CN101506095B - 碳结构体的制造装置及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在基板上形成碳结构体的碳结构体的制造装置。该制造装置具备：形成收容基板的第一空间的第一室；向第一空间供给用于形成碳结构体的原料气体的原料气体供给装置；形成与第一空间不同的第二空间的第二室；向第二空间供给用于生成等离子体的气体的气体供给装置；在第二空间生成等离子体的等离子体生成装置；连接第一空间与第二空间的开口；和经由开口将在第二空间中生成的等离子体导入到第一空间的等离子体导入装置；基于被导入到第一空间的等离子体并利用原料气体，在基板上形成碳结构体。根据该制造装置，当在基板上形成碳结构体时，可抑制电极等的污染和异物等的发生，能够大面积地良好地形成碳结构体。

Description

碳结构体的制造装置及制造方法
技术领域
本发明涉及一种碳结构体的制造装置及制造方法。本申请基于2006年9月1日向日本申请的特愿2006-238305号而主张优先权，在这里援引其内容。
背景技术
碳纳米墙、碳纳米管、碳纳米纤维等碳结构体(碳纳米结构体)被期待着向半导体器件、燃料电池的电极等各种领域的应用。在下述专利文献中公开了与碳结构体的制造方法相关的技术的一个例子。
专利文献1：特开2005-307352号公报
专利文献2：特开2005-097113号公报
专利文献3：特开2006-069816号公报
例如，当利用成膜室内配置的电极在该成膜室内生成等离子体，并通过向该成膜室供给烃系气体等原料气体在基板上形成碳结构体时，电极的一部分或成膜室的内壁面的一部分等基板以外的部件会被供给碳，导致在该部件上形成了碳膜。
例如当在电极上形成了碳膜时，由该电极生成的等离子体的状态会发生变动等，无法以所希望的状态生成等离子体，结果，不能在基板上良好地形成碳结构体。
而且，除了电极上之外，还有可能发生例如在电极附近的成膜室的内壁面的一部分区域形成很多碳膜的现象。该形成的碳膜容易剥落，剥落后的碳膜起异物的作用。当异物附着于基板时，无法在基板上良好地形成碳结构体。
另外，为了防止在电极上形成碳膜、和构成电极材料的元素作为杂质混入到碳结构体等，可考虑从玻璃等非金属材料窗向成膜室内导入微波的微波等离子体CVD法；将石英管等非金属材料作为反应容器，利用配置在其周围的高频线圈在反应容器的规定部分形成等离子体的方法等无电极放电的方法，但在使用了这些方法的情况下，由于在导入微波的窗的内面或反应容器的内面形成碳膜，所以，如果继续进行处理，则电力会集中到碳膜的析出部分使其被加热。于是，该部分的温度相对升高，有可能发生构成窗及成膜室的玻璃等非金属材料因融解而引起的变形、基于热冲击引起的破坏等。此外，当窗等的密封部件使用了橡胶制O形环时，如果因为上述现象而在窗的内面形成碳膜、引起电力集中，则可以想象会容易地超过密封部件的耐热温度。结果，成为无法保持真空状态等装置运转上的重大故障。
基于这些原因，在形成碳结构体的装置中，需要频繁清扫及/或更换电极及/或成膜室(反应容器)。
发明内容
本发明鉴于这样的情况而提出，其目的在于，提供一种当在基板上形成碳结构体时，能够抑制异物等的产生、并能遍及大面积良好地形成碳结构体的制造装置及制造方法。并且，其目的还在于，提供一种能够在同一成膜室内进行作为碳结构体的基底层而形成的金属膜与催化剂微粒的形成的制造装置及制造方法。
为了解决上述课题，本发明采用以下的构成。
本发明的第一方式提供一种碳结构体的制造装置，用于在基板上形成碳结构体，其具备：形成收容前述基板的第一空间的第一室；向前述第一空间供给用于形成前述碳结构体的原料气体的原料气体供给装置；形成与前述第一空间不同的第二空间的第二室；向前述第二空间供给用于生成等离子体的气体的气体供给装置；在前述第二空间中生成等离子体的等离子体生成装置；连接前述第一空间与前述第二空间的开口；和经由前述开口将在前述第二空间中生成的前述等离子体导入到前述第一空间的等离子体导入装置；基于导入到前述第一空间的前述等离子体并利用前述原料气体，在前述基板上形成前述碳结构体。
