道46b中暴露出来，位于孔56d中这侧的部分被绝缘管道46b覆盖。当然，线46a在位于电介质容器57的孔57d中的部分和位于容器57外边的部分被绝缘管道46b覆盖。

以大致正交于孔57d的方式将螺钉(螺栓)47拧到电极主体56中。线46a的暴露顶端部被这个螺钉47挤压到孔57d的最里端部的内周表面。

根据这个结构，可以确保防止导体46发生异常放电。并且可以确保将导体46的终端固定到电极主体56，因此前者可以确保与后者电传导。并且在维护例如替换电介质容器57时，松开螺钉47就可以容易地从电极51除去导体46。

图25表示充当电极的固体电介质层的电介质容器的改进方案。

在改进方案的电介质容器57X中，以纵长方向在一个端面而不是在图19的方案的后表面形成容器主体57a的开口。电极的金属主体56插穿这个端面开口。容器57X的盖子57b覆盖上端面开口。

图26和27表示电介质容器的另一个改进方案。组合每个截面为L形构造的一对部件58a、58b构成这个电介质容器58的主体58X。那些部件58a、58b在其端边缘分别形成棘爪58c、58d。相互固定棘爪58c、58d，形成长的正方形容器主体58X。这个主体58X以纵长方向在其相反端部分别形成开口58e。盖子58f可除去地放置在那些开口58e的每个上。

图28表示电介质容器的进一步修改的方案。在这实施方式中，两个(多个)电极电介质容器整体地相互连接。换句话说，两个(多个)电极金属主体56接收在单一的共同电介质容器70中。

共同电介质容器70包括由电介质构件组成的单一的容器主体71、和电介质构件组成的两个盖子74。容器主体71包括两个以相互平行关系水平伸长的容器主体部分72、和相互连接那些主体部分72的相反端部(在图28中仅表示出纸面的最里侧)的连接部分73。在那些主体部分72的对面侧的相反侧上的后表面是开口的。在电极金属主体56通过那些后表面开口插入到主体部分72中之后，分别通过盖子74覆盖上后表面开口。

在这实施方式中，两个电极中的一个是连接到电源4的电场施加电极，另一个是接地的接地电极。但是本发明不局限于此。它们也可以是有相同极性的电极。

流道70a(在这实施方式中，是充当等离子体放电空间的第二种流道)形成在共同电介质容器70的两个主体部分72之间。流道70a以主体部分72的相同方向伸长。在纵长方向均匀化后，将加工气体(在此实施方式中的激发气体)导向到流道70a的上端开口(上游端)。流道70a的下端开口充当喷气口。

电介质容器70构成第二种流道形成设备。第一种流道形成设备没有表示出(在图29-33中相同的也是可以的)。

两个主体部分72中的相对侧板(即在两个电极的对面侧上的固体电介质层)的上侧部分72c是相对薄的，下侧部分72d是相对厚的。在中间高度形成台阶72g。由于这种布置，如第一实施方式(图3)的容器，流道70a的上侧宽，下侧窄。

脉冲电源4的电场施加使流道70a充当等离子体放电空间。由于充当固体电介质层的上和下板部分72c、72d之间的厚度差别，这个等离子体在台阶72g的上侧(上游侧)变得相对地强，在下侧相对地弱。从上述可明显看出，改变电介质容器的厚度可以改变等离子体的状态。

充当固体电介质层的上和下板部分72c、72d，可以根据目的在厚度上颠倒。

在图28的方案中，由于两个电极的电介质容器被整体地形成，部件的数目减少。并且装备两个电极需要的劳动和时间被省掉，可以容易地正确的进行电极的相对定位，流道70的形状尺寸在精度上提高。