根据本发明的第一方式，由于划分了被供给用于形成碳结构体的原料气体的第一空间、和生成等离子体的第二空间，所以，可抑制原料气体对第二空间的供给，从而抑制在配置于第二空间的构成等离子体生成装置的电极等上形成碳膜。而且，由于在第一空间中没有电极等，所以，可抑制在电极附近的第一室的内壁面的一部分区域较多地形成碳膜的现象的发生。因此，能够抑制异物的发生，可使用希望状态的等离子体，良好地形成碳结构体。
在上述方式的制造装置中，可以采用将前述第一空间的压力设定得比前述第二空间低的构成。
由此，可以生成从第二空间向第一空间的流动，将在第二空间中生成的希望状态的等离子体顺利地导入到第一空间。而且，能够抑制第一空间的物质流入到第二空间。
在上述方式的制造装置中，可以采用下述构成：具备配置在前述开口的附近、并将前述第一空间的前述等离子体整形为薄片状的磁场生成装置。
由此，可以在基板上的广阔区域迅速形成碳结构体。
在上述方式的制造装置中，可以采用下述构成：具备溅射装置，其具有按照配置在前述第一空间的方式保持靶材料的保持部件，将基于导入到前述第一空间的前述等离子体中的惰性气体而生成的离子粒子向前述靶材料照射，由前述靶材料释放出用于在前述基板上形成导电性膜及催化剂微粒的至少一方的溅射粒子。
由此，能够在第一空间中进行基于溅射法的金属膜的形成动作、和基于等离子体CVD法的碳结构体的形成动作双方。因此，例如可以不将基板暴露于大气等，而在基板上连续形成所希望的金属膜及/或催化剂微粒和碳结构体。而且，通过在同一空间(第一空间)中执行采用了不同手法的形成动作(采用了溅射法的形成动作、采用了等离子体CVD法的形成动作)，可抑制制造装置整体构造的复杂化等，分别顺利地形成金属膜及碳结构体。
本发明的第二方式提供一种碳结构体的制造方法，用于在基板上形成碳结构体，包括：向收容了前述基板的第一空间供给用于形成前述碳结构体的原料气体的动作；在与前述第一空间不同的第二空间生成等离子体的动作；将前述第二空间中生成的前述等离子体经由开口导入到前述第一空间的动作；和基于被导入到前述第一空间的前述等离子体并利用前述原料气体，在前述基板上形成前述碳结构体的动作。
根据本发明的第二方式，由于划分了被供给用于形成碳结构体的原料气体的第一空间、和生成等离子体的第二空间，所以，可抑制原料气体对第二空间的供给，从而抑制在配置于第二空间的构成等离子体生成装置的电极等上形成碳膜。而且，由于在第一空间中没有电极等，所以，可抑制在电极附近的第一室的内壁面的一部分区域较多地形成碳膜的现象的发生。因此，能够抑制异物的发生，可使用希望状态的等离子体，良好地形成碳结构体。
在上述方式的制造方法中，可以采用下述构成：在前述基板上形成了前述金属膜及催化剂微粒的至少一方之后，形成前述碳结构体。
由此，例如当难以在基板上直接形成碳结构体时，可以通过在基板上形成金属膜及/或催化剂微粒，从而在该基板上形成的金属膜及/或催化剂微粒上良好地形成碳结构体。
在上述方式的制造方法中，可以采用下述构成：在前述基板上形成了前述碳结构体之后，形成催化剂微粒。
由此，能够使碳结构体成为希望的状态。
根据本发明，可以抑制电极等的污染和异物等的发生，能够在大面积的基板上良好地形成碳结构体。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的碳结构体的制造装置的概略构成图。
图2A是表示基于被供给到基板上的原料气体来调整离子粒子的量的状态的示意图。
图2B是表示基于被供给到基板上的原料气体来调整离子粒子的量的状态的示意图。
图3是表示本发明的第二实施方式涉及的碳结构体的制造装置的概略构成图。
图4A是用于对本发明的第二实施方式涉及的制造装置的动作进行说明的示意图。
图4B是用于对本发明的第二实施方式涉及的制造装置的动作进行说明的示意图。
图5A是用于对本发明的第三实施方式涉及的制造装置的动作进行说明的示意图。
图5B是用于对本发明的第三实施方式涉及的制造装置的动作进行说明的示意图。
附图标记说明