在第四实施方式和其它各种改进方案中公开的电介质容器结构本身不仅可以应用到等离子体成膜设备中使用的电极，而且可以应用到其它等离子体表面加工设备例如清洗和蚀刻使用的那些电极中。在成膜中，上述结构也可以应用到将原材料气体和可激发气体的混合气体(例如硅烷和氢气的混合气体)导向到等离子体放电空间的传统的电极中(其对后面描述的改进方案也是可以的)。如果例如图28的方案中的电介质容器70应用到传统的成膜系统，在流道70a的上侧部分抑制了氢的自由基粒种的产生，硅烷的自由基粒种可相对地增加。在流道70a的下侧部分，氢的自由基粒种增加。以这种方式，可以依照流体改变产生自由基粒种的方式，这样表面加工方法得以丰富。

图29表示电介质容器的再进一步的改进方案。在这个电介质容器70A中，两个容器主体部分72的对面板72b倾斜以向下方相互接近。由于这种布置，流道70a的截面面积向下方连续地减少。每个容器主体部分72的内部空间是倾斜的，两个电极主体56的对面表面倾斜以向下方相互接近。由于这种布置，在流道70a中的加工气体的流速和等离子体状态沿流动方向连续地改变，表面加工方法得到丰富。根据目的可以构造使得流道70a沿流动方向逐渐地扩大。

图30和31表示电介质容器的还进一步的改进方案。左和右电极的电介质容器57包括用于在其中接收电极主体56的容器主体57a和如第四实施方式的容器中覆盖住后表面开口的盖子57b。电介质容器57以后和前的方向伸长使得与长的电极主体56相匹配(图31)。

每个电介质容器主体57a在其上侧整体地配备气体均匀化部分80。气体均匀化部分80的底板和容器主体57a的上板由共同的板84组成。气体均匀化部分80用一个水平分割板83形成两个上和下半分裂膨胀室80a、80b。

有气体均匀化部分的一对左和右电介质容器57有互为颠倒的形状。有气体均匀化部分的电介质容器57的对面边缘相互毗连。由于这种布置，上侧半分裂膨胀室80a相互联合以形成第一个膨胀室81，下侧半分裂膨胀室80b相互联合以形成第二个膨胀室82。那些膨胀室81、82大体上伸展在电介质容器57附带的气体均匀化部分的整个长度上，这样大体上在电极的整个长度上延伸，在宽度方向上也增大。这样膨胀室81、82每个都有充分大的容量。尽管上和下膨胀室81、82在容量上是相同的，但是它们也可以不同。

该对气体均匀化部分80的上板的对面边缘相互邻接，在其中心部分以纵长方向配备加工气体(在这实施方式中可激发气体)接收口80c。

在该对分割板83之间形成一窄的缝隙式的压力损失形成通道80d。压力损失形成通道80d大体上伸展在电介质容器57附带的气体均匀化部分的整个长度上。上和下膨胀室81、82通过压力损失形成通道80d相互连通。

在一对板84的对面边缘之间形成一窄的气体式的引入通道80e。引入通道80e大体上伸展在电介质容器57附带的气体均匀化部分的整个长度上。第二个膨胀室82通过引入通道80e和一对容器主体57a之间的流道50b连通。膨胀室81、82和通道80d、80e组成“气体均匀化通道”。

在从上端接收部分80c引入到第一个膨胀室81和膨胀之后，加工气体在压力损失形成通道80d节流以产生压力损失，然后引入到第二个膨胀室82再次膨胀。并且，加工气体再次节流以产生压力损失。以这个方式，交替地进行膨胀和节流，在以纵长方向充分地均匀化之后，将加工气体引入到电极间流道50a。这样可进行均匀化处理。

根据气体均匀化部分整体型电介质容器结构，部件的数目减少。

气体均匀化部分膨胀室不局限于第一个和第二个膨胀室81、82的两个阶段，而是可以配备三个或更多个。相互连接膨胀室的压力损失形成通道80d可以在纵长方向安置的多个点状的孔中而不是上述缝隙状的孔中形成。

图32和33表示电介质容器的还进一步修改的方案。

每个电极的电介质容器90包括用于在其中接收电极主体56的容器主体91和如第四实施方式的容器的挡住后表面开口的盖子92。如图33所示，电介质容器90以后和前方向伸长以与长的电极主体56相匹配。

在左和右容器主体91的每一个中的另一个电极的对面表面的上侧部分形成有一个浅的树状的凹槽91a，下侧部分形成一个浅凹槽91b。树状的凹槽91a在多个阶段分支，从而以纵长方向从容器主体91的上端边缘的中心部分向下伸展。凹槽91b在树状的凹槽91a的终端和多个分支凹槽连通。凹槽91大体上伸展在容器主体91的整个长度，与容器主体91的下端部连接。

左和右电介质容器90以手掌合在一起的方式相互邻接。由于这种布置，左和右树状的凹槽91a相互连接以形成树状的气体分散通道(气体均匀化通道)90a，凹槽91b连接形成气体喷出通道90b。通道90b大体上伸展在容器90的整个长度上，这样电极主体56的整个长度上。通道90b在树状的气体分散通道90a的尾端与所有的分支通道连接，并向下开口。几乎整个通道90a、90b插入到一对电极主体56之间。

引入到树状通道90a的上端开口的加工气体(在此实施方式中的可激发气体)以纵长方向通过树状通道90a连续地分流，此后导向到通道90b。同时，用电源4在一对电极之间施加电场。这样加工气体不仅在树状通道90a的分流过程而且在喷出通道90b的通过过程中被等离子体化。然后加工气体通过喷出通道90b的下端开口喷出。树状通道90a和喷出通道90b组成“第二种流道的等离子体放电空间”。

图34表示本发明的第七实施方式的常压等离子体成膜设备M7。

如在第一实施方式的容器中通过垂直地重叠气体均匀化部分(未表示出)和喷嘴部分20而组成常压等离子体成膜设备M7的加工头3Z。

喷嘴部分20的下端部设置有面向基材W的底板101(基材相对构件)。

如图35所示，在平面图中底板101有以后和前方向伸展的长方形的水平的板式的构造，底板101由绝缘和多孔陶瓷(气体渗透材料)组成。孔直径例如为约10μm，空隙率例如为约47％。

如图34和35所示，底板101的宽度方向(短方向)比四个电极51、52组成的整个电极组的侧向宽度向左和向右更加大地伸展。在底板101中，相应于电极组的宽度方向的中心部分充当喷气区域101R₁，宽度方向上相反端部充当一对伸展的区域101R₂。

如图34-36所示，在底板101的喷气区域101R₁中上表面(基材W的对面表面的相反侧)中形成电极接收凹槽25c。四个电极51、52的下端部插入在这个接收凹槽25c中。缝隙式喷气通道25b、25a、25b的三线以左和右的平行关系形成在底板101中。通道25b、25a、25b从凹槽25c的底部伸到凹槽25c的下表面，以后和前方向细长地伸展。那些喷气通道25b、25a、25b分别与相应的电极间流道50b、50a、5b连通。

以后和前方向细长地伸展的凹槽101b形成在底板101的左和右膨胀区域101R₂的上表面中。凹槽101b深深地凹陷接近底板101的下表面。由于这种布置，底板101在凹槽101b部分的厚度减少。

在凹槽101b的深度方向的中间部分形成一个小的台阶101c。杆102(气体渗透抑制构件)和角板103(隔板)钩在这个台阶101c上。杆102由无孔陶瓷(气体渗透抑制构件)组成，并在截面中具有正方形构造。杆102沿凹槽101b以后和前方向伸展。这个杆102从台阶101c的上侧挤压凹槽101b(后面描述的凹槽部分101d)的喷出区域101R₁上的内侧表面。

角板103由密集地形成有多个直径约为1mm的小孔103a的冲压金属(多孔板)组成。角板103具有比由多孔陶瓷组成的底板101更充分大的气体渗透性。角板103在截面上具有L型构造，沿凹槽101b以后和前方向细长地伸展。凹槽101b被角板103的底侧部分分割成两个上和下段凹槽部分101d、101e。下段凹槽部分101e在宽度上比上段凹槽部分101d大等于不存在杆102的量，具有大的容量。