1...第一室、1A...第一空间、2...第二室、2A...第二空间、3...原料气体供给装置、4...等离子体生成装置、5...开口、6...等离子体导入装置、7...基板保持器、9...磁场生成装置、10...薄片等离子体、11...溅射装置、12...保持部件、FA...制造装置、T...靶材料、W...基板。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下的说明中设定了XYZ直角坐标系，参照该XYZ直角坐标系对各部件的位置关系进行说明。而且，将原点确定为例如后述的等离子体源，设水平面内的规定方向为X轴方向，在水平面内与X轴方向正交的方向为Y方向，而与X轴方向及Y轴方向分别正交的方向(即铅垂方向)为Z轴方向。并且，将围绕X轴、Y轴及Z轴的旋转方向分别设为θX、θY及θZ方向。
第一实施方式
对本发明的第一实施方式进行说明。图1是表示第一实施方式涉及的碳结构体的制造装置FA的概略构成图。碳结构体包括所谓的碳纳米结构体。碳纳米结构体例如包括：碳纳米墙、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米片(flake)及碳纳米薄片等。
本实施方式中，以制造装置FA通过在基板W上形成碳纳米结构体，来制造碳纳米结构体的情况为例进行说明，但本发明不限定于此。如果是含有碳的结构体，则能够由制造装置FA制造该结构体。即，制造装置FA能够形成的碳结构体(碳纳米结构体)不限于上述情况，能够制造任意的碳结构体(碳纳米结构体)。
在图1中，制造装置FA具备：形成用于收容基板W的第一空间1A的第一室1；向第一空间1A供给用于形成碳结构体的原料气体的原料气体供给装置3；形成与第一空间1A不同的第二空间2A的第二室2；向第二室2A供给用于生成等离子体的放电用气体的第一放电用气体供给装置4G；在第二空间2A中生成等离子体的含有等离子体源4A的等离子体生成装置4；连接第一空间1A与第二空间2A的开口5；和经由开口5将第二空间2A中生成的等离子体向第一空间1A导入的等离子体导入装置6。
而且，制造装置FA还具备保持基板W的基板保持器7。基板保持器7被设置于第一空间1A，按照基板W被配置于第一空间1A的方式保持该基板W。基板保持器7将基板W保持成基板W的表面(形成碳结构体的面)与XY平面近似平行。并且，基板保持器7具备能够对所保持的基板W的温度进行调整的温度调整装置。基板保持器7(及由基板保持器7保持的基板W)被施加正或负的电位。
对于基板W而言，只要能够在其表面形成碳结构体即可，可以由任意的材料形成，例如可由硅(Si)等半导体材料、玻璃(石英)等绝缘性材料及镍(Ni)、铁(Fe)、钴(Co)、钛(Ti)及它们的合金等导电性材料(金属材料)等形成。而且，还能够由导电性陶瓷材料形成基板W。在本实施方式中，使用硅晶片作为基板W。
第一室1是所谓的真空室(成膜室)，第一室1的第一空间1A通过未图示的真空系统被设定为至少比大气压低的压力。第二室2是所谓的放电室，被配置在第一室1的外侧，形成与第一空间(成膜空间)1A不同的第二空间(放电空间)2A。第一空间1A的压力被设定得低于第二空间2A的压力。
原料气体供给装置3将形成碳结构体用的原料气体，提供给配置了基板W的第一空间1A，作为原料气体，例如供给包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔或它们的混合物的烃系气体。另外，原料气体供给装置3还可以供给烃系气体与氢气双方。在本实施方式中，原料气体供给装置3供给甲烷(CH4)及氢气(H2)。
在第一空间1A的规定位置配置有与原料气体供给装置3连接的喷嘴部件3A，从原料气体供给装置3送出的原料气体经由供给管3L向喷嘴部件3A供给。从原料气体供给装置3送出并流经供给管3L的原料气体经由喷嘴部件3A被释放到第一空间1A中。而且，在供给管3L的途中，配置有能够开闭该供给管3L的流路的阀机构3B。
并且，在第一室1的规定位置(本实施方式中为第一室1的上端及下端的规定位置)，形成有能够排出第一空间1A的气体的排气口1K。
另外，在第一室1的外壁面的规定位置配置有大径且空心的线圈1M。本实施方式中，制造装置FA具有在开口5附近按照包围第二空间2A的方式配置在-X侧的外壁面的第一线圈1M、和配置在+X侧的外壁面的第二线圈1M。