在角板103中，在与杆102邻接的竖直的板部分中不形成小孔103a是可以的。这个无孔竖直的板部分直接和凹槽部分101d的喷气区域101R₁中的侧表面邻接和省去杆102也是可以的。

从左和右夹住电极单元50的截面有水平U型构造的一对侧框架104放置在底板101的左和右膨胀区域101R₂的上侧。上段凹槽部分101d的上表面开口被这个侧框架104堵上。密封上段凹槽部分101d的O环放置在侧框架104的下表面。

并且，与上段凹槽部分101d连通的惰性气体引入管道105分别放置在该对侧框架104上。这个惰性气体引入管道105通过惰性气体通道5a和惰性气体源5连接。惰性气体例如氮气储存在惰性气体源5中。尽管两个惰性气体引入管道105以向前和向后的方式放置在加工头3，但是本发明不局限于此。三个或更多个惰性气体引入管道105可以以向前和向后的方式放置在加工头3上，或仅一个惰性气体引入管道105放置在后和前方向的中心。

“惰性气体引入设备”由惰性气体源5、惰性气体通道5a、惰性气体引入管道105和堵塞凹槽101d的侧框架104组成。

根据本发明的第七实施方式的常压等离子体成膜设备M7，如图34所示，通过喷气区域101R₁的加工气体流引入到膨胀区域101R₂和基材W之间。这样，在膨胀区域101R₂正下方的基材W上也形成膜A。结果，原材料的成膜速率提高，损失减少。

成膜操作的同时，来自惰性气体源5的惰性气体通过通道5a和管道105引入到上段凹槽部分101d。此后，惰性气体通过在角板103的底侧部分中形成的小孔103a。此时压力损失发生。然后将惰性气体供应给下段凹槽部分101e，并且惰性气体膨胀。从而可以在后和前纵长方向上均匀化惰性气体。

并且，惰性气体从下段凹槽部分101e的内周表面(底表面和左和右侧表面)渗透到多孔底板101。惰性气体渐渐地从底板101的膨胀区域101R₂渗出。这样，膨胀区域101R₂的下表面被薄层惰性气体覆盖。由于这个惰性气体层，可以防止加工气体流a直接接触底板101的膨胀区域101R₂。结果，可以防止底板101的膨胀区域101R₂被膜粘附。特别地，由于底板101在凹槽101e部分变得很薄，在其下确保形成惰性气体层b，确保防止膜粘附发生。

另一方面，由于惰性气体的渗出量很小，加工气体流几乎不被干扰。这样确保进行成膜到膨胀区域101R₂正下方的基材W上。另外，成膜到基材W上的量增加了相当于膜不粘附到底板101上的量。结果，可以更加确保减少原材料损失，成膜效率可进一步提高。

顺便提及，防止上段凹槽部分101d的惰性气体通过绝对没有气体渗透性的杆102渗透到喷气区域101R₁侧。这可使得惰性气体层b在喷气区域101R₁几乎不占优势。因此，在喷气区域101R₁的有多个活性粒种的加工气体流a不被惰性气体干扰或稀释。这样，在喷气区域101R₁正下方的基材W上形成的膜A在质量上可确保得以改进。另一方面，在喷气区域101R₁，由于到喷嘴端板101的膜粘附几乎不发生，因此即使不形成惰性气体层b，也不会遇到麻烦。

当喷气区域101R₁由气体渗透抑制材料例如无孔陶瓷组成时，底板101的膨胀区域101R₂由气体渗透材料例如多孔陶瓷组成也是可以的。

喷气区域101R₁的组成构件和膨胀区域101R₂的组成构件可以由不同的构件组成。膨胀区域101R₂的组成构件可以由加工头的水平框架(支撑设备)构成。

这实施方式的气体渗透结构可以应用到第一个和第四实施方式的共同喷气通道结构中。

图37表示本发明的第八实施方式的常压等离子体成膜设备。

设备M8的加工头3A的喷嘴部分20包括以后和前方向(图37的纸表面的正交方向)伸展的支架110、作为其侧部分放置的侧框架112、和覆盖它们上表面的上板113。

上板113由两个相互重叠的陶瓷板构成。上板113在其上设置有第一种气体整流器部分114。来自第一种气体源(原材料气体源)1的管道1a连接到第一种气体整流器部分114。尽管没有表示出，将竖直地连接多个分布安置的小孔和以后和前方向伸展的膛等构成的均匀化通道30x放置在第一种气体整流器部分114的不锈钢制成的主体114X内。均匀化通道30x的下端部和在上板113的左和右方向的中心部分形成的以后和前方向延长的缝隙式的引入通道113a连通。在均匀化通道30x中在后和前方向上均匀化之后，来自第一种气体源1的第一种气体(原材料气体)引入到引入通道113a中。

竖直地重叠一个厚陶瓷板112U和两个不锈钢、铝等形成的金属板112M、112L而构成加工头3A的侧框架112。多个第二种气体接收口(仅表示出一个)115放置在陶瓷板112U的左和右方向的相对侧上，在后和前方向上独立地排列。来自第二种气体源(可激发气体源)2的管道2a分支，并连接到相应的接收口115。在陶瓷板112U和放置在陶瓷板112U下面的金属板112M之间形成薄的缝隙112a。这个缝隙112a的左和右端部和接收口115连通。

加工头3A的电极支架110由绝缘构件例如陶瓷组成。如放大比例的图38所示，两个左和右电场施加电极51被这个支架110支撑。

每个电场施加电极51包括由导电金属例如不锈钢和铝组成的主体56H和用于在其中接收金属主体56H的陶瓷制电介质容器57。电极51以后和前方向(正交于图的纸面的方向)伸展。电场施加电极主体56H的横截面表现出其中主体56H的底表面向下朝着左和右方向的中心(另一个电场施加电极51侧)倾斜的大体上梯形的构造。为了防止电弧放电发生，电场施加电极主体56H的所有拐角形成圆角。

电介质容器57包括其上表面开口并以后和前方向延长的盒子式容器的主体和堵塞这个容器主体57a的上表面开口的盖子57b。容器主体57a的底板和侧板和盖子57b相比很薄。这个容器主体57a的底板向下倾斜到左和右方向的中心(另一个电场施加电极51侧)。截面有梯形构造的金属主体56H的倾斜底表面和倾斜的底板的内底面邻接。

陶瓷制的隔板135装载在容器主体57a内的金属主体51H上。

每个电场施加电极51配备供电插头137。供电插头137竖直地穿透盖子57b和隔板135，嵌入金属主体56H中。供电插头137的上端部放在支架110的上表面中形成的凹槽116a中。如图37所示，来自电源4的电源线4a连接到每个供电插头137的上端部。凹槽116a在其上端开口设置有陶瓷制的盖子117。

第一种气体的第一种流道50a放置在支架110的左和右方向对称的两个电场施加电极51之间。第一种流道50a以后和前方向(正交于图的纸面的方向)竖直地伸展在电极51的整个长度上。第一种流道50a的上端部(上游端)穿透支架110，与上板113的引入通道113a的后和前方向的整个长度相连续。最后，它通过整流器部分114的均匀化通道30x和管道1a与第一种气源1连接。

陶瓷制的板118分别与每个电场施加电极51和支架110的第一种流道侧的表面邻接。板118的上端部到达引入通道13a的内表面。该对板118组成“第一种流道形成设备”。