等离子体生成装置4能够在第二空间2A中生成等离子体，包括例如特开平6-119992号公报、特开2001-240957号公报等中公开的等离子体枪(plasma gun)。含有等离子体枪的等离子体生成装置4能够将生成的等离子体向第一空间1A供给。
在本实施方式中，等离子体生成装置4具有特开平6-119992号公报所公开的等离子体源4A。等离子体源4A被配置在第二空间2A中。
而且，制造装置FA具备第一放电用气体供给装置4G，用于向第二空间2A供给生成等离子体用的放电用气体。第一放电用气体供给装置4G将由等离子体生成装置4放电的放电用气体向第二空间2A中配置的等离子体源4A供给，作为放电用气体，例如供给氩气等惰性气体。从第一放电用气体供给装置4G送出的放电用气体(本实施方式中为氩气)经由供给管4L被提供给等离子体源4A。而且，在供给管4L的途中配置有能够开闭该供给管4L的流路的阀机构4B。
等离子体生成装置4的等离子体源4A通过电弧放电对被供给的放电用气体进行等离子体化。等离子体生成装置4的等离子体源4A将从第一放电用气体供给装置4G供给的氩气等离子体化，生成该氩气的等离子体。
另外，在本实施方式中，等离子体生成装置4例如还可以通过利用了来自钨丝的热电子释放的直流放电，对放电用气体进行等离子体化。
等离子体导入装置6用于将通过等离子体生成装置4的等离子体源4A在第二空间2A中生成的等离子体，经由开口5导入第一空间1A，含有一对环状的电极6M。
在与电极6M对置的位置配置有对置电极8，由等离子体生成装置4在第二空间2A中生成的等离子体的电子流被电极6M加速，经由开口5导入(照射)到第一空间1A中。
并且，在本实施方式中，制造装置FA具备配置在开口5的附近、将第一空间1A中的等离子体整形为薄片(sheet)状的磁场生成装置9。磁场生成装置9具有被配置成隔着开口5而对置的一对永久磁铁9A。一对永久磁铁9A被配置成同极之间(例如N极之间或S极之间)对置。由等离子体生成装置4生成、通过开口5时在YZ平面内近似为圆形的等离子体，被磁场生成装置9整形为在YZ平面内Y轴方向长的薄片状。在以下的说明中，适当将由磁场生成装置9整形为薄片状的等离子体称为薄片等离子体10。
另外，虽然在本实施方式中通过永久磁铁9A将等离子体整形为薄片状，但也可以利用设置于第一室1的两端的线圈1M所形成的磁场对等离子体进行整形。但是，为了使在第一空间1A中形成的等离子体为高密度，对大面积的基板W形成均匀的场，优选由永久磁铁9A形成薄片状的等离子体。
电极6M相对于被基板保持器7保持的基板W被配置在-X侧，对置电极8被配置在+X侧。薄片等离子体10从电极6M侧(第一空间1A的-X侧)朝向对置电极8侧(第一空间1A的+X侧)行进。薄片等离子体10的表面及背面与XY平面大致平行。供给原料气体的喷嘴部件3A和保持于基板保持器7的基板W被配置成隔着薄片等离子体10而对置。
接着，对具有上述构成的制造装置FA的动作进行说明。在将基板W保持于基板保持器7之后，利用温度调整装置调整基板W的温度。然后，由原料气体供给装置3借助喷嘴部件3A向第一空间1A内供给用于形成碳结构体的原料气体。而且，在等离子体生成装置4中，利用第一放电用气体供给装置4G向配置于第二空间2A的等离子体源4A供给放电用气体，生成等离子体。
由等离子体生成装置4在第二空间2A中生成的等离子体，被含有电极6M的等离子体导入装置6经由开口5导入到第一空间1A中。等离子体在第一空间1A中朝向+X方向行进。在第一空间1A的开口5的附近，配置有包含永久磁铁9A的磁场生成装置9，导入到第一空间1A中的等离子体沿着与被基板保持器7保持的基板W的表面(形成碳结构体的面)近似平行的XY平面扩展，被变换为薄片等离子体10。
由原料气体供给装置3通过喷嘴部件3A向第一空间1A内供给用于形成碳结构体的原料气体。第一室1内的薄片等离子体10对第一室1内的原料气体进行激励、使其离子化。被导入到第一空间1A中的等离子体激励而离子化的原料气体，在由基板保持器7保持的基板W的表面形成碳结构体。