加工头3A设置有放置在电场施加电极51的下侧的接地电极52，使得每个接地电极52与相应的电场施加电极51都形成一对。左和右接地电极52相互对称，中心第一种流道50a夹在它们之间。每个接地电极52都包括由导电金属例如不锈钢和铝组成的主体56E、和氧化铝等形成的充当这个金属主体56E的固体电介质层的薄平面板34。接地电极52以后和前方向(正交于图的纸面的方向)伸展。

接地电极主体56E包括水平的底面(基材对面表面)和以左和右方向向中心倾斜使得斜面相对于这个底面形成锐角的斜面。接地电极主体56E在截面上具有梯形构造。左和右接地电极52的主体56E的底面相互平齐。

如图37所示，每个接地电极主体56E连接到左和右外侧金属板112A、112L。金属板112M、112L每个都在其外端面设置有接地插头138。地线4b从这个接地插头138伸展以便于接地。由于这种布置，接地电极52接地。

截面为梯形构造的接地电极主体56E的斜面的倾斜角度等于和接地电极主体56E一起形成一对的上侧电场施加电极51的倾斜底面部分的倾斜角度。固体电介质板134和接地电极主体56E的倾斜表面的顶端邻接。当然，固体电介质板134沿主体56E的倾斜表面以主体56E的相等角度倾斜。

“第二种流道形成设备”由电极51、52构成。即，充当等离子体放电空间的这些第二种流道50b中的每一个都形成在第一种流道50a的左侧上的竖直成对的电极51、52之间和第一种流道50a的右侧上的竖直成对的电极51、52之间。具体地，电场施加电极51的容器主体57a的倾斜底面(第一个表面)和在其下侧的接地电极52的固体电介质板134的倾斜外表面(第二个表面)之间的空间充当第二种流道50b。每个第二种流道50b以后和前方向(正交于图的纸面的方向)伸展在电极51、52的整个长度上。

每个第二种流道50b的上端部(上游端)通过接地电极52的上表面和支架110支架之间的水平缝隙154以后和前方向连接到这些侧框架112之间的间隙112a的整个长度上。最后它通过接收口115和管道2a与第二种气体源2相连通。

左侧第二种流道50b以与左侧电极51、52的倾斜表面一致地接近第一种流道50a的方式向右下倾斜。右侧第二种流道50b以与右侧电极51、52的倾斜表面一致地接近第一种流道50a的方式向左下倾斜。左和右第二种流道50b的倾斜角度关于它们之间夹的竖直的第一种流道50a相互对称。

左和右第二种流道50b的下端部(下游端)在一个地方和第一种流道50a的下端部(下游端)以锐角交叉。并且在那些三个通道50b、50a、50b中间的交叉部分直接充当喷气口50c。这个喷气口50c朝着由左和右接地电极52组成的加工头3A的底表面开口。

根据第八实施方式的常压等离子体成膜设备M8，来自第一种气体源1的第一种气体依次连续地通过管道1a、均匀化通道30x和引入通道113a引入到中心的第一种流道50a。与此同时，来自第二种气体源2的第二种气体依次连续地通过管道2a、接收口115和缝隙112a、154引入到左和右第二种流道50b，通过电场的施加被等离子体化(激发和活化)，因此产生活性粒种。

当达到第二种流道50b的下游端的喷气口50c时，这样等离子体化的第二种气体和来自第一种流道50a的第一种气体汇集。通过这样的汇集，膜的原材料接触第二种气体的活性物质，在它们之间发生反应。汇集的同时，即原材料和活性粒种之间发生反应的同时，那些加工气体通过喷气口50c向下吹出。因此，膜几乎不粘附到喷气口50c。冲着基材W吹加工气体，形成膜例如聚硅(p-Si)。

如上述，在第一种和第二种气体达到喷气口50c和喷出的同时，第一种气体的膜的原材料和等离子体化的第二种气体的活性粒种之间发生接触。因此，不再需要等待喷出后的散射。这样，活性粒种几乎不失活，对发生反应仍是足够地好。特别地，即使在活性粒种的寿命短的常压下进行加工，也可以得到充分的反应。结果，可以得到有利的膜A和成膜效率得以提高。并且不再需要为了提高反应而加热基材W至高温，甚至在常温下也可以充分地形成膜。

由于第二种流道50b以相对于竖直的第一种流道50a的锐角交叉，在混合第一种和第二种气体使得它们形成单一流体的同时可以确保将第一种和第二种气体喷射到基材W。这样，成膜效率可以提高。

并且，左和右第二种流道50b与夹在它们之间的中心第一种流道50a对称地安置，使得第二种气体可以均匀地汇集到第一种气体的左和右相反侧形成单一气流，因此可以将汇集的气体喷射到基材W右前表面。这样成膜效率可以进一步提高。

本发明不局限于上述方案，但是可以在不脱离发明的精神下进行很多改变和修改。

作为电源(电场施加设备)，可以使用高频电源，在第一种和第二种电极之间施加高频电场。

本发明不仅可以应用到大致常压环境下的常压等离子体成膜，而且可以应用到在减压下进行的低压等离子体成膜。

不言而喻，本发明可以应用到各种成膜例如a-Si、p-Si、SiN和SiO₂。在使用a-Si、p-Si的成膜的情况中，SiH₄用作第一种气体，H₂用作第二种气体。在使用SiN的成膜的情况中，SiH₄用作第一种气体，N₂用作第二种气体。在使用SiO₂的成膜的情况中，TEOS或TMOS用作第一种气体，O₂用作第二种气体。

第一个、第二个和第七实施方式等的电极51、52可以具有与第四实施方式(图19)和它的改进方案(图25等)的容器中的电介质容器接收结构相同的电介质容器接收结构。

也可以接受的是，作为第四个和第八实施方式等的电极51的固体电介质层，而不是电介质容器57，可用合适的方法例如向其上热喷射电介质构件例如陶瓷或向其粘结树脂制成的片例如四氟乙烯，从而在电极主体56的表面形成膜。

在电介质容器接收结构中，电介质容器的盖子可以旋转地连接到容器主体上。供电/接地插头和包覆导体可以插到电极主体而不是通过盖子插到容器主体。

电场施加电极可以具有套管或环形状的构造，它的内部空间也充当第一种流道。接地电极可以具有其中能同轴接收这个套管状的电场施加电极的套管或环形状的构造，那些电极之间的环形空间可以充当第二种流道。

基材可以安放在加工头上。在那种情况中，基材相对构件优选放置在加工头的上端部。机壳10的入口10a直接向上。可以用容易连接/脱接机械例如插销或钩子将加工头20固定到外边的机壳10上。

本发明不局限于第一种流道由放置在两个电场施加电极之间的电场施加电极构成的情况，第一种流道也可以由特定的第一种流道形成构件例如喷嘴体和管道构成。

在第八实施方式中，相对于基材对面表面竖直地放置第二种流道和对角地放置第一种流道也是可以的。仅一个第二种流道放置在中心和两个第一种流道放置在它的相反侧也是可以的。第一种和第二种流道和电极不仅可以沿后和前方向线性地伸展，而且它们可以例如以截面环形安置。电场施加电极和接地电极中的一个可以环形地围绕另一个电极。在那种情况中，第一种流道可以形成在内侧电极内，内和外电极之间的环形空间可以充当第二种流道。第一种和第二种流道中的一个以向下接近另一个的方式同心安置，另一个通道放置在它们之间。

本发明例如可以用作半导体基材的等离子体CVD。

Claims (10)

1. 一种等离子体表面加工设备，其用于采用在电场下等离子体化的加工气体加工待加工材料的表面，所述设备具有产生所述电场的电极结构，所述电极结构包含：

由金属制成的电极主体，其在长方向上延伸；和

由固体电介质材料制成的电介质容器，其在所述长方向上延伸，所述电介质容器具有开口和与所述开口连通的内部空间，所述开口在与所述长方向垂直的短方向上的一侧打开，在所述内部空间中通过所述开口接收所述电极主体，并且所述电极主体从所述开口缩进到所述短方向上的另一侧，在所述电介质容器的所述开口的所述一侧设置有突出的端部，所述突出的端部在所述长方向上延伸，且相对于所述电极主体突出到所述短方向上的所述一侧。