如以上所说明那样，本实施方式中，由于在用于在基板W上形成碳结构体的第一室1的第一空间1A中，不配置用于生成等离子体的等离子体生成装置4的含有电极等的等离子体源，将构成等离子体生成装置4的等离子体源(电极)等的部件配置在与第一空间1A不同的第二空间2A中，所以，能够抑制在构成等离子体生成装置4的部件上形成碳膜。当在等离子体源等上形成了碳膜时，所生成的等离子体的状态会变动，有可能无法在基板W上形成希望状态的碳结构体。而且，由于形成在基板W以外的部件上的碳膜容易从该部件剥离，该剥离的碳膜起到作为异物的作用，所以，如果该异物附着于基板W，则所制造的碳结构体的性能存在劣化的可能。在本实施方式中，由于划分了用于在基板W上形成碳结构体的第一空间1A、和配置有用于产生等离子体的等离子体源4A等的第二空间2A，所以可抑制上述不良情况的发生。
并且，由于在被供给原料气体的第一空间1A中没有等离子体源等，等离子体在第二空间2A中形成，所以，例如可抑制在第一室1的内壁面的局部区域较多地形成碳膜的不良情况。例如当在第一室1的第一空间1A的内侧配置了用于产生等离子体的等离子体源时，有可能因基于该等离子体源而生成的等离子体的状态，例如在等离子体源附近的第一室1的内壁面的局部区域较多地形成碳膜。例如，在向基于等离子体源而生成的等离子体发生区域供给原料气体的情况下，有可能在该等离子体发生区域附近的第一室1的内壁面的局部区域较多地形成碳膜。另外，例如在由玻璃管等形成成膜室、在该成膜室的外侧配置有电极或线圈等，并利用该成膜室的外侧配置的线圈等在成膜室的内侧形成了等离子体的情况下，也可能在该线圈附近的成膜室的内壁面的一部分区域较多地形成碳膜。此外，如果第一室1的内壁面的局部区域较多地形成了碳膜，则只有该部分集中电力，该部分的温度有可能过度上升。该情况下，存在着第一室1的一部分劣化、无法良好地在基板W上形成碳结构体的可能性。在本实施方式中，由于在第一室1的第一空间1A中没有等离子体源等，所以，可抑制这样的不良情况的发生。
而且，在本实施方式中，由于第一空间1A的压力设定得比第二空间2A低，所以，生成从第二空间2A向第一空间1A的气流。由此，能够抑制第一空间1A的原料气体流入到配置有等离子体源4A的第二空间2A。即，在本实施方式中，由于原料气体几乎不流入到生成等离子体的等离子体生成装置4中、或即使流入也是微量的，所以，在用于生成等离子体的等离子体源4A等上几乎不形成碳膜。
另外，第一室1的内壁面也有形成碳膜的可能性，但其量微小。而且，由于第一室1的内壁面与基板W的距离、或第一室1的内壁面与薄片等离子体10的距离大，所以，可抑制从第一室1的内壁面产生的异物向基板W附着。
此外，对置电极8上也有可能形成碳膜，但其量微小。而且，由于对置电极8不是用于生成等离子体的电极，而是用于从第二空间2A向第一空间1A导入等离子体的电极，所以，即使在对置电极8上形成了碳膜，也不会发生所生成的等离子体的状态变动这一不良情况。
并且，在本实施方式中，通过在第一空间1A中生成与基板W的表面近似平行的薄片等离子体10，能够在高的等离子体密度之下，顺利且高速地在基板W的表面的宽广区域形成均匀的碳结构体。
另外，在本实施方式中，可以规则良好地在基板W上层叠碳结构体，从而能够制造具有所希望的构造的碳结构体。因此，能够形成电场电子释放特性、氢吸附特性、相对基板W的表面的垂直方向的导电性等出色的碳结构体。
此外，通过调整基板W的电位，可以调整对基板W照射(注入)的离子粒子(包括基于氩气的离子粒子、基于原料气体的离子粒子)的量及能量。例如，通过调整基板W的电位，可以如图2A的示意图所示，减少基于向基板W供给的原料气体的离子粒子的供给量，还可以如图2B的示意图所示，能够增多基于向基板W供给的原料气体的离子粒子的供给量。具体而言，在对基板W施加了负的电位的情况下，通过减小该电位的绝对值，可减小向基板W供给的离子粒子的供给量，通过增大该电位的绝对值，可增加向基板W供给的离子粒子的供给量。
而且，图2B与图2A相比，入射的离子的能量大，可通过对基板W施加的负的电位调整入射的离子的能量。并且，通过将对基板W施加的电位设为正、并调整该电位，能够抑制离子向基板W流入，通过调整电位，能够以原子团(radical)为主原料形成碳结构体。这样，通过调整离子向基板W的入射量、离子的能量、原子团入射量，可以控制碳结构体的尺寸、构成其的晶体的尺寸及石墨化度。另外，可以控制电传导率、气体吸附能力等。
而且，通过将基板保持器7向Z轴方向移动，可以调整基板W与薄片等离子体10的距离，通过该调整能够调整等离子体与基板W之间的电场强度。并且，通过并用上述对基板W施加的电压的调整动作、和基板W与薄片等离子体10的距离的调整动作，能够良好地控制离子注入量、能量、原子团注入量。
另外，在本实施方式中，利用由等离子体导入装置6的电极6M(或聚焦线圈)生成的磁力，可以将等离子体生成装置4生成的等离子体有效导入到第一空间1A中。
第二实施方式
接着，对本发明的第二实施方式进行说明。第二实施方式的特征部分在于，制造装置FA具备溅射装置11，其具有按照配置在第一空间1A的方式保持靶材料T的保持部件12，将基于导入到第一空间1A的等离子体中的惰性气体而生成的离子粒子向靶材料T照射，从靶材料T释放出用于在基板W上形成金属膜及/或催化剂微粒的溅射粒子。即，在上述的第一实施方式中，基于所谓的等离子体CVD法形成了碳结构体，而在第二实施方式中，除了基于等离子体CVD法形成碳结构体的动作之外，还执行基于所谓的溅射法形成金属膜及/或催化剂微粒的动作。在以下的说明中，对与上述第一实施方式相同或同等的构成部分赋予同一符号，并简略或省略其说明。
图3是表示第二实施方式的制造装置FA的概略构成图。在图3中，制造装置FA具有溅射装置11。溅射装置11具备：能够保持靶材料T的含有电极12A的保持部件12、和能够向第一空间1A供给氩气等惰性气体作为放电用气体的第二放电用气体供给装置14。
本实施方式的溅射装置11是在靶材料T与第一室1之间施加直流电压的DC溅射装置，但也可以是施加高频的高频溅射装置、在靶材料T的背面配置有磁铁的磁控管溅射装置。
含有电极12A的保持部件12将靶材料T保持成由基板保持器7保持的基板W的表面与靶材料T对置。在本实施方式中，靶材料T包括镍(Ni)、铁(Fe)等金属。
从第二放电用气体供给装置14输出的惰性气体(放电用气体)经由供给管14L被供给到第一空间1A。而且，在供给管14L的途中配置有能够开闭该供给管14L的流路的阀机构14B。
溅射装置11从第二放电用气体供给装置14供给氩气作为放电用气体，在第一空间1A的靶材料T的附近，本实施方式中是在靶材料T的-Z侧的规定区域(与基板W之间的规定区域)产生等离子体。在第一空间1A中产生了等离子体的等离子体发生区域PU’，生成基于该放电气体的离子粒子p1。溅射装置11将生成的离子粒子p1向靶材料T照射，从靶材料T释放出用于在基板W上形成金属膜的溅射粒子p2。
接着，对具有上述构成的制造装置FA的动作进行说明。在将基板W保持于基板保持器7之后，如图4A的示意图所示，由溅射装置11溅射靶材料T。即，制造装置FA利用第二放电用气体供给装置14向第一空间1A供给惰性气体(氩气)，并对电极12A施加电力，在第一空间1A的靶材料T与基板W之间的规定区域形成等离子体发生区域PU’。另外，在利用溅射装置11的溅射处理期间中，等离子体生成装置4不生成等离子体。
通过向等离子体发生区域PU’供给放电用气体(惰性气体)，生成基于该放电用气体的离子粒子p1。所生成的离子粒子p1被向靶材料T照射。通过将离子粒子p1向靶材料T照射，可以从该靶材料T释放出用于形成金属膜的溅射粒子p2，在基板W上形成金属膜。
在利用溅射装置11在基板W上形成了金属膜之后，制造装置FA停止溅射装置11的动作。然后，如图4B的示意图所示，制造装置FA利用原料气体供给装置3向第一空间1A供给原料气体，并且，利用等离子体生成装置4生成等离子体。由此，在第一空间1A中生成薄片等离子体10，在基板W的金属膜上形成碳结构体。
在形成碳结构体时，不对靶材料T施加电压，将基板W加热到规定温度，并使原料气体流入到第一室1内，在基板W的金属膜上堆积碳材料。另外，在设置可移动保持部件12的机构，并供给原料气体、在金属膜上形成碳结构体时，可以移动保持部件12、使靶材料T退避。此时，由于原料气体几乎不流入到产生等离子体的等离子体生成装置4中、或即使流入也是微量的，所以，在用于产生等离子体的等离子体源4A等上几乎不形成碳膜。