2. 根据权利要求1的等离子体表面加工设备，其中所述电介质容器包括由固体电介质材料制成的盖子，其用于封闭所述开口。

3. 一种等离子体表面加工设备，其用于采用在电场下等离子体化的加工气体加工待加工材料的表面，所述设备具有产生所述电场的电极结构，所述电极结构包含：

由金属制成的长形第一电极主体，其在长方向上延伸；

由固体电介质材料制成的第一电介质容器，其在所述长方向上延伸，所述第一电介质容器具有第一开口和与所述第一开口相连的第一内部空间，所述第一开口在与所述长方向垂直的第一短方向上的外侧打开，在所述第一内部空间中通过所述第一开口接收所述第一电极主体，并且所述第一电极主体从所述第一开口缩进到所述第一短方向上的内侧，在所述第一电介质容器的所述第一开口的所述外侧设置有突出的端部，所述第一电介质容器的所述突出的端部在所述长方向上延伸，且相对于所述第一电极主体突出到所述第一短方向上的所述外侧；

由金属制成的长形第二电极主体，其在与所述第一电极主体平行的长方向上延伸；和

由固体电介质材料制成的第二电介质容器，其在与所述第一电介质容器平行的所述长方向上延伸，所述第二电介质容器设置在所述第一电介质容器的所述第一开口的相反的一侧上，所述第二电介质容器具有第二开口和与所述第二开口相连的第二内部空间，所述第二开口在第二短方向上的外侧打开，所述第二短方向与所述长方向垂直，且所述第二短方向与所述第一短方向相同或者与所述第一短方向交叉，所述第二短方向上的所述外侧是与所述第一电介质容器相反的一侧，在所述第二内部空间中通过所述第二开口接收所述第二电极主体，并且所述第二电极主体从所述第二开口缩进到所述第二短方向上内侧，在所述第二电介质容器的所述第二开口的所述外侧面设置有突出的端部，所述第二电介质容器的所述突出的端部在所述长方向上延伸，且相对于所述第二电极主体突出到所述第二短方向上的所述外侧；和

在所述第一电介质容器和所述第二电介质容器之间形成所述加工气体的气体通道，使得所述加工气体在垂直于所述长方向和与所述第一或第二短方向交叉的方向上，从所述气体通道中通过，所述第一电介质容器和所述第二电介质容器具有相对于所述气体通道彼此对称的形状。

4. 根据权利要求3的等离子体表面加工设备，其中所述第一和第二电介质容器分开形成。

5. 根据权利要求4的等离子体表面加工设备，其中所述第一和第二电介质容器彼此毗连，在所述第一和第二电介质容器的每一个的所述毗连表面处形成用作所述气体通道的凹槽。

6. 根据权利要求3的等离子体表面加工设备，其中所述第一和第二电介质容器彼此整体地连接。

7. 根据权利要求3的等离子体表面加工设备，其中所述气体通道的流道截面积在上游侧更大且在下游侧更小，或者在上游侧更小且在下游侧更大。

8. 根据权利要求3的等离子体表面加工设备，其中所述第一和第二电介质容器的每一个的面向所述气体通道的板的厚度沿着气体通道在上游侧更小且在下游侧更大。

9. 根据权利要求3的等离子体表面加工设备，其中在所述两个电极主体间的距离沿着流动方向逐渐变大或变小。

10. 根据权利要求3的等离子体表面加工设备，其中

所述第一和第二电介质容器的每一个设置有气体均匀化通道，所述气体均匀化通道用于在所述长方向上将所述加工气体均匀地分散并用于将所述加工气体导入所述气体通道。

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