如以上所说明那样，本实施方式中可以在一个第一室1内进行基于溅射法的金属膜的形成动作、和基于等离子体CVD法的碳结构体的形成动作。因此，例如能够不将基板W暴露于大气等中而抑制制造装置FA整体构造的复杂化等，并在基板W上形成所希望的膜(结构体)。
而且，在使用碳结构体作为电极材料的情况下，作为向碳结构体供给电荷的导电性膜，可形成铜、铝、钛、镍铬耐热合金、金、银、不锈钢、镍等的金属膜，在该金属膜上形成碳结构体。另外，作为导电性膜，除了上述的金属膜之外，还可以使用ITO、ZnO等的导电性膜。
并且，在想要形成的碳结构体是碳纳米管的情况下，为了促进碳纳米管的成长(成膜)等，当在基板W上形成被称为催化剂金属(催化剂微粒)的金属膜时，根据本实施方式的制造装置FA，可以在一个第一室1A内在基板W上形成了金属膜(催化剂金属)之后，在该催化剂金属上执行用于形成碳纳米管的基于等离子体CVD法的处理。
另外，不限定于催化剂金属，在使用与碳结构体的粘接性不够良好的基板W的情况下，当在该基板W上形成了与碳结构体的粘接性良好的膜之后，在该膜上形成碳结构体(碳纳米墙、碳纳米管、碳纳米纤维等)，从而可以在基板W(金属膜)上良好地形成碳结构体。此外，可以在向基板W上例如供给了白金、镍等作为催化剂微粒之后，形成碳结构体。
而且，不限定于导电性膜、催化剂微粒，也可以在基板W上形成了硅等半导体膜之后，在该半导体膜上形成碳结构体。
第三实施方式
接着，对本发明的第三实施方式进行说明。在上述第二实施方式中，对保持靶材料T的电极12A施加电力，在第一空间1A中形成等离子体发生区域PU’，形成了金属膜，但也可如图5A所示，将由等离子体生成装置4生成的等离子体导入到配置有靶材料T的第一空间1A，利用该导入的等离子体(薄片等离子体10)，溅射靶材料T。这样，也能在基板W上形成金属膜。
另外，在本实施方式中，可以省略第二放电用气体供给装置14。此外，当用于成为在第二空间2A中生成等离子体而需要的压力的来自第一放电用气体供给装置4G的气体供给量，无法使第一空间1A的压力满足溅射所需要的规定压力的情况下，可以辅助利用第二放电用气体供给装置14，用于将第一空间1A调整为溅射所需要的压力。
相对于薄片等离子体10，靶材料T被施加负的电位，由薄片等离子体10产生的离子粒子p1对靶材料T进行溅射，从靶材料T释放出用于在基板W上形成金属膜的溅射粒子p2。此时，通过控制基板W的温度、溅射粒子p2向基板W的入射量、溅射时间等，可以控制金属膜的膜厚、催化剂微粒的粒子直径、分布等。
而且，优选在金属膜的形成中，使靶材料T的宽度(Y轴方向的大小)与薄片等离子体10的宽度(Y轴方向的大小)大致相同，以便离子粒子p1对靶材料T的广阔区域同样地照射。并且，通过使基板W的大小与靶材料T的大小近似相同，或稍微小些，可使所形成的金属膜的膜厚均匀。
另外，通过控制等离子体源4A，可以增加向靶材料T照射的离子粒子p1的量。为了控制离子粒子p1敲击靶材料T的能量，增大对靶材料T施加的溅射电压。这些控制能够独立进行，由于和磁控管溅射那样的只控制电压的方式不同，所以，可以独立控制成膜速度、膜的品质等。
接着，在形成碳结构体时，不对靶材料T施加电压，将基板W加热到规定温度，如图5B所示，向第一空间1A供给原料气体，在基板W上堆积碳材料。此时，由于原料气体几乎不流入到产生等离子体的等离子体生成装置4中、或即使流入也是微量的，所以，在用于产生等离子体的等离子体源4A等上几乎不形成碳膜。而且，此时通过控制流经电极6M的电流、对基板W施加的偏置电压、薄片等离子体10与基板W的距离，可以控制对基板W照射的基于原料气体的离子粒子量、离子能量、原子团的量，从而可以控制碳结构体的形态、构造。在图5中，为了分别明确根据溅射法形成金属膜的动作、和根据等离子体CVD法形成碳结构体的动作，相对于基板W于+Z侧在图5A中配置了靶材料T，在图5B中配置了喷嘴部件3A，在第一室1A内还设置有能够在第一室1A内分别移动靶材料T、喷嘴部件3A的机构，及相对于第一室1A内导入及退避的机构，可以执行溅射法和等离子体CVD法双方。此外，喷嘴部件3A不必配置在基板W的正面，只要能够将原料气体导入到第一室1A内即可。
第四实施方式
接着，对第四实施方式进行说明。上述的第二、第三实施方式中，在基板W上形成了金属膜及/或催化剂微粒之后，形成了碳结构体，但例如也可以在基板W上形成了碳结构体之后，形成催化剂微粒。上述第二、第三实施方式中所说明的基于溅射法形成金属膜及/或催化剂微粒的动作，能够在基板W上形成碳结构体的动作之后实施。例如可以在基板W上形成了碳结构体之后，通过溅射法向碳结构体的表面入射规定的材料。例如在使用碳结构体作为燃料电池的电极材料的情况下，可以向形成在基板W上的碳结构体供给白金、镍等作为催化剂微粒。被供给的白金、镍等催化剂微粒由碳结构体担承。
另外，在上述的第二～第四实施方式中，当形成碳结构体时，有可能在靶材料T的表面附着碳、或靶材料T的原子作为杂质混入到碳结构体中。通过设置能够使靶材料T沿Z轴方向移动的移动机构，使该靶材料T退避，可以抑制碳向靶材料T的表面的附着、和靶材料T的原子作为杂质向碳结构体的混入。并且，可以将靶材料T收容到由闸门部件、阀机构等与第一空间1A遮蔽的空间(室)。
工业上的可利用性
如以上所说明的那样，根据本发明，可以抑制电极等的污染和异物等的产生，能够在大面积的基板上良好地形成碳结构体。

Claims (7)

1.一种碳结构体的制造装置，通过调整对基板施加的电位，在基板上形成碳结构体，其特征在于，具备：
形成收容前述基板的第一空间的第一室；
设置在前述第一室内并保持前述基板的基板保持器；
向前述第一空间供给用于形成前述碳结构体的原料气体的原料气体供给装置；
形成与前述第一空间不同的第二空间的第二室；
向前述第二空间供给用于生成等离子体的气体的气体供给装置；
在前述第二空间中生成等离子体的等离子体生成装置；
连接前述第一空间与前述第二空间的开口；
经由前述开口将在前述第二空间中生成的前述等离子体导入到前述第一空间的等离子体导入装置；
基于被导入到前述第一空间的前述等离子体并利用前述原料气体，在前述基板上形成前述碳结构体，前述基板保持器调整前述基板与前述等离子体之间的距离，从而根据前述基板的电位来调整前述基板保持器与前述等离子体之间的电场强度。
2.根据权利要求1所述的碳结构体的制造装置，其特征在于，
将前述第一空间的压力设定得比前述第二空间低。
3.根据权利要求1或2所述的碳结构体的制造装置，其特征在于，
具备配置在前述开口的附近、并将前述第一空间的前述等离子体整形为薄片状的磁场生成装置。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的碳结构体的制造装置，其特征在于，
具备溅射装置，其具有按照配置在前述第一空间的方式保持靶材料的保持部件，将基于导入到前述第一空间的前述等离子体中的惰性气体而生成的离子粒子向前述靶材料照射，由前述靶材料释放出用于在前述基板上形成导电性膜及催化剂微粒的至少一方的溅射粒子。
5.一种碳结构体的制造方法，用于在基板上形成碳结构体，其特征在于，包括：
向收容了前述基板的第一空间供给用于形成前述碳结构体的原料气体的动作；
在与前述第一空间不同的第二空间生成等离子体的动作；
将前述第二空间中生成的前述等离子体经由开口导入到前述第一空间的动作；
调整对前述基板施加的电位的动作；
利用基板保持器调整前述基板与前述等离子体之间的距离，从而根据前述基板的电位来调整前述基板保持器与前述等离子体之间的电场强度的动作；
基于被导入到前述第一空间的前述等离子体并利用前述原料气体，在前述基板上形成前述碳结构体的动作。
6.根据权利要求5所述的碳结构体的制造方法，其特征在于，
在前述基板上形成了前述金属膜及催化剂微粒的至少一方之后，形成前述碳结构体。
7.根据权利要求5所述的碳结构体的制造方法，其特征在于，
在前述基板上形成了前述碳结构体之后，形成催化剂微粒。
